周益春，杨 丽, 2,刘志远，朱 旺

(1. 湘潭大学材料科学与工程学院, 湖南 湘潭 411105)(2. 西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院, 陕西 西安 710126)

1 前 言

航空发动机推重比的不断提升，使得涡轮进口温度大幅度提升，现代先进战机的发动机涡轮进口温度已普遍超过1700 ℃[1]。一代叶片，一代发动机，涡轮叶片承温能力很大程度上决定了发动机的性能。“世界航空推进计划”提出了涡轮叶片的三大热防护技术：① 单晶。目前最先进单晶合金的承温能力为1150 ℃左右，目前正以每年1～2 ℃的速度艰难地挑战材料极限。② 气膜冷却。在空心叶片上进一步打孔，空心叶片内部冷气通过这些小孔喷出，并在叶片表面形成低温气膜保护叶片。这一技术可将叶片承温能力提升400 ℃左右，但同时也降低发动机热效率、降低叶片强度并增加加工难度，其发展也已接近瓶颈。③ 热障涂层。1953年由美国国家航空航天局(NASA)提出在高温合金表面涂覆耐高温、高隔热陶瓷的防护涂层体系，有文献报道，涂覆厚度为250 μm的热障涂层能使基底温度降低110～170 ℃，相当于过去30年发展高温合金提高承温能力的总和[2, 3]。因此，热障涂层被认为是目前大幅度提升涡轮叶片服役温度最切实可行的办法。此外，热障涂层也被认为是提高下一代的陶瓷基复合材料基底(CMCs)服役温度和可靠性的必要技术[4]。美国工程院院士、哈佛大学Clarke教授在美国高峰材料论坛《热障涂层专刊》中指出：未来高性能航空发动机热效率、推重比和可靠性的任何一点进步都将依赖于热障涂层技术的发展[5]。……