摘要: 随着船用燃机的高速发展,其热端部件的服役工况日渐严苛,而现有的热障涂层体系在耐多介质热腐蚀和高温热力耦合稳定性等方面均遇到性能提升瓶颈,无法完全满足新一代船用燃机热端部件更严苛的防护需求。对海洋大气环境下服役的热障涂层用陶瓷基材料的环境适配性改进研究现状进行了总结,分析了船用燃机热障涂层的服役工况特点,并对稀土离子掺杂改性与纤维增韧等手段强化的氧化钇部分稳定氧化锆陶瓷基材料,以及多种新型热障涂层用陶瓷基材料在提高热循环寿命及耐腐蚀性能方面的研究进行了归纳,最后预测了未来船用燃机热障涂层用陶瓷基材料的发展趋势。

关键词: 船用燃机 热障涂层 热循环寿命 耐热腐蚀性能 纤维增韧 

进入21世纪以来，伴随着海外全球化市场的全面拓展与海军现代化进程的持续推进，我国在新型军民用高性能船舶方面出现了较大的缺口，亟需在船舶性能与数量方面开展针对性补强，对我国船舶工业的研发与制造技术以及产能调控提出了极高的要求。其中，以船用燃机为代表的大功率船用动力源作为船舶基本主构成单元，其稳定服役与否直接影响到船舶的服役性能[1]。而燃烧室、透平叶片等热端部件作为船用燃机的核心部件，工作时需长时直面高温、高速燃气以及多元腐蚀介质的耦合冲击，相应服役工况已达到或部分超过部件自身材料的相关服役性能极限，需要在其表面制备由隔热陶瓷面层与适配性金属基黏结层构成的热障防护涂层以保证其在严苛工况下的长时服役稳定性[2]。

现阶段，20世纪80年代投入使用的由Y2O3稳定ZrO2陶瓷面层与MCrAlY(M=Ni、Co等）黏结层组成的YSZ热障防护涂层体系凭借其综合服役性能优异、工艺适配性强等优点，是目前应用最为广泛的高温热障防护涂层[3]。但是，随着新型船用动力技术的日益发展，船用燃气轮机的燃气入口温度日益提高。如英国Rolls-Royce公司明星产品，广泛装备于美国、英国、韩国等国海军主力舰艇的MT-30型船用燃机，其服役过程中透平前端环境温度高达1773～2473K，虽通过耦合气膜冷却防护技术实现约673K的降温效果，叶片表面温度仍直逼YSZ涂层1473K的极限服役温度[4]。此外，YSZ及其衍生的热障涂层体系最初的设计工况大多是针对航空发动机热端部件高强温、大温域热冲击、CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)腐蚀等环境，其设计服役工况明显有异于船用燃机热端部件服役环境。与航空发动机相比，船用燃机热障涂层不仅需要避免在更长的服役周期内因热力耦合失稳与海洋环境多元介质腐蚀等引发的损伤甚至失效，而且对于涂层的长时高温服役与抗熔盐侵蚀稳定性提出了较高要求[5]。其中，表面陶瓷层作为整个热障涂层体系的屏障，在服役时直接与含有腐蚀介质的高温环境接触，不仅是热障涂层绝热的关键部位，而且发挥着阻挡熔盐侵蚀的重要作用。因此，为保证船用燃机的稳定服役，近年来国内外已有多家相关科研单位开始开展船用燃机热障涂层的海洋工况适配性研究[6]。一方面，基于现有YSZ热障陶瓷面层，运用材料学手段进行改性，对YSZ陶瓷面层的热力学特性与服役稳定性进行调控；另一方面，积极研发适用于船用燃机工况的新型陶瓷基热障涂层材料。并通过借鉴复合材料等相关领域的结构稳定性强化手段，实现船用燃机热障涂层服役性能与可靠性的稳步提升。

本文旨在针对船用燃机热端部件表面热障防护涂层的长时服役稳定性需求，开展舰船燃气轮机热障涂层陶瓷基材料的海洋适配性设计与研发现状分析，从船燃热障涂层的服役工况特点入手，着重介绍近年来在热障涂层热冲击循环寿命提升和抗热腐蚀性能强化方面的研究进展，并探讨船用燃机热障涂层的未来发展方向，以期为未来热障防护技术的发展提供理论与技术参考。

 

船用燃机热障涂层服役工况的特殊性探究

 

