【摘 要】
：
随着大飞机时代的到来,被称为飞机“心脏”的航空发动机需要向更高推重比、更高效和更安全的方向发展。在“十四五规划纲要”的100个重大项目中,燃气轮机和航空发动机的设计和制造被列于首位。热障涂层作为保护热端部件和提高热机效率的重要组成部分,直接与高温燃气接触,需要具有优异的隔热性、热稳定性、抗腐蚀性和耐磨性。氧化钇稳定氧化锆（YSZ）陶瓷材料具有优异的力学性能、较高的热膨胀系数、较好的隔热性能和热稳定
【基金项目】
：
国家863计划项目:单晶叶片热障涂层失效机理及长寿命制备技术（2015AA034403）； 国家自然科学基金资助项目:稀土A、B位复合掺杂对锆酸镧热障涂层结构和热物理性能的协同影响规律及机理（51762036）；
论文部分内容阅读
随着大飞机时代的到来,被称为飞机“心脏”的航空发动机需要向更高推重比、更高效和更安全的方向发展。在“十四五规划纲要”的100个重大项目中,燃气轮机和航空发动机的设计和制造被列于首位。热障涂层作为保护热端部件和提高热机效率的重要组成部分,直接与高温燃气接触,需要具有优异的隔热性、热稳定性、抗腐蚀性和耐磨性。氧化钇稳定氧化锆（YSZ）陶瓷材料具有优异的力学性能、较高的热膨胀系数、较好的隔热性能和热稳定性能,成为应用最广泛的热障涂层陶瓷顶层材料。但是,YSZ体系陶瓷材料在服役温度超过1200℃时,容易发生高温烧结、熔盐腐蚀等,难以满足燃气轮机向更高进口温度发展的需求。因此,通过掺杂一种或多种离子,提高YSZ陶瓷材料的热物理性能和相稳定性,是开发新型热障涂层材料的重要研究方向之一。本文选取Yb3+、Er3+和Ti4+对8.5YSZ陶瓷材料进行掺杂改性,探究不同离子掺杂对8.5YSZ陶瓷材料晶体结构、力学性能、热物理性能和高温相稳定性能的影响。在稳定剂含量不变的前提下,8.5YSZ陶瓷材料中逐渐加入Yb3+直至完全取代Y3+,形成xYbYSZ（x=2.5,4.5,6.5和8.5 mol%）的固溶体。8.5YSZ和YbYSZ陶瓷材料均由四方相（t相）和亚稳定四方相（t’相）组成,Yb3+的掺入对O-O键的耦合强度影响较大,从而影响四方相的四方度和相稳定性。相比于8.5YSZ陶瓷材料,YbYSZ陶瓷材料具有较高的维氏硬度和断裂韧性、更低的热导率、更好的高温相稳定性和抗腐蚀性。当Yb3+掺杂量为6.5 mol%时,陶瓷材料的维氏硬度最高,为12.60 GPa,较8.5YSZ陶瓷材料的维氏硬度提高了 26.38%;在1000℃时的热导率最低,为1.90 W·m-1·K-1,较8.5YSZ陶瓷材料的热导率降低了 5.94%。此外,Yb3+的掺入能有效提高8.5YSZ陶瓷样品在1300℃的高温相稳定性,且其单斜相含量随热处理时间呈“S”曲线变化。在6.5YbYSZ的基础上分别掺入Er3+和Ti4+,可以产生更多新的散射中心,从而达到进一步降低陶瓷材料热导率的目的。研究结果表明,Er3+和Ti4+的掺入对晶胞z轴方向的影响较为明显,四方相的晶胞参数和四方度与Er3+、Ti4+掺杂量呈线性相关。对于Er-YbYSZ体系,随着离子半径较大的Er3+的掺杂量增加,陶瓷样品中的t相逐渐向t’相和c相转变,提高了 t’→c的转化能力和抗t→m的相变能力,使得Er-YbYSZ陶瓷材料具有较差的力学性能和较好的高温相稳定性及抗CMAS腐蚀性。当Er3+掺杂量为8 mol%时,陶瓷样品的弹性模量（205.4 GPa）、维氏硬度（11.71 GPa）、断裂韧性(2.90 MPa·m1/2)和热导率(1.30 W·m-1·K-1,1000℃)最低,较6.5YbYSZ陶瓷样品分别降低了 3.57%、7.1%、26.4%和31.46%。但对于Ti-YbYSZ体系,离子半径较小的Ti4+的掺入,使得t相四方度增大,t→m的相变能力增强,进而导致Ti-YbYSZ陶瓷材料具有优异的断裂韧性和较差的相稳定性。当Ti4+掺杂量为8 mol%时,陶瓷材料的断裂韧性最高,为4.91 MPa·m1/2,较6.5YbYSZ陶瓷样品的断裂韧性提高了 24.6%。结合Er3+和Ti4+掺杂对YbYSZ陶瓷样品的力学性能、热物理性能、高温相稳定性和抗腐蚀性能的影响,进一步探究了 Er2O3-TiO2-ZrO2陶瓷材料的力学性能和热物理性能。研究结果表明,该体系陶瓷材料兼顾了 Er3+掺杂可以改善氧化锆基陶瓷材料热物理性能和Ti4+掺杂可以提高氧化锆基陶瓷材料力学性能的优点。当Er3+掺杂量为8 mol%、Ti4+掺杂量为8 mol%时,陶瓷样品的硬度为12.68GPa,断裂韧性为4.83MPa·m1/2,在1000℃的热导率为1.80 W·m-1·K-1。
