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本文采用大气等离子喷涂技术在高温合金基体上制备了双层结构的热障涂层,表面陶瓷层分别为YSZ微米涂层、YSZ纳米涂层和CeO2-YSZ涂层和SiO2-YSZ涂层。通过对涂层的氧化试验和热震试验的结果进行比较,并结合X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征手段,较系统地研究了物相和微观组织对各种YSZ涂层抗氧化和抗热震性能的影响规律。研究结果表明,YSZ微米涂层中ZrO2主要为t相;涂层中孔隙分布不均匀,陶瓷颗粒结合状态较差,易产生层片状结构导致涂层失效;YSZ纳米涂层中ZrO2主要为c相,含有少量的四方(t’和t)相,涂层中孔洞分布均匀,有大量微裂纹,有利于降低涂层的热导率。在热循环应力作用下,纳米涂层具有一定的应力释放能力,涂层脆性降低,提高了涂层的抗热震性能。CeO2-YSZ涂层中产生了新的固溶体相ZrxCe1-xO2 (0.25<x<0.4),高温下固溶体内氧空位迅速增加,并且Ce3+/Ce4+会扩散到周围ZrO2晶体中,有利于阻止t’相和c相转变为t相;相比于YSZ纳米涂层,CeO2-YSZ涂层孔隙率有所降低,微裂纹密度提高,分布更均匀;微裂纹扩展途径类似“沿晶断裂”,具有更好的抗氧化性能和抗热震性能。YSZ纳米涂层浸渍SiO2溶胶后表面覆盖一层非晶的SiO2膜层,部分孔隙中也被SiO2溶胶填充。在温度不太高的应用条件下,SiO2溶胶的封孔作用有助于提高涂层的隔热性能;在更高温度下,涂层能通过SiO2熔化外渗带走热量和隔热阻止热量传递而起到防热作用。含SiO2夹杂物在热循环过程会成为微裂纹的形核与扩展源,使涂层的抗热震性能下降。研究结果表明,在YSZ纳米涂层的基础上改性制备出的CeO2-YSZ涂层及SiO2-YSZ涂层,分别在抗热震性能和短时间高温抗氧化性能方面有较大提高,相关结论具有很好的理论意义和工程应用价值。