第一性原理在热障涂层研究中的应用

蔺奕龙1,2，邹兰欣1,2，戴建伟3，郑海忠4，郭磊 1,2，叶福兴1,2，刘洪丽5（1 天津大学材料科学与工程学院；2 天津大学现代连接技术重点实验室；3 中国航发北京航空材料研究院；4 南昌航空大学材料学院；5 中国民航大学航空工程学院）

摘要：热障涂层（thermal barrier coating, TBC）是降低航空发动机、燃气轮机热端部件表面温度的关键技术。随着发动机服役温度升高，TBC工作环境更加恶劣，传统的Y2O3部分稳定ZrO2（yttria partially stabilized zirconia, YSZ）TBC 面临着相变、高温烧结、环境沉积物（CMAS）腐蚀等严重问题，服役寿命大幅下降，严重威胁发动机安全运行，急需开发新型TBC 材料。随着计算材料学和机器学习技术的发展，传统上依靠实验来寻找新型TBC 材料的方法逐渐被理论计算所取代。第一性原理作为一种有效分析方法，能够大幅度降低新材料的研发周期与成本，对新型TBC材料的开发起到极大推进作用。利用第一性原理计算可以预测TBC材料的热物理性能、力学性能以及TBC在复杂服役环境下的稳定性。本文总结了第一性原理在新型TBC材料开发、涂层CMAS腐蚀行为和机理研究方面的应用进展，并对第一性原理在TBC 研究领域的发展前景进行展望。

关键词：热障涂层；第一性原理；材料研发；热物理性能；力学性能；CMAS腐蚀