雙陶瓷層熱障涂層3.5%Y2O3-La2(Zr0.7Ce0.3)2O7/YSZ研究

張曉峰，雷新更，宋希文，崔向中，張永和

（1.內蒙古科技大學材料與冶金學院，包頭 014010；2.中航工業北京航空制造工程研究所，北京 100024）

熱障涂層應用于燃氣渦輪發動機熱端部件以提高其使用溫度和延長其壽命[1～2]。目前，廣泛使用的熱障涂層材料為6～8%Y2O3穩定的ZrO2（YSZ），該材料具有較低的導熱系數、較高的熱膨脹系數和較好的化學穩定性[3]，然而當溫度超過1474K時，YSZ會發生相變，產生較大的體積變化，導致涂層失效[4-5]。

近年來，隨著航空發動機向更高推重比發展，對高溫熱端部件的耐溫能力提出了更高的要求，YSZ已無法滿足使用要求。國內外學者紛紛研究使用溫度更高的熱障涂層材料，目前被認為比較有潛力的新型熱障涂層材料包括：多元氧化物摻雜YSZ[6-7]、稀土鋯酸鹽材料、六鋁鎂酸鑭等[8-10]。

在這些材料中，具有燒綠石結構的La2Zr2O7（LZ）被認為是最有前景的新一代熱障涂層材料。LZ與YSZ相比，具有更好的組織結構穩定性、更低的導熱系數和更好的抗燒結性，其不足之處是熱膨脹系數較低（9～10×10-6K-1）[11]，導致其熱循環壽命低于 YSZ。一些研究表明，通過摻雜CeO2可以提高LZ材料的熱膨脹系數。文獻[4]指出：在La2（Zr1-xCex）2O7體系中，當Zr/Ce的比率大于等于0.7/0.3時，材料為燒綠石結構；低于這個比率時為螢石和燒綠石的混合結構，在這個體系中，La2（Zr0.7Ce0.3）2O7（LZ7C3）具有優異的綜合性能：較高的抗燒結性、較低的熱導率以及較高的熱膨脹系數，從而成為極具潛力取代YSZ熱障涂層的材料。

在熱障涂層的制備工藝中，EB-PVD沉積的熱障涂層具有典型的柱狀晶結構，具有較高的抗熱循環壽命，目前已得到了廣泛應用。……