目前，船用燃机主要装备于大型舰船与远洋船舶，不可避免地单周期内长时服役于海洋大气环境下，其热端部件的服役工况具有长时、高温、高湿、高盐雾等典型特点。因此，船用燃机的损伤形式以长时高温环境下的热力耦合失稳与复杂多介质侵蚀为主[7]，对于热障涂层陶瓷材料的高温相稳定性、热力耦合性质、抗熔盐侵蚀性能等提出了极高的要求。下面将主要从热力耦合损伤与熔盐侵蚀两方面分析船用燃机热障涂层的服役工况特殊性。

1长时高温环境下涂层的热力耦合损伤问题

现代的舰船服役寿命约为30年，服役周期内通常3～5年时间内需进行例行检修，以保证船舶的服役稳定性。但由于动力系统一般被安置于舰船的最底层空间极为有限的舱室，而机匣等零件尺寸大、重量沉，导致检测维修空间捉襟见肘，例行检修往往仅是将燃机机匣提升有限高度进行目视检测，不具备对于热障涂层损伤部件进行现场修复的工作条件。而如果对损伤的热端部件进行更换则需要对舰船上层甲板进行切割将燃机整体吊出维修，工作极为复杂且工期较长，往往仅在舰船大修升级期间进行。由此可以推算船用燃机关键热端部件表面的热障涂层服役寿命应大体与船舶的大修周期匹配，达到万余小时[8]，如MT-30燃气轮机热端部件的预计大修时间为12500h，整机大修时间为24000h。因此，对船用燃机热障涂层的长时服役性能要求极为严格。目前广泛应用于航空发动机叶片上的热障涂层的热循环寿命可以满足航空发动机几千小时的服役防护需求，但应用于舰船燃气机热端部件的表面防护时则会出现较为严重的长时高温热力耦合损伤问题。在船用燃机实际运行中，高速旋转的涡轮发动机叶片将高温高压的气流吸入燃烧器的同时承受了气流所产生的高负荷的应力和较高的工作温度，而汽缸燃烧作功产生的循环使应力和温度的变化剧烈，导致船用燃机叶片表面的热障涂层面临较为严重的高温氧化和热冲击损伤。相关研究表明，现有的传统YSZ涂层在高温下长期服役时，因陶瓷涂层与底层金属成分之间的热膨胀系数失配，使陶瓷层内部及其与黏结层的界面处易形成局域应力集中，诱发涂层内部缺陷拓展出现连续的垂直裂纹。同时，受高温环境下金属氧化行为影响，在陶瓷层与黏结层界面处易形成强度较低的热生长氧化(Thermally grown oxide,TGO)层，进而导致在热循环过程中裂纹在TGO/黏结层界面处萌生并扩展[9]，如图1所示[10]，一旦连续的纵向垂直裂纹与水平裂纹交汇则极易导致涂层脱落。为此针对船用燃机热端部件的热障涂层防护系统不仅要满足舰船长时高温的运行要求，而且要充分考虑到在高温燃气的工作条件下，由涂层内部的热力耦合失稳诱发的组织转变与结构损伤问题。因此，应用于船用燃机的陶瓷基热障材料在承受急剧温度变化时要具有优异的抗破损能力，即抗热冲击与抗烧结性能。

图1 热障涂层TGO发生开裂失效示意图

2含有S、V、Pb等元素的多介质熔盐热腐蚀损伤

与航空发动机服役于高空较为纯净大气环境不同的是，船用燃机服役于近海面环境，其燃烧做功用气多取自于海洋大气环境，特别是位于近赤道低纬地区的我国南海海域，与其他海域的海洋环境相比，具有常年高湿热、高盐雾及高降雨量的特点，需要着重研究海洋大气环境对船用燃机热障涂层服役行为的影响[11]。

