胡忠超，王 亮，庄铭翔，张桓瑜，李广书，王 铀, 杨 勇

(1. 河北工业大学材料科学与工程学院，天津 300130)(2. 中国科学院上海硅酸盐研究所 集成计算材料研究中心，上海 201899)(3．哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

1 前 言

燃气涡轮发动机是国家科技核心竞争力的重要体现，而现代先进燃气涡轮发动机则需要获得较高的涡轮前端燃气进口温度。高压涡轮叶片是发动机中的核心部件，也是制约发动机发展的关键短板。随着服役温度的提高，复杂的工作环境会大大降低发动机的使用寿命。热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)具有优异的隔热性、抗高温氧化、耐腐蚀性，可以有效提高发动机的热效率，延长涡轮叶片的使用寿命，在燃气轮机、内燃机、火箭发动机和其他高温热防护方面有重要作用[1-3]。热障涂层通常由金属粘结层和陶瓷层组成，粘结层通常由MCrAlY(其中M=Ni和/或Co)组成，陶瓷层通常由8YSZ(ZrO2-8% Y2O3，质量分数)组成。众所周知，热障涂层的耐久性受其微观结构的控制，当外部使用条件不变时，微结构将成为提高TBCs抗热震性能的首要因素。使用不同的制备工艺，TBCs可以获得不同的微观结构，大气等离子喷涂(APS)制备的TBCs具有典型的层状结构特征，如图1所示，陶瓷涂层表面随机分布微孔和微裂纹，使得APS-TBCs通常具有良好的隔热性能[4]。而电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备的TBCs具有典型的柱状晶粒特征，相邻的柱状晶粒相互倾斜，这种热障涂层通常具有较高的应变耐受性，有利于提高其抗热震性能[5-8]，然而，热冲击冷却过程中，残余应力的存在易使裂纹萌生并沿着界面扩展，孔隙的存在可以有效地降低裂纹传播概率，延长涂层使用寿命。……