【摘 要】
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随着科技的不断进步,未来燃气轮机将承受更加极端的高温工作环境。采用耐高温性能更好、质量更轻、比强度更高的碳化硅复合材料（Si C、Cf/Si C、Si Cf/Si C）是解决目前传统高温合金材料温度应用限制的一个重要突破点。针对碳化硅复合材料在高温下易与燃料燃烧产生的水蒸气发生化学反应而损伤基体性能的问题,本论文探索了适用于碳化硅表面的热/环境障陶瓷涂层（T/EBCs）,通过掺入负热膨胀材料的方法
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随着科技的不断进步,未来燃气轮机将承受更加极端的高温工作环境。采用耐高温性能更好、质量更轻、比强度更高的碳化硅复合材料（Si C、Cf/Si C、Si Cf/Si C）是解决目前传统高温合金材料温度应用限制的一个重要突破点。针对碳化硅复合材料在高温下易与燃料燃烧产生的水蒸气发生化学反应而损伤基体性能的问题,本论文探索了适用于碳化硅表面的热/环境障陶瓷涂层（T/EBCs）,通过掺入负热膨胀材料的方法在T/EBCs体系中制备热膨胀系数可控的过渡层,使涂层体系的热膨胀系数呈梯度变化,从而缓解TBC和EBC之间存在的热失配。此外,还研究了掺入负热膨胀陶瓷材料的复合陶瓷块材和涂层的高温腐蚀行为,进一步探索了作为TBCs表面耐热腐蚀涂层体系的热循环性能。将负膨胀陶瓷材料ZrW2O8和Y2W3O12分别与正膨胀陶瓷材料YSZ（8 wt.%Y2O3稳定的Zr O2）和LMA(La Mg Al11O19)以不同配比进行复合得到的YSZ/ZrW2O8和LMA/Y2W3O12体系陶瓷块材。掺入具有负膨胀特性的ZrW2O8和Y2W3O12不仅可以有效改善YSZ和LMA的热导率,更重要的是,通过控制负热膨胀陶瓷(ZrW2O8和Y2W3O12)的掺入量可以调控YSZ/ZrW2O8和LMA/Y2W3O12复合陶瓷的热膨胀系数。其中2ZY（20 wt.%ZrW2O8+80 wt.%YSZ）和2YL(20 wt.%Y2W3O12+80 wt.%LMA)陶瓷块材具有相对适宜的热膨胀系数可作为梯度过渡层材料。另外,YSZ/ZrW2O8复合陶瓷在热腐蚀过程中负膨胀陶瓷和正膨胀陶瓷界面间体积的相互补偿可以起到“自愈合”效果,从而具有良好的抗V2O5腐蚀的特性。而LMA/Y2W3O12复合陶瓷在腐蚀过程中形成由反应产物构成的连续结晶封层对V2O5起到了有效的阻隔作用。采用大气等离子喷涂法（APS）在Si C基体表面制备了YSZ/2ZY/Yb2Si2O7/Si四层结构（S2ZY）和YSZ/Yb2Si2O7/Si三层结构（SYSZ）T/EBCs涂层体系。S2ZY由于中间层2ZY中ZrW2O8较差的热稳定性而加速失效。SYSZ因顶层YSZ在1350°C下发生了严重的相变烧结也很快剥落失效。进一步设计将热稳定性更好的负膨胀材料Y2W3O12与可高温长时间抗烧结的正膨胀材料LMA进行复合。制备LMA/2YL/Yb2Si2O7/Si四层结构（S2YL）和LMA/Yb2Si2O7/Si三层结构（SLMA）T/EBCs涂层体系进行热循环试验,作为中间过渡层的2YL缓解了在热循环中涂层间的热应力,最终S2YL表现出更好的抗热震性能。将具有良好抗V2O5腐蚀性能的2ZY和2YL两种复合陶瓷涂层分别作为热障涂层的耐高温腐蚀表层。采用大气等离子喷涂技术分别在DZ125基体上制备了2ZY/YSZ/Ni Cr Al Y三层结构（D2ZY）和YSZ/Ni Cr Al Y双层结构（DYSZ）体系TBCs,以及2YL/LMA/Ni Cr Al Y三层结构体系（D2YL）和LMA/Ni Cr Al Y双层结构体系（DLMA）。由于ZrW2O8较差的热稳定性,D2ZY很快失效。DYSZ因热生长氧化物（TGO）引起的热应力导致失效。D2YL和DLMA在热循环中的表现良好,其中2YL层缓解了热膨胀系数不匹配和无定型相重结晶两者引起的热应力,进而降低了微裂纹的形成,减缓TGO的生长。因此,D2YL表现出更长的热循环寿命。
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