其他文献
低合金高强钢在船舶、桥梁、海洋平台、建筑和管线等领域应用日益广泛,为提高施工效率、降低成本,普遍采用高效的大热输入焊接技术。但是,焊接热输入的增加,会恶化焊接热影响区的性能,从而增加钢铁材料在服役过程中的安全隐患。氧化物冶金技术的核心是利用钢中微细粒子诱导针状铁素体形成和钉扎奥氏体品界,该技术可以有效改善焊接热影响区性能的恶化,因而被广泛用于焊接用钢相关领域。本课题以C-Mn钢为研究对象,通过改变
随着当今社会患肿瘤癌症的人群比例日益增加,肿瘤的早期诊断成为一个重要的研究热点。提早发现早期肿瘤并及时治疗是解决癌症问题的良方之一。精准靶向肿瘤细胞、并对肿瘤标志物因子的超灵敏特异性检测,可以有效的发现早期肿瘤和精准治疗,在精准医疗拥有巨大的科研潜力和广阔的临床应用前景。DNA纳米探针利用各种性能优良的纳米材料,通过功能化修饰,结合特定设计的核酸序列结构,利用核酸互补杂交的特性、稳定的刚性结构和扩
生物可吸收冠脉支架（BRS）能够在短期内除了为血管提供必要的支撑外,还能逐渐降解,从而避免支架长期存留所造成的支架内再狭窄。因此,有关可吸收支架的力学性能是当前生物医学工程所关注的重要问题。支架在植入过程中所产生的膨胀与回弹变形,以及在植入后的动力学行为,则是需要深入研究的关键力学问题。本文采用实验分析、理论建模与求解和有限元数值模拟,对冠脉支架在膨胀和回弹过程中的弹塑性大变形问题,以及植入后支架
胺类物质是垃圾处理、石油化工等行业的典型恶臭污染物之一,具有极低的嗅觉阈值,浓度低但恶臭贡献极大。实现胺类物质快速准确在线监测,对恶臭污染的识别、溯源和治理具有重要意义。然而,当前胺类物质的气体传感器难以达到在线监测所需灵敏度。此外,环境中胺类物质有多种同系物共存,进一步增大了准确识别的难度。通过静电纺丝制备高比表面积的聚苯胺纤维对胺类物质具有较好的气敏检测性能,但纤维表面用于调节溶液黏度而无气敏
随着机械产品的微型化进程,微冲裁已经成为了现代制造业,特别是电子工业批量生产超薄板状金属部件的重要手段。但迄今为止,其工艺设计仍高度依赖于既往生产经验,预研和参数优化多借助试验方法,低成本模拟分析难以得到有效推广。导致这一现象的根本原因是:传统力学模型无法反映微冲裁过程中多晶金属箔介观变形和韧性失效的微结构敏感性和尺寸相关性。亟需开发先进理论模型,对这些不可避免又十分关键的因素做出有效描述。鉴于以
超导体上临界磁场超越Pauli极限的现象和拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应是目前凝聚态物理的两个热点。它们都是与电子自旋自由度密切相关联的,本质上属于可用Dirac方程来描述的相对论效应。同时,这些现象往往发生在强各向异性（或低维）的材料中,因此,强各向异性结构的影响不容忽略。作为一个有益的尝试,本论文从各向异性的Dirac方程出发对相关现象进行了研究。首先,我们将Dirac方程推广到正交各向异性的
蓝藻水华在世界各地的暴发呈增长趋势,其最主要的危害是产生并释放多种藻毒素,尤其是肝毒素,主要包括微囊藻毒素（Microcystins,MCs）和节球藻毒素（Nodularins,NODs）,对人类健康构成严重威胁。国内外对MCs生物降解研究较多,主要集中在降解菌的筛选、降解特性及mlr降解途径等方面,但从基因组及酶结构分析角度,全面深入研究肝毒素生物降解机理较少。本论文研究了鞘氨醇单胞菌USTB-
由于自然环境中普遍存在各种随机因素,在微生物的连续培养以及微生物的絮凝收集过程中难免会受到随机因素的影响.基于絮凝法收集微生物的机理,本学位论文构建并研究了几类随机微生物絮凝模型.主要利用随机微分方程理论、常微分方程理论,并结合数值模拟,研究了所构建的模型的全局动力学,得到了一些具有实际生物学意义的控制策略,观察到一些与确定性模型的动力学行为完全不同的随机动力学行为.本学位论文具体包含研究内容如下
提高禾本科作物产量是保障粮食安全的关键。在众多影响因素中,籽粒大小和粒重对谷类作物产量具有决定性作用。因此解析调控作物粒型、粒重的分子机理可以为作物高产品种的改良提供新的途径。近年来,许多参与调控水稻和玉米籽粒大小和粒重的基因以及与之有关的信号途径被发现。有报道指出乙烯作为一种重要的植物激素,与籽粒发育密切相关。鉴于乙烯信号往往通过下游乙烯响应因子（Ethylene response factor
考普特织物属於古代世界纺织的珍品。本文介绍它在染织纹样艺术方面的成就,并对它在不同时期中表现的不同风格进行了分析。