海洋大气中含有的大量盐分以不同的粒径或形式存在于大气中[12]，通常温度、风速、湿度越大，盐含量越高。在恶劣气候以及舰船航行时击起浪花的情况下，空气中的盐含量更高。而行驶于海面附近的船舶，其船用燃机在工作时将会不可避免地吸入大量的盐雾，尽管船用燃机现多配备有较为完善的盐雾过滤装置，但仍存在盐雾进入燃机透平部件的问题。同时，船用燃机用的燃料多含有少量的S、Mg、Pb、V等元素的杂质，在燃烧过程中将转变为氧化物及腐蚀盐，在高温作用下与海洋大气环境中的NaCl等形成以Na2SO4与V2O5（或NaVO3）为主的熔融态酸性/碱性的熔盐沉积在叶片表面，造成积盐问题。而由于热障涂层面层YSZ特殊的多孔隙、多裂纹的结构，高温下的熔融态盐雾和有害物质等依靠这些扩散通道向涂层内部渗透。而Y2O3-ZrO2(YSZ）体系中由于稳定剂Y2O3的存在ZrO2主要为非平衡四方相（Non-equilibrium tetragonal zirconia,t'-Zr O2），基于Lewis酸碱理论，熔融态腐蚀盐易与Y2O3稳定剂发生如反应式（1）所示的腐蚀反应，导致涂层内部Y2O3含量降低，继而诱发如反应式（2）所示的伴随有体积变化的不利相变[13]，进而导致涂层内部应力累积萌生裂纹并拓展乃至失效。同时，空气中的熔盐对YSZ面层的腐蚀作用不明显，但在高温条件下如图2所示[14]，熔盐会通过氧化锆基涂层中的缺陷进入涂层内部，在涂层内部的熔盐可以在短时间的热腐蚀试验中填满陶瓷层内部孔隙，降低涂层整体隔热性能，并渗入到黏结涂层的界面附近加速MCrAlY黏结层的氧化，严重缩短了涂层寿命[15]。

此外，热腐蚀问题将会使叶顶间隙发生变化，对流体在涡轮机内部的流动产生不利影响，进而导致燃机性能衰退甚至发生叶片断裂失效，给装备的运行埋下极大的安全隐患，严重危害舰船动力系统的稳定服役。因此，在研发海洋高适配性热障涂层时，除了要考虑涂层服役条件所必需的长时高温的需求之外，热障涂层也面临着严重的热腐蚀问题亟待解决。

图2 在1173K下20h熔盐(Na2SO4+V2O5)腐蚀试验后YSZ涂层截面形貌

YSZ体系海洋适配性改进YSZ材料具有熔点高（Tm=2973K）、热导率低（λ=2.1W/(m·K),1273K）、热膨胀系数高（α=11.5×10-6/K-1,293～1273K）、断裂韧性高（KIC=3.4MPa·m1/2）等优良的综合性能。但是YSZ在1373K以上的高温环境下长期服役时会发生相变，t'-ZrO2相部分分解为稳定四方相(Tetragonal,t-ZrO2)、立方相(Cubic,c-ZrO2)和单斜相(Monoclinic,m-ZrO2)，同时伴随的体积膨胀会使涂层因应力分布不均匀产生裂纹，使金属黏结层的氧化速度增加，最终表面的YSZ陶瓷涂层将发生脱落。因此，针对YSZ体系热障涂层材料的海洋适配性的研发改进逐渐成为了近年来的研究重点。针对长时高温服役稳定性与熔盐热腐蚀问题，众多学者尝试采用稀土离子掺杂改性强化高温相稳定性、纤维掺杂调控涂层结构强度等优化手段进行改性研究，以期提高其服役稳定性。

1稀土离子掺杂涂层改性

目前常用的热障涂层掺杂体系主要包括以下两种：（1）采用Gd3+、Yb3+、Ce4+、Hf4+等稀土离子中的一种对热障涂层进行相稳定性提升；（2）采用双离子或三离子对热障涂层进行共掺杂改性，如Sc3++Y3+共掺ZrO2,Nb5++Ta5++Y3+共掺热障涂层。利用具有良好的化学稳定性以及较高的熔点的稀土氧化物或过渡金属氧化物对陶瓷面层材料进行掺杂，对其热物理性能改善效果明显[16]。

不同的离子对ZrO2晶格结构的影响不同，离子在晶格中掺杂的位置主要有两种：第1种是进入ZrO2晶格中取代Zr4+位置，如图3所示[17],Ta和Nb原子在晶格中以替代Zr原子的方式固溶；第2种是进入ZrO2晶格间隙中成为间隙原子。由于掺杂的离子与原有的Zr4+存在原子质量以及半径上的差异，使稀土离子进入晶格后发生畸变，产生点位错效应和互补效应，并且与原有的Zr4+不同价态的离子掺杂后会导致电荷不平衡，因此晶格中生成了氧空位以中和电荷，氧空位的增加使声子的散射作用增强，进而影响材料的热力学性能。总而言之，稀土离子的作用就是增加晶格中的缺陷使声子散射的平均自由程降低、散射作用增强，有效降低了热障涂层的热导率[18]并抑制了相变。掺杂后的YSZ在高温下显现出优异的相稳定性，保证了韧性较好的t'-ZrO2相在涂层中稳定存在，使涂层中的裂纹萌生与扩展速度减慢，显著提升涂层长时高温服役性能。如Fang[14]和王福元[19]等研究了多种单离子掺杂对YSZ涂层的高温稳定性的影响，结果表明Eu3+和Nd3+的两种稀土元素对YSZ基热障涂层的影响规律相似，稀土掺杂涂层的相结构由稳定的t'-ZrO2相组成，并随着稀土掺杂量的增加，涂层的孔隙率降低，并一定程度提升了涂层的抗热冲击性能。苏正夫等[20]对YSZ进行了La3+离子的掺杂改性，结果表明掺杂La3+离子的YSZ表现出良好的高温相稳定性以及较高的抗烧结性能，同时热导率明显低于传统YSZ。此外，近年来国内外学者们[21-22]对CeO2、Yb2O3、Sc2O3等稀土氧化物掺杂YSZ进行了研究，研究结果如表1所示[23-29],YSZ材料经掺杂后的热膨胀系数、热导率等能均有一定程度的改善，证明稀土离子掺杂对于YSZ材料热物性能具有优异的强化效果。

