《層級熱障塗層系統製備過程中的熱應力分析》是依託西安交通大學，由宋岩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：層級熱障塗層系統製備過程中的熱應力分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋岩
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
層級熱障塗層系統 (層級TBCs) 是高效熱障塗層系統的重要發展方向之一。其複雜的製備工藝和材料構成導致其製備過程中的熱應力更為複雜，與傳統的熱障塗層系統有著顯著的差別。本項目擬以新型雙陶瓷層熱障塗層系統為研究對象，採用理論為主，實驗和數值為輔的方法來研究這種複雜熱障系統製備過程中的熱應力演化規律。本項目將：首先，分析其製備過程中各階段熱應力的產生機制；其次，建立製備工藝參數和層級厚度等因素與其溫度分布演化的函式關係，得到層級TBCs製備過程中的溫度分布演化；之後，結合力學模型，得到預測層級TBCs系統製備過程中的熱應力演化的理論模型；最後，研究不同製備工藝參數以及層級厚度時，其製備過程中的熱應力演化規律，並採用實驗和數值結合的方法進行驗證。本項目將揭示製備工藝參數和層級厚度對層級TBCs製備過程中熱應力的影響規律，為層級TBCs製備工藝改進提供理論基礎。
結題摘要
層級熱障塗層系統（Multi-Ceramic-Layers Thermal Barrier Coating system， MCL-TBCs）被認為是下一代熱障塗層系統最重要的選擇之一。 MCL-TBCs製備過程中會產生顯著的熱應力，這些熱應力對其使用壽命和服役性能有著重要影響。在本項目中，我們選擇了兩種典型的MCL-TBCs作為研究對象，分別是：雙層陶瓷層熱障塗層系統（Double-Ceramic-Layers Thermal Barrier Coating System, DCL-TBCs）和功能梯度熱障塗層系統（Functional Graded Thermal Barrier Coatings，FG-TBCs）。通過建立理論分析模型，分別深入研究了在DCL-TBCs和FG-TBCs製備過程中產生的淬火應力（塗層沉積過程中產生）和熱失配應力（冷卻過程中產生）。一些重要的參數對DCL-TBCs和FG-TBCs製備過程中的淬火應力以及熱失配應力有著顯著的影響。例如：幾何參數，包括鋯酸鑭（La2Zr2O7，LZ）塗層與穩定氧化鋯（ZrO2-8％Y2O3，YSZ）塗層的厚度比、陶瓷塗層厚度以及基底的厚度等； 製備工藝，包括基底的預熱處理等。本項目中，我們系統的研究了這些因素對其製備過程中的熱應力的影響。同時，還採用數值方法（生死單元法）對這兩種塗層製備過程中的熱應力進行了研究。此外，製備了一系列不同厚度比的LZ與YSZ塗層的DCL-TBCs試樣，通過分析試樣曲率和試樣橫截面的裂紋密度，研究了該厚度比對DCL-TBCs製備過程結束後的殘餘應力的影響。 通過本項目的研究，得到如下結論： 對於DCL-TBCs：結果表明，與熱失配應力相比，淬火應力對總熱應力有顯著影響。增加YSZ與LZ塗層的厚度比，YSZ和LZ塗層內部的平均熱應力會有所增加，因此LZ和YSZ塗層橫截面的裂紋密度也有所增加。但是，DCL-TBCs試樣的曲率比會有所降低。 對於FG-TBCs：結果表明，與典型TBCs製備過程中產生的淬火應力相比，FG-TBCs中的淬火應力集中顯著降低; 功能梯度塗層和基底的厚度對淬火應力的產生有重要影響，調整這些幾何參數對FG-TBCs的最佳化設計具有重要價值。
