赵鹏森 ,曹新鹏 ,郑海忠*,李贵发,耿永祥,吴 仪,胡 伟

（1.南昌航空大学 材料科学与工程学院，南昌 330063；2.北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京 100191）

热障涂层（thermal barrier coatings，TBCs）采用高熔点、低导热的陶瓷材料涂覆在航空发动机叶片金属基体（镍基高温合金[1-2]）表面，从而降低高温环境中金属基体的表面工作温度，保护其免受高温氧化与热腐蚀[3]。目前，TBCs 已成为高性能航空发动机涡轮叶片部分的三大核心技术之一。

TBCs 材料发展已历经三个阶段：第一阶段为直接采用ZrO2作为热障涂层材料，虽然隔热温度能达444 K 左右，但ZrO2在高温环境中易发生t-ZrO2→m-ZrO2相变，产生应力，致使涂层开裂失效；第二阶段为ZrO2陶瓷中掺杂了6%～ 8% Y2O3（质量分数，下同）（简称YSZ），通过稀土Y2O3的掺杂，部分稳定ZrO2，阻止其高温相变，同时也形成点缺陷结构，获得低热导率、高热膨胀等优异性能，因此具有较长的服役寿命，成为目前应用最为广泛的热障涂层材料，但由于传统方法制备的YSZ 热障涂层为柱状晶或多孔的层状结构，易受熔盐腐蚀渗透，从而发生反应产生应力，导致涂层开裂脱落失效；第三阶段为研制新型热障涂层材料，如La2Zr2O7、Gd2Zr2O7、RE-ZrO2等[4-6]；虽然这些材料对熔盐腐蚀具有一定的化学惰性，但其热膨胀系数、力学、隔热等性能都需要进一步的提升。随着航空发动机向高推重比方向发展，其燃烧室温度将超过2100 K，现行投入使用的热障涂层已无法满足需求，因此急需开发超高温、高隔热、长寿命的新型高性能热障涂层。

目前，相关研究结果表明，稀土（rare earth，RE）掺杂可以明显提升热障涂层性能[7-10]。……