同时，基于Lewis酸碱理论，采用酸性较强的稀土氧化物掺杂对YSZ涂层的耐熔盐热腐性能提升较大。如李任伟等[30]研究了Ce4+掺杂YSZ(CSZ）热障涂层在950℃环境下的耐Na2SO4熔盐腐蚀性能，结果表明，CSZ涂层较传统YSZ涂层耐熔盐腐蚀性能大幅提升。王进双等[31]研究了700℃下Dy3+掺杂YSZ涂层的耐V2O5熔盐热腐蚀性能，结果表明稀土离子的掺杂更好地维持了腐蚀环境下涂层的相稳定性，表现出良好的耐高温熔盐腐蚀性能，并且随着掺杂量的增加耐熔盐腐蚀性能逐渐增强。此外，研究者们也进一步研究了Sc3+、Gd3+[32]等稀土元素掺杂对YSZ涂层耐熔盐热腐蚀性能的影响，结果表明掺杂改性后的涂层均表现出较好的耐熔盐热腐蚀性能。

图3 YSZ、Nb-YSZ与Ta-YSZ晶胞结构模型

表1 1073～1273K下稀土离子掺杂YSZ的热物理性能

稀土离子掺杂在热障涂层改性的研究领域占有十分重要的地位，当前关于稀土离子掺杂YSZ热障涂层的研究主要集中在提高材料的高温稳定性和热物理性能等方面，通过单一稀土离子掺杂或多元稀土离子共掺杂可以一定程度上提高YSZ涂层的热循环寿命以及耐熔盐腐蚀能力，使YSZ材料在海洋环境下的服役稳定性增强，但仍无法彻底突破YSZ材料自身的性能局限。

2纤维增韧涂层改性

YSZ陶瓷面层主要成分为ZrO2，作为典型的陶瓷材料其最明显的特点是具有较高的刚度与较弱的塑韧性，具体体现为YSZ涂层面层材料的断裂韧性较低，使得陶瓷面层中的裂纹易在陶瓷层内部扩展，最终造成面层的断裂失效，降低热障涂层热循环寿命[33]。而在复合材料领域，常采用在陶瓷材料内部掺杂力学性能较好且具有一定长径比的纤维状增韧相提升陶瓷材料的力学性能。由此众多学者得到启发，通过在陶瓷面层中添加高强度的纤维和晶须等强韧相（以下均简称纤维增韧），通过强韧相在裂纹扩展过程中所发生的脱黏、拔出、断裂以及裂纹偏转等行为，增加裂纹失稳扩展消耗的能量来增加材料韧性，可以达到提高热障涂层服役寿命的目的。如图4所示[34]，在涂层基质中纤维状强韧相在发生脱黏、拔出以及断裂时形成新的表面将消耗大量能量，并且产生额外的应变能与大量断裂能。同时产生的“桥接”现象具有抑裂止裂的作用，有效限制了在热循环过程中的交替变化的温度下产生的裂纹在涂层中的生长和扩散。此外，如图5所示[34]，裂纹的偏转对于涂层产生增韧作用明显，由于纤维与陶瓷基材之间热膨胀系数、弹性模量等物理性能存在差异，纤维周围因此产生了应力场，应力场的存在使裂纹扩展时难以穿过纤维，进而发生偏转消耗大量能量，显著提升了YSZ涂层抗热震性能。目前，纤维在涂层中的作用方式主要有两种：（1）编织成网状或一定合适形状的长纤维可以在材料中起到承载外力的作用；（2）在混粉的过程中将纤维增强相均匀地分散在基体材料中，进而减小应力对材料造成的破坏。

