转自材料研究进展
1研究背景
在现代航空航天领域，热障涂层（Thermal Barrier Coatings, TBCs）已成为保护高温部件免受极端环境侵蚀的关键技术。TBCs通过低热导率和良好的高温稳定性，有效降低基底材料的工作温度，从而延长其使用寿命。传统的TBCs通常由两部分组成：一是与基底结合的粘结层（Bond Coat），二是具有隔热功能的陶瓷顶涂层（Top Coat）。然而，随着航空航天技术的发展，尤其是高超音速飞行器的出现，对热障涂层的隔热性能提出了更高的要求。超厚热障涂层（Super-Thick Thermal Barrier Coatings, STTBCs）应运而生，其厚度可达1毫米以上，能够显著降低高温部件表面温度。然而，超厚涂层在实际应用中面临诸多挑战。一方面，涂层厚度增加会导致热应力、烧结和相变等问题，进而降低涂层的使用寿命；另一方面，热冲击环境下涂层的抗热震性也亟待提高。热冲击是指涂层在快速加热和冷却过程中因热膨胀不匹配而产生的应力，这种应力可能导致涂层剥落失效。因此，如何优化超厚热障涂层的结构和性能，成为材料科学研究的热点。
2成果简介
在这项研究中，研究人员通过大气等离子喷涂（Atmospheric Plasma Spraying, APS）技术成功制备了厚度约为1200微米的超厚热障涂层，并通过调控喷涂粉末的粒径，实现了不同孔隙率（5.11%、9.33%和17.43%）的涂层结构。研究表明，孔隙率的增加显著改善了超厚热障涂层的热冲击抗力。具体而言，高孔隙率涂层（TC-3）的热冲击寿命可达535次，远高于低孔隙率涂层（TC-1）的14次。研究人员发现，孔隙率的增加可以有效缓解顶涂层与粘结层之间的热膨胀不匹配应力。在热冲击过程中，孔隙的存在为应力提供了释放路径，从而减少了裂纹的扩展和涂层的剥落风险。此外，高孔隙率涂层的断裂模式主要为内聚破坏，而低孔隙率涂层则表现为粘结破坏。这种断裂模式的差异进一步证实了孔隙率对涂层内聚力的影响。通过实验和理论分析，研究人员揭示了孔隙率与热冲击抗力之间的内在联系。高孔隙率涂层在热冲击过程中表现出更优异的应变容错能力，其内部的孔隙结构不仅能够吸收热应力，还能阻碍裂纹的扩展。这一发现为超厚热障涂层的设计和优化提供了重要的理论依据，也为未来高性能热障涂层的研发指明了方向。
3图文导读
4小结
