熱障涂層的制備方法綜述幾種可用的涂層方法已用于汽車和發(fā)電行業(yè)的各種應(yīng)用。這些工藝包括擴(kuò)散涂層工藝、熱噴涂工藝、鎳彌散涂層、電弧噴涂工藝、物理氣相沉積（PVD）工藝和磁控濺射系統(tǒng)。等離子噴涂技術(shù)由于其靈活性和易應(yīng)用性而被廣泛應(yīng)用于制備陶瓷層。它具有在各種基底上沉積多種涂層的能力。而這些技術(shù)的缺點(diǎn)是會導(dǎo)致TBC壽命的縮短，主要原因是孔隙率高、與基底的結(jié)合強(qiáng)度低、內(nèi)部有殘余應(yīng)力以及制造過程中涂層會氧化。新開發(fā)的化學(xué)氣相沉積（CVD）和激光誘導(dǎo)CVD（LCVD）工藝顯示出更好的微觀結(jié)構(gòu)可控性，但沉積速率較低與傳統(tǒng)或等離子噴涂技術(shù)相比，大規(guī)模應(yīng)用于熱障涂層是不現(xiàn)實(shí)的。所以目前制備TBC的兩種常用方法是EB-PVD法和等離子噴涂沉積法，在應(yīng)用TBC沉積方法時同時需要考慮熱導(dǎo)率、應(yīng)變?nèi)菹藓驮佻F(xiàn)性等諸多因素。大氣等離子噴涂（APS）制造YSZ陶瓷層的最重要工藝是APS和EB-PVD。等離子噴涂沉積在封閉環(huán)境中實(shí)現(xiàn)是在20世紀(jì)60年代后期，封閉的環(huán)境可以減少有害氧化物的影響同時減少由于飛行中加熱顆粒與周圍環(huán)境相互作用而在涂層中夾雜一些污染物。等離子噴涂可分為三大類：懸浮/溶液先驅(qū)體等離子噴涂、低壓/真空等離子噴涂和懸浮/溶液先驅(qū)體等離子噴涂（SPPS）。采用APS的方法制備熱障涂層，熱等離子體是通過射頻放電或直流（DC）電弧產(chǎn)生的。等離子噴流核心的溫度為8000-14000K，粒子速度為20?500m/s，視粒度分布而定。高溫會產(chǎn)生大量的高速顆粒熔體，制備的涂層與熱噴涂工藝相比會產(chǎn)生顯著的沉積密度、低孔隙率涂層以及涂層并且與基體之間結(jié)合更好。大氣等離子噴涂原理示意圖如REF_Ref73081937\h圖1.2所示。APS常使用的氣體為氬氣和氮?dú)?，同時氫氣作為能量氣體。噴涂粉末注入等離子火焰后，經(jīng)加熱至熔融狀態(tài)，最終撞擊到基板上形成扁平層結(jié)構(gòu)并瞬間凝固。由于等離子弧內(nèi)的溫度是存在梯度的，會造成粉末受熱和熔化情況存在不同，所以由無數(shù)粒子形成的層片之間難免存在一些孔隙。大氣等離子噴涂的涂層孔隙率一般在4-20%之間ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lv</Author><Year>2020</Year><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="dfr5prd9bv0zxfezzfjxf9fiw2axf0afsd5z"timestamp="1622271249">4</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Lv,Bowen</author><author>Jiang,Peng</author><author>Li,Dingjun</author><author>Wang,Tiejun</author></authors></contributors><titles><title>重型燃?xì)廨啓C(jī)高溫葉片熱障涂層燒結(jié)問題研究進(jìn)展</title></titles><dates><year>2020</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]。圖1.SEQ圖1.\*ARABIC2APS原理示意圖涂層的性能和噴涂工藝密切相關(guān)。大氣等離子噴涂設(shè)備所制備的熱障涂層中含有較多的孔洞及片層界面，他們都是會使涂層失效的裂紋源，能直接導(dǎo)致其在使用過程中過早失效、涂層抗熱震性能變差，這是大氣等離子噴涂工藝所不能避免的。其主要原因是等離子弧內(nèi)的溫度存在梯度，這種梯度會造成粉末的受熱熔化情況不同，最終導(dǎo)致形成的層片之間存在一些孔隙。然而，大氣等離子噴涂法的優(yōu)勢是其工藝和操作相對簡單，噴涂的參數(shù)雖多但能很好的控制涂層的成分和厚度。同時，被噴涂物件選擇多，往往不會受到形狀和大小的制約并且工作效率高且制備成被較低，同時涂層的氣孔和微裂紋較多其隔熱效果也較好，熱導(dǎo)率一般在0.8-1.1W/(m·K)左右。在眾多熱障涂層制備技術(shù)中，APS噴涂法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域以制備熱障涂層ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Jca</Author><Year>2021</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="dfr5prd9bv0zxfezzfjxf9fiw2axf0afsd5z"timestamp="1622272120">5</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Jca,D</author><author>Xw,B</author><author>Xl,C</author><author>Gl,D</author><author>Sza,D[J]CeramicsInternational</author></authors></contributors><titles><title>Outstandingsinteringresistanceinpyrochlore-typeLa2(Zr0.7Ce0.3)2O7forthermalbarriercoatingsmaterial</title></titles><pages>6996-7004</pages><volume>47</volume><number>5</number><dates><year>2021</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]。