图4 SiC晶须在YSZ涂层内部的强化作用

目前，国内从事热障涂层纤维增韧方面的研究的有武汉理工大学、清华大学、哈尔滨工程大学等相关单位，相关研究成果如表2所示[35-39]，其中热循环寿命测试条件均为（1273±10)K加热5min,(298±5)K水冷1min。如金国等[40]采用机械混粉的方式制备了SiC纤维/YSZ、YSZ纤维/YSZ、硼酸铝晶须/YSZ、氮化硼晶须/YSZ等多种纤维增韧热障涂层并针对涂层的热震性能进行研究。结果表明，纤维状强化相的引入提高了YSZ热障涂层的热循环寿命，相较于常规YSZ热障涂层最高提升了58.8%～62.2%[41]，并采用化学镀等方式尝试解决纤维增强相与涂层基质的界面相容性问题[42]，进一步提高了YSZ涂层的高温稳定性。励德亮等[43]以纤维缠绕的方式制备了具有类似“钢筋混凝土”结构的SiC纤维/YSZ复合热障涂层，SiC纤维缠绕涂层导热系数与典型的YSZ相比降低了约50%，热循环寿命是YSZ涂层的2.2倍。郎莹[44]也进行了纤维对YSZ材料的强化作用的研究，对比了多种陶瓷纤维的作用效果，包括硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维和YSZ纤维等，其中氧化铝纤维和YSZ纤维对YSZ材料增强效果明显，分别增加了245%和79%。

表2 纤维掺杂YSZ材料的热力学性能

因此，引入晶须、纤维等纤维状强韧相是一种目前解决热障涂层高温韧性的有效方法，通过将高强度的纤维与材料复合在一起，使材料塑韧性与力学稳定性得到强化。然而纤维增韧改性并未对涂层基质材料进行改性优化，故而强化效果有限，但作为热障涂层服役性能的有效提升手段，掺杂纤维状强韧相提升热障涂层材料热循环寿命这一方法仍值得在强化相种类、含量、掺杂方法等方面开展更为深入的研究。

图5 SiC晶须在YSZ涂层内部的裂纹偏转与止裂作用

3 其他改性手段

除上述稀土离子掺杂、纤维增韧等手段外，国内外学者针对船用燃机热障涂层的微观结构也开展了大量研究，如采用激光重熔技术对YSZ涂层进行表面致密化处理，以及采用高纯原材料等方式。

激光重熔技术（Laser remelting,LR）可以进一步改善等离子喷涂技术制备的热障涂层的服役性能，为YSZ涂层在海洋环境下的应用提供了新的提升服役可靠性的途径[45]。由于通过等离子喷涂技术制备的热障涂层存在较多的空洞裂纹等缺陷，抗热腐蚀与阻止裂纹扩展能力相对较差，激光重熔技术如图6所示[46]，可以使涂层表面致密化，消除涂层的层状结构、大部分孔隙和氧化物夹杂，形成均匀致密的陶瓷涂层，阻止腐蚀物侵入，提升涂层耐高温腐蚀性能，从而提高船用燃机热障涂层的服役寿命。但值得注意的是，激光作为高密度热源，若工艺参数调控不当易导致热障涂层内部应力失稳，进而产生陶瓷层断裂、翘曲等问题。

提高涂层的纯度也是一种优化热障涂层热循环寿命的有效方法，纯度高的YSZ涂层由于体积收缩幅度更小，因此具有更好的抗烧结性能以及更长的热循环寿命[47]。将SiO2和Al2O3杂质含量较多的YSZ涂层与杂质含量较低的涂层性能进行对比可知，含有较低杂质的涂层的烧结速率更慢，热循环寿命更长。这是由于涂层材料纯度的提高，会使平面收缩的倾向降低，同时热导率的增加速率更缓慢，因此涂层表现出良好的抗烧结性能。

图6 激光重熔前后YSZ涂层截面SEM形貌及元素线分布

4耐海洋腐蚀燃机YSZ体系

涂层材料总结及展望总体来看，针对YSZ体系的海洋适配性改进备受关注，国内外研究者们通过离子掺杂、纤维增韧等材料学改性手段以及激光重熔等改性方法，显著提高了YSZ热障涂层的服役性能，并且取得了大量详实的数据和研究成果。

