纳米结构热障涂层研究进展

２０１４年８月第８期第１０５

１１４页

材料

工

程

Ｎｏ．８

Ａｕｇｕｓｔ２０１４

ＰＰ．１０５

１１４

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

纳米结构热障涂层研究进展

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓ

ｏｎ

Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ

ＴｈｅｒｍａｌＢａｒｒｉｅｒＣｏａｔｉｎｇｓ

黄亮亮，孟惠民，唐静

（ｔＬ京科技大学腐蚀与防护中心，北京１０００８３）

ＨＵＡＮＧＬｉａｎｇｌｉａｎｇ，ＭＥＮＧＨｕｉｍｉｎ，ＴＡＮＧＪｉｎｇ（ＣｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ

ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）

摘要：本文主要综述了目前制备纳米结构热障涂层的三种方法，即大气等离子喷涂、溶液前驱体等离子喷涂和悬浮液等

离子喷涂，并对这三种方法的工艺过程、制备原理、涂层的微观结构特征和研究现状进行了归纳。最后，总结了纳米结构热障涂层研究目前存在的问题，并对其发展趋势进行了展望。

关键词：纳米结构；热障涂层；等离子喷涂；溶液前驱体；悬浮液ｄｏｉ：１０．１１８６ｓ／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１中图分类号：Ｖ２５４．２

４３８１．２０１４．０８．０１９

文献标识码：Ａ文章编号：１００１４３８１（２０１４）０８

ｔｏ

０１０５１０

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｕｓｅｄｐｒｅｐａｒｅｔｈｅｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔ

ｓｐｒａｙｉｎｇａｎｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ

ｉｎｇｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ，ｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｅｃｕｒｓｏｒｐｌａｓｍａ

ｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｅｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ

ｔｉｃｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｔ１ａｓｔ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓａｔｐｒｅｓｅｎｔｓｔｕｄｙｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｔｈｅｒ

ｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｗｅｒｅａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇ；ｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ；ｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｅｃｕｒｓｏｒ；ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ

热障涂层（Ｔｈｅｒｍａｌ

Ｂａｒｒｉｅｒ

Ｃｏａｔｉｎｇｓ，ＴＢＣｓ）是一

能。Ｌｉｍａ等口朝研究表明，ＴＢＣｓ具有“双态效应”和“钉扎效应”，高温下出现优异的抗晶粒长大能力和热稳定性。纳米晶陶瓷产生抗晶界溶解的阻力，能在温度升高时抑制晶粒长大。

近几年，随着制备纳米结构ＴＢＣｓ方法的不断突破和发展，纳米结构涂层成为了ＴＢＣｓ研究领域的重要发展趋势和方向。国外一些研究机构及专家，如

ＧａｄｏｗＥ３…、ＣｏｔｔｌｅｒＥ３…、ＰｏｎｔｏｎｅＥ３…、ＭｏｎｔａｖｏｎＥ３８，３９１等，

种广泛应用于高温隔热部件的重要防护涂层口＿５］。目前最经典、使用最广泛的ＴＢＣｓ是氧化钇部分稳定二氧化锆（６

８ＹＳＺ，ｙｔｔｒｉａｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ

ｚｉｒｃｏｎｉａ），但是ＹＳＺ

涂层的长期使用温度必须低于１２００ｏＣ［６］。开发新型ＴＢＣｓ材料，突破ＹＳＺ的使用温度限制是目前ＴＢＣｓ的主要研究方向：（１）包括掺杂一种或多种氧化物，如

Ｇｄ２Ｏ。，Ｈｆ０２，Ｃｅ０２，Ｓｉ０２，Ｓｃ２Ｏ。，Ａ１２Ｏ。，Ｌａ２Ｏ。，

Ｐｒ。Ｏ。，Ｔａ。Ｏ。和Ｎｄ。Ｏ。等，对ＹＳＺ进行进一步掺杂改性，来抑制非平衡四方相ｚｒＯ。发生相变，提高其使用温度［７＿１阳；（２）开发新型ＴＢＣｓ材料，如烧绿石结构材料［１２＿１…、磁铅石型稀土铝酸盐化合物［１６＿２妇和镧钛铝复合氧化物（ＬａＴｉ。Ａ１。Ｏ。。）［２２＿２朝等；（３）改进ＴＢＣｓ结构设计，采用双陶瓷层结构等瞳６＿。２１；（４）制备纳米结构ＴＢＣｓ。与常规尺寸结构陶瓷相比，纳米材料本身具有小尺寸效应、量子尺寸效应、界面与表面效应等特性，具有大量界面而表现出极佳的塑性、韧性和延展性，甚至会出现超塑性现象［。３。。“。在ＴＢＣｓ领域，纳米结构涂层同样具有一系列区别于传统材料的优异性

已经在实验室对研究纳米结构ＴＢＣｓ进行了大量的探索和研究，并开始对其商业化和产业化应用进行研究。本工作通过全面综述各种制备纳米结构ＴＢＣｓ的原理和工艺过程，介绍了使用不同方法所制备涂层的微观结构特征和研究现状，以期为纳米结构ＴＢＣｓ的深入研究提供一定的借鉴与参考。

１大气等离子喷涂

１．１

大气等离子喷涂制备原理与过程大气等离子喷涂（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ

ＰｌａｓｍａＳｐｒａｙｉｎｇ，

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