ZrO2陶瓷顆粒在激光作用下組織形貌演變規律

郭溪溪, 路媛媛，林守鋼，賴 境，劉德健

(1.華中科技大學 材料科學與工程學院，武漢 430074；2.湖北工業大學工程技術學院，武漢 430064)

航天領域對飛行速度的更高追求，使得超音速飛行器的熱防護問題愈加嚴峻[1].熱障涂層(Thermal Barrier Coatings, TBCs)被廣泛用于保護燃氣渦輪發動機中的高溫金屬部件.Y2O3部分穩定ZrO2陶瓷具有低導率、良好的熱穩定性等優異的物理性能，成為最重要的熱障涂層材料之一[2-5].ZrO2具有較低的導熱系數，在金屬內部引入ZrO2陶瓷顆粒可有效降低復合材料層的熱導率[6].與傳統的等離子噴涂(APS)、電子束物理氣相沉積(EB-PVD)相比，采用激光表面處理技術制備ZrO2熱障涂層，可使陶瓷顆粒與金屬之間實現冶金結合，結合強度更高，涂層更不易剝落失效[6-8].

由于陶瓷顆粒和金屬熱膨脹系數之間的差異，制備大面積復合熱障涂層仍存在比較嚴重的開裂問題.激光熔注技術是一種在金屬表面制備顆粒增強復合材料層的新型技術，具有增強顆粒分布可控、工藝柔性化程度高等優點[9].采用激光熔注技術制備多尺度顆粒增強梯度復合材料層可使陶瓷和金屬之間成分、結構及界面實現連續變化，有效減少兩者之間因熱膨脹系數差異產生的熱應力，從而減少裂紋的產生[10-13].制備無裂紋復合涂層的關鍵是控制ZrO2陶瓷顆粒在復合材料層內部的分布和離散規律，使其呈梯度分布.ZrO2陶瓷顆粒的熔化程度直接影響其離散規律，因此，研究ZrO2陶瓷顆粒受激光作用后的熔化程度及組織形貌變……