一方面，单元或多元稀土离子掺杂在为涂层引入缺陷等调控涂层的热物参数的同时，利用酸性较强的稀土氧化物对YSZ涂层进行掺杂，改性层在海洋大气多介质腐蚀作用下依然能保持很好的组织结构稳定性，展现出良好的耐热腐蚀能力。另一方面，添加纤维、晶须等强韧相有利于增加涂层的断裂韧性，阻止涂层中裂纹的萌生与拓展，有效提升了涂层的长时热力耦合稳定性。此外，激光重熔技术等新型改性手段可使涂层产生表面致密化的效果，一定程度提升了YSZ涂层的服役稳定性，在YSZ涂层材料的海洋适配性改进中表现出巨大的发展潜力。

然而目前对于YSZ材料的研究在性能提升的理论与技术方面逐渐出现了瓶颈，仍存在热膨胀系数不匹配、高温相变以及较低断裂韧性等问题，可能无法满足未来高性能船用燃机的使用要求。因此，针对YSZ体系涂层材料的研究可更多集中于如下3个方面。

(1）系统化研究稀土氧化物的选择与添加含量、配比等对YSZ涂层热物性能与服役行为的影响规律，并构建相应的材料改性数据库，实现YSZ涂层材料学改性的有效指导。

(2）进一步完善强韧相的选择、添加方式以及强韧相与陶瓷层材料之间的物化匹配程度。

(3）在当前研究的基础上将多种改性方法相耦合，使多种改性手段共同发挥优势，进一步提升涂层在高温、熔盐腐蚀等严苛工况下的服役性能。

新材料的海洋适配性改进

近年针对YSZ材料的改性研究主要集中在提高高温相稳定性与耐腐蚀性能的同时降低热导率，然而现有的稀土离子掺杂、纤维增韧等方法往往是提高了YSZ材料的某一项或几项性能，难以从根本上解决YSZ涂层材料自身最高服役温度受限等问题，因此随着对船用燃机热端部件涂层性能要求的进一步提高，寻找可适用于海洋大气服役环境更高性能的新型热障涂层陶瓷基材料显得十分重要，根据目前已报道的新型材料，如烧绿石和萤石结构的稀土锆酸盐以及钙钛矿结构的锆酸盐/钛酸盐等，凭借其低导热性和高温相稳定性等优良特性在当前海洋适配性改进的研究中展现出了良好的前景[48]。

1烧绿石结构稀土锆酸盐热障材料体系

锆酸盐（A2Zr2O7）材料具有独特的烧绿石结构，其晶体结构比YSZ材料更加复杂，含有的空位密度更高，被认为是最具有潜力替代YSZ的新型热障涂层材料，其中最为典型的为La2Zr2O7(LZ）陶瓷。与YSZ相比，由于La3+质量较大可以明显地增加声子散射，降低声子的平均自由程，因此LZ具有更低的热导率（λ=1.25～1.6 W/(m·K),1273K）、适中的热膨胀系数（α=9.1×10-6～11.6×10-6/K,573～1273K）以及更好的物相稳定性，且LZ在熔点之前不会发生相变[49]，图7所示[50]为多家研究单位在不同试验条件下测得的锆酸镧材料的热导率与热膨胀系数，图中标注的文献为文献[50]中的引用，非本文对应的引用文献。在锆酸镧晶体结构中，La3+位于具有网状骨架结构的ZrO6的八面体孔隙的位置，La3+和Zr4+的位置易被其他多种阳离子取代，使得通过添加稀土氧化物掺杂改性来提高锆酸盐材料的热物理性能成为可能，如表3所示[51-56]，掺杂不同稀土离子可以有效提升锆酸镧材料综合性能。但由于锆酸镧的热膨胀系数没有YSZ陶瓷材料高，而且断裂韧性较差，锆酸镧涂层的热循环寿命远远低于YSZ，限制了其大范围应用。研究表明，由锆酸镧面层与YSZ中间层组制备成双陶瓷层结构热障涂层，利用LZ面层优异的隔热与耐熔盐侵蚀性能，在原有YSZ中间层的基础上，可以极大提高涂层的热循环寿命和耐高温腐蚀性。

