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热障涂层 - Coggle Diagram
热障涂层
传统的陶瓷材料
高温下优良的热隔离性能和化学稳定性
①氧化钇稳定的锆石
ZrO₂（锆石）掺杂约6-8% Y₂O₃（氧化钇）
优良的热隔离性能、较低的热导率和良好的高温稳定性
②钇铝氧化物
Y₂O₃（氧化钇）与 Al₂O₃（氧化铝）混合
比YSZ更高的熔点和更低的热导率，更优异的热隔离性能，适用于更高温度的环境，但制造工艺较复杂
③氮化硅
Si₃N₄
高温下优良的热稳定性和耐磨性，但热隔离性能不如YSZ或钇铝氧化物，多与其他陶瓷材料结合使用
④碳化硅
SiC
极高的熔点和优异的耐热性，但高温下的氧化问题限制其单独使用，常与其他材料复合，提供增强的热隔离性能
⑤氮化铝
AlN
良好的热导性和高温稳定性，但热隔离性能相对较低，主要用于特殊环境下的应用，需要高导热性能的场合
⑥钇钽氧化物
Y₂O₃（氧化钇）与 Ta₂O₅（钽氧化物）混合
高熔点和优良的热稳定性，潜在的高温应用材料
⑦镁铝尖晶石
MgO（氧化镁）与 Al₂O₃（氧化铝）形成的镁铝尖晶石
良好的热稳定性和耐化学腐蚀性能，用于TBC的基材或某些应用中的辅助材料
其他材料
金属基复合材料/金属-陶瓷复合材料
金属基体（铝、镁、钛）与陶瓷颗粒（碳化硅、氮化硅）或其他强化相组合
MMCs结合金属的优良机械性能与陶瓷的高温稳定性，适用于高温和高负荷条件。在热隔离性能上不如陶瓷，但其高强度和耐磨损性在某些应用中具有优势
超高温陶瓷涂层
碳化钨、碳化钼、氮化钨
UHTCs在极高的温度下依然稳定，能够承受极端的热环境，但加工成本和难度高。通常用于极端的高温应用
相变材料（特定温度下能够发生相变的材料——熔融盐或金属合金）
在热障涂层中能够通过相变过程调节温度，提供额外的热保护。在实际应用中使用较少，但具有一定的研究和应用前景
功能梯度材料（涂层中具有不同的材料组成和性质）
通过在涂层的不同深度上提供不同的热隔离性能和机械强度，优化了涂层的整体性能。适用于需要渐变热隔离和机械强度的应用
高熔点陶瓷（如钨合金、钽合金）
在极高温度下具有稳定性，适用于极端的高温应用，但其加工成本和复杂性极高
聚合物复合材料（聚合物基体与填料-陶瓷颗粒）组合
传统聚合物材料在高温下表现不佳，但新型高温聚合物基复合物材料正在开发中，目标是提高其高温稳定性和耐热性
组成
高温合金基体
金属粘结层——减小陶瓷层与基体之间热膨胀系数的差异，提高陶瓷顶层与基体之间的结合性能，进而增强热障涂层系统的稳定性，还承担阻止氧扩散的功能，提高金属基体的抗氧化能力
热生长氧化层
陶瓷顶层
制备工艺
化学气相沉积（CVD）：通过化学反应在基材表面沉积一层薄膜，通常用于形成高纯度和高性能的涂层
优点：高纯度和均匀性、耐环境性好
缺点：工艺复杂、成本加高
物理气相沉积
柱状晶结构的陶瓷层覆盖在过渡层，底部是基底
成本高
用在高速旋转的涡轮机动叶上；但我国的涡轮机导叶上也用这个
电子束蒸发（EB-PVD）：使用高能电子束加热涂层材料（通常是陶瓷）至蒸发状态，蒸气在基材表面沉积形成涂层。
优点：高致密度（孔隙率低）、优良的热隔离性、良好的结合力
缺点：工艺复杂（需要高真空环境和高能电子束设备）、成本高
激光熔化喷涂：利用高能激光束加热粉末或丝材，使其熔化并与基材表面结合形成涂层
优点：高精度、较高的致密性
缺点：工艺成本高、处理面积有限
大气等离子喷涂：等离子喷涂是目前应用最广泛的TBC制备工艺。其过程包括：将涂层材料（通常是粉末）在等离子体火焰中加热至熔化，然后以高速喷涂到基材表面形成涂层
优点：工艺成熟、涂层厚度可控（一般在200-500μm）、经济高效
缺点：涂层致密度差（可能存在孔隙，影响热隔离效果）、结合力不足（涂层与基材的结合力可能不足，导致涂层脱落）
片状层的陶瓷层覆盖在过渡层上，底部是基底
成本低于物理气相沉积
用在涡轮机导叶上