第十五届全国表面工程大会

现役热障涂层（TBC）服役温度高于1250℃时，陶瓷层（YSZ）内部温差诱发其外表面片层与内部片层烧结收缩的巨大差异化。这种差异化烧结导致YSZ片层发生逐层剥落，致使TBCs寿命陡降。针对该问题，基于YSZ层烧结机理，首先验证了YSZ/La₂Zr₂O₇异质表面抗烧结性，结果表明YSZ/La₂Zr₂O₇的异质表面能够显著提升烧结抗力。基于此，设计了具有弥散分布异质片层的新型陶瓷面层（NAS涂层），并基于核壳微结构抗烧结粉末（La₂Zr₂O₇外壳包覆YSZ内核）的制备，制备了抗烧结涂层。通过超高温暴露试验（≥1400℃），对比分析了NAS涂层和YSZ涂层的显微组织演变、烧结行为和粘附性能。结果表明，双进料大气等离子喷涂（APS）可以制备出具有机械结合界面的球形YSZ@LZ核壳粉末，即YSZ核部分被LZ壳覆盖。YSZ@LZ粉末沉积的NAS涂层包括YSZ基体和均匀分散的LZ片层。随着热暴露时间的延长，片层间隙面积减小，但YSZ片层与LZ片层之间的面积减小速度明显小于YSZ片层之间。从面积缩减比的贡献来看，LZ片层仅为YSZ片层的45%左右。添加13wt%后，YSZ涂层的断裂韧性保持较好。压痕裂纹的扩展路径和黏附功表明，烧结应力诱发的微裂纹倾向于在LZ片层或ZrO₂/LZ界面内萌生和扩展，裂纹尖端到达ZrO₂区域后趋于闭合。因此，在TBC中采用NAS涂层（即在YSZ涂层中插入抗烧结片层）不仅可以改善性能耐超高温烧结，还能缓解YSZ烧结引起的应力。

热障涂层,异质片层,抗烧结,超高温陶瓷涂层