图7 不同试验条件下和温度范围内测得的锆酸镧的热导率和热膨胀系数

表3 锆酸镧掺杂不同稀土元素的性质

注：Tm为熔点；Dth为热扩散系数；λ为热导率；Cp为比热容；E为杨氏模量；α为热膨胀系数。

国内外多家研究单位例如国防科技大学、江苏大学、德国亚琛工业大学、哈尔滨工程大学等，在单一烧绿石结构稀土锆酸盐的基础上采用其他稀土元素掺杂，以及在涂层中添加纤维增韧等方法以降低热导率或提高热膨胀系数，可在一定程度上解决上述问题。如张健[57]研究了Y3+掺杂对La2Zr2O7(LZO)粉体与涂层热物特质的影响行为，结构表面Y3+的掺杂有效降低了LZO粉体的热膨胀系数，缓解了涂层与基体的热失配问题。张少朋[58]研究了Ce4+掺杂对Gd2Zr2O7材料的热物理性能和抗腐蚀性能的调控机理，结果表明Ce4+的掺杂使陶瓷材料的热膨胀系数提高、热导率降低，并表现出良好的耐腐蚀性。Jin等[40]研究了YSZ纤维和碳纳米管的掺杂对La2Zr2O7-YSZ双陶瓷热障涂层的强化行为，结果表面添加质量分数8%YSZ纤维的锆酸镧涂层和质量分数1%CNTs的涂层断裂韧性分别提高11.5%和28.7%，平均热循环寿命分别是传统锆酸镧涂层的1.26倍和1.73倍，并且由于锆酸镧材料优异的隔热性能，制备的双陶瓷热障涂层导热系数小于传统YSZ单陶瓷涂层。

近年来，针对锆酸盐体系的新型材料改性的研究主要集中在利用稀土氧化物离子掺杂以提高热膨胀系数等热物理性能，以及通过结构设计的方法，结合两种或多种陶瓷材料的优点，有效改善热障涂层材料服役过程中热循环寿命以及耐腐蚀性能不足的问题，但断裂韧性较差的问题并未得到根本性解决，仍需进一步开展深入的研究。

2钙钛矿结构陶瓷基热障材料体系

钙钛矿（Perovskite,ABO3）结构的陶瓷基材料具有立方对称的晶体结构，随着A位的稀土元素和B位过渡族金属元素的不同具有不同的性质，目前研究较多的主要有SrZrO3、CaZrO3、BaZrO3和LaTiO3等。与YSZ相比，钙钛矿陶瓷（以CaZrO3为例）具有熔点高（Tm=2823K）、热导率低（λ=0.7W/(m·K),873K）、热膨胀系数高（α=9×10-6/K,293～1273K）等诸多优点。其中，SrZrO3材料由于相对较好的综合性能而受到关注较多，SrZrO3陶瓷涂层主要由SrZrO3相和少量t-ZrO2相组成，但在高温服役时会出现性能短板，涂层中生成第二相m-ZrO2使热膨胀系数和热导率降低[59]，对涂层稳定服役影响较大。由于钙钛矿结构陶瓷材料在高温下会发生明显的相变，并存在断裂韧性差、耐腐蚀性差等问题，限制了其在船用燃机热障涂层上应用[60]。

目前，针对钙钛矿结构的材料普遍存在的耐熔盐腐蚀性不佳、热循环寿命不足等问题，应对手段与烧绿石结构的稀土锆酸盐的改进方式相似，一方面采用掺杂多元离子的方法提高钙钛矿陶瓷材料的热物性能，另一方面通过涂层的结构设计，多层结构的热障涂层可以在有效降低热导率的同时，解决热膨胀系数不匹配等问题。如马伯乐等[61]通过掺杂Yb3+、Gd3+等稀土离子对SrZrO3材料进行改性研究，并成功制备了单相双稀土改性的Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.05单层热障涂层与Sr1.1(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O3.0/YSZ双层涂层，并对两种涂层的服役性能进行测试。结果表明，稀土掺杂后的涂层热膨胀系数大幅升高，且抗烧结性能明显优于SrZrO3涂层，并且在稀土离子掺杂与双陶瓷层结构改性强化下涂层的整体热循环寿命与耐熔盐热腐蚀性能得到了进一步的提升。Fang等[14]围绕钙钛矿体系热障涂层的开发进行了大量的尝试，成功制备出了与常规YSZ涂层相比耐熔盐热腐蚀性能更优异的La0.8Ba0.2TiO3-δ(LBT)-YSZ双陶瓷热障涂层，在1173K的Na2SO4+V2O5熔盐腐蚀试验中，该涂层的整个LBT陶瓷层在熔盐中暴露10h后如图8所示[14]，几乎完全转变为由上层多孔层和下层致密层组成的双亚层结构，致密层抑制熔盐进一步渗透到YSZ中间层，使YSZ中间层保持了结构完整性，而传统YSZ涂层在同等条件则被完全破坏。

