热障涂层陶瓷层结构研究现状及发展趋势

张佩凯，杨会凯，张冲，孙金钊，殷凤仕（山东理工大学 机械工程学院）

摘要：热障涂层（TBC）在先进航空航天发动机的热防护方面发挥着至关重要的作用。新一代航空发动机对温度有着更高的要求，这对当前的热障涂层系统的热防护性能和寿命提出了新的挑战。传统的氧化钇稳定氧化锆（YSZ）热障涂层因其自身的局限性，已经无法满足新一代航空发动机的需要。目前，针对热障涂层的研究主要集中于设计新的TBC 架构，在各种不同的设计中，层片状结构、双峰结构、柱状结构、双陶瓷层结构和功能梯度结构已经被证实能够有效提升热障涂层的高温性能和使用寿命。以上述几种不同结构的TBC 为切入点，对目前研究较为成熟的几种新型TBC 架构进行评价。首先，系统介绍了几种陶瓷层结构的微观组织和制备方法；分析了不同陶瓷层结构的优缺点和适用性。进一步揭示了传统热障涂层的失效机理和局限性；详细分析了不同陶瓷层结构对涂层抗烧结性能和抗热震性能的影响。最后对不同的涂层结构提出了性能改进策略，并针对不同的涂层制备工艺及结构优化方向进行了展望，以期提高热障涂层的性能，满足航空发动机、燃气轮机等高精尖领域未来的使用需求。

关键词：热障涂层；陶瓷层结构；双峰结构；双陶瓷结构；功能梯度结构