高温热障涂层材料的设计与合成

从材料化学的角度对热障涂层材料的设计、选择和改性提出新的思想。通过选择性的离子掺杂提高材料的热膨胀系数、降低热传导率和降低氧扩散率。烧绿石型结构的锆酸镧具有很高的结构稳定性和较低的热传导率，在高温热障涂层方面有较高的应用前景，但其热膨胀系数和韧性相对较小。在该类化合物中掺杂别的稀土如氧化铈、氧化钕、氧化铕等，可以得到结构稳定性高、热膨胀系数很大而热传导率更低的萤石型结构化合物。氧化钕部分掺杂后的材料，热膨胀系数随温度的变化趋势与金属基底基本保持平行、可以最大限度地降低陶瓷涂层与金属基底之间的热应力。铈酸镧在250度左右有一个受氧缺陷控制的热收缩，掺杂高价态离子可以降低氧缺陷浓度、降低材料的热收缩、进一步提高其热障涂层的使用寿命。采用纳米增韧、相变增韧或晶须增韧有希望改善锆酸镧热障涂层的韧性。复合陶瓷涂层可以综合利用不同材料的优点，是热障涂层的一个重要发展方向。