张 晶 晶， 季 玮 华， 白 岩， 张 昊， 何 波， 王 志 强

( 大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

航空发动机向着高推重比、高压力比的方向发展，工作环境温度远远超出了制造涡轮叶片和导向叶片的金属材料的承温范围，普通高温合金已无法满足高性能发动机的需求。热障涂层(thermal barrier coatings，TBCs)的使用成为降低发动机叶片温度的有效途径。TBCs是由金属基体、金属黏结层和陶瓷层组成的三层复合结构，其工作原理是限制从发动机热气体到基体合金部件的表面传热，从而对燃气涡轮发动机的热端部件进行保护。TBCs的使用在提高发动机的热效率的同时，还大大延长了热端部件的服役寿命。但就目前的研究水平，TBCs的可靠性极大地限制了其广泛应用[1]。因此，掌握TBCs的失效行为及其机理至关重要。

在高温环境下，TBCs面对的首要问题是高温氧化，氧通过涂层的缺陷(涂层表面及内部的孔隙和微裂纹)扩散至黏结层，热生长氧化物(thermally grown oxidation，TGO)逐渐变厚所产生的生长应力可能导致涂层剥落[2-3]。在服役过程中，TBCs除了需要克服高温氧化外，还长期承受熔融玻璃腐蚀，即空气中砂子微粒在叶片上沉积形成钙镁铝硅酸盐玻璃(一般成分为33CaO-9MgO-12Al2O3-45SiO2，CMAS)[4]。CMAS玻璃能够渗入至叶片基体并与其反应，被钙镁铝硅酸盐腐蚀的热障涂层具有低的应变损伤容限，化学反应和热力耦合作用可能会导致涂层失效。

目前国内外研究的众多热障涂层材料中，以Y2O3-ZrO2(YSZ)研究最多、使用最广泛，其特点在于：力学性能优异、化学稳定性好、热导率低。……