就應(yīng)用而言，APS技術(shù)僅限于沉積粒徑為10?100μm的小顆粒、當(dāng)原料粉末較大時其流動性較差不適合等離子噴涂。為了取代傳統(tǒng)的粉末注入而在原料中使用納米級粉末，有多種制備方法被提出，同時也在工業(yè)化應(yīng)用中取得了成功。其中最顯著的是懸浮等離子噴涂(SPS)和溶液先驅(qū)體等離子噴涂(SPPS），這兩種方法的主要區(qū)別在于飛行過程中沉積粒子的析出。這些方法增加了等離子體沉積技術(shù)的靈活性，通過使用較小的顆粒尺寸作為原料材料來沉積具有不同微觀結(jié)構(gòu)的涂層。SPS和SPPS沉積的涂層具有良好的孔隙率、應(yīng)變?nèi)菹薜闹鶢罱Y(jié)構(gòu)或垂直裂紋，導(dǎo)致其導(dǎo)熱系數(shù)低于EB-PVD或傳統(tǒng)APS涂層，所以在工業(yè)中已經(jīng)有了一定的應(yīng)用。但等離子噴涂技術(shù)仍有許多問題需要解決，目前的發(fā)展趨勢或方向主要集中于以下幾個方面ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Harmsworth</Author><Year>1992</Year><RecNum>10</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>10</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="dfr5prd9bv0zxfezzfjxf9fiw2axf0afsd5z"timestamp="1622274175">10</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Harmsworth,P.D.</author><author>Stevens,R.[J]JournalofMaterialsScience</author></authors></contributors><titles><title>Microstructureofzirconia-yttriaplasma-sprayedthermalbarriercoatings</title></titles><pages>616-624</pages><volume>27</volume><number>3</number><dates><year>1992</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]：研究開發(fā)新的噴涂材料；優(yōu)質(zhì)高效、低費(fèi)用、規(guī)?；膰娡抗に嚰岸喾N復(fù)合工藝技術(shù)；進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究，在科學(xué)地指導(dǎo)下進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐；強(qiáng)化改善噴涂材料使其更環(huán)保。電子束物理氣相沉積法（EB-PVD）REF_Ref73081952\h圖1.3為電子束物理氣相沉積裝置結(jié)構(gòu)示意圖。在高真空環(huán)境下，帶電鎢絲產(chǎn)生的高能量電子束轟擊靶陽極，使靶中的原子轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?。這些高能量的原子隨后沉淀成一層薄薄的固體陽極材料，覆蓋真空中的器件。這也被稱為“離子蒸發(fā)系統(tǒng)”，因?yàn)槿肷潆娮邮舭l(fā)涂層材料并沉積在基底上。用于EB-PVD的涂層材料包含但不限于陶瓷、鈦和鋯，以及氮化鋁鈦（TiAlN）都可以。YSZ作為標(biāo)準(zhǔn)TBC材料，以這種方式制造的涂層。厚度可從100到300納米到幾微米，并可提高基底的熱性能。EB-PVD制備的TBC涂層的主要應(yīng)用在汽車、航空航天以及發(fā)電領(lǐng)域領(lǐng)域，它同時也可以一些醫(yī)療設(shè)備上的薄膜ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Cherigui</Author><Year>2004</Year><RecNum>14</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[16]</style></DisplayText><record><rec-number>14</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="dfr5prd9bv0zxfezzfjxf9fiw2axf0afsd5z"timestamp="1622275124">14</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Cherigui,M.</author><author>Feraoun,H.I.</author><author>Feninehe,N.E.</author><author>Aourag,H.</author><author>Coddet,C.[J]MaterialsChemistry</author><author>Physics</author></authors></contributors><titles><title>Structureofamorphous