因此，多元离子掺杂处理有效抑制了钙钛矿结构材料在高温环境下发生相变，并且结合了双层结构设计使含有钙钛矿材料热障涂层的热循环寿命和耐热腐蚀能力得到提高。但钙钛矿陶瓷材料仍存在热膨胀系数变化大、断裂韧性不足等问题有待解决。

3其他新型陶瓷基热障材料

除了上述具有烧绿石结构与钙钛矿结构的新型陶瓷材料外，如磷酸镧（Lanthanum phosphate,LaPO4）、稀土钽酸盐(Rare earth tantalate,ReTaO4、Re3TaO7,Re=Nd,Gd)等材料凭借其较为优异的热物潜质，也逐渐成为船用燃机热障陶瓷基材料的研究热点[62]。

磷酸镧（LaPO4）在高温下不仅具有良好的稳定性，而且具有热膨胀系数较高（α=10×10-6/K,1273K）、导热率较低（λ=1.8～3.0W/(m·K),473～1273K）的优良性能，吸引了国内外众多学者的关注[63]。研究表明，LaPO4耐腐蚀性较好，尤其是在含硫和钒的服役环境中表现优异，并且它不与氧化铝发生反应，这使磷酸镧材料在船用燃机热障涂层中的应用十分具有竞争力，但限制其应用的原因之一是其与基底结合性差，另外，应用等离子喷涂的方法对该材料进行涂层制备较为困难，因此这种材料在船用燃机热障涂层中应用仍需进一步研究。

稀土钽酸盐（RETaO4、RE3TaO7,RE=Nd,Dy,Gd等）在高温下的热导率极低（λ=1.23～2.98W/（m·K),373～1273K)[64]，比YSZ的热导率值降低了约50%，断裂韧性良好（1.0～1.5 MPa·m1/2,RE3TaO7,RE=Ce,Nd,Sm,Eu,Er,Dy,Gd），而且稀土钽酸盐是非氧离子缺陷型热导化合物，难以进行氧离子的传输，因此在服役时热氧化物TGO层的生长可以得到有效抑制，使热循环寿命提高，是一类具有发展潜力的热障涂层材料，有望成为新一代应用于船用燃机的热障涂层材料[65]。

4耐海洋腐蚀燃机新型热障涂层材料总结及展望

新型热障涂层陶瓷层材料与传统的YSZ材料相比，均在某一方面或某几方面具有一定的优势，目前研究较多的烧绿石结构材料热导率更低并且高温下物相稳定性更好，钙钛矿结构的材料熔点更高且热导率更低，其他新型材料如磷酸镧、钽酸盐等也在热导率等方面展现出发展潜力。

根据目前的报道，关于新型陶瓷层材料的研究除了针对陶瓷材料本身的性能进行材料学改性研究之外，主要集中于将其与YSZ体系等其他陶瓷材料相结合，构成双层或多层结构的陶瓷面层。新材料的材料学改性手段与YSZ相似，采用稀土元素掺杂及纤维增韧等方法对材料的热膨胀系数及断裂韧性均有不同程度的改善。多层结构的设计有效保留了单一材料的性能优势，使涂层的使用寿命得以延长，耐腐蚀性提高。

图8 YSZ涂层与LBT-YSZ涂层热腐蚀过程中的宏观形貌、截面扫描与腐蚀机理示意图

但是这些潜在的热障涂层材料大多仍然存在一些材料本身性能方面的缺陷，比如热膨胀系数不匹配，仍小于黏结层的热膨胀系数，断裂韧性较差的问题并未得到根本性解决，且多层结构也会相应地衍生出一些不可忽视的问题，例如各层之间结合强度差产生剥落的风险仍需进一步探究。因此新型材料在船用燃机的应用中均具有一定的局限性，其综合性能仍无法和YSZ材料相媲美，YSZ体系仍是未来一段时间内最具有应用潜力的热障涂层陶瓷基材料。未来应用于海洋环境的新型热障涂层材料的研究可重点关注以下两个方面。

(1）基于材料学、热力学等相关领域的发展，继续寻找新一代适用于海洋复杂的多元介质热腐蚀工况下的新型陶瓷基热障涂层材料。

(2）进一步优化现有多层结构热障涂层的服役稳定性，从多层陶瓷材料的选择入手，并结合多种材料学改性手段以及涂层的结构设计，对涂层的抗热震性能及耐热腐蚀性能进行系统性的调控，以期获得综合性能优于YSZ的高温热障涂层。

结论

本文通过分析船用燃机服役环境特殊性与船用燃机用陶瓷基热障材料的现有研究成果，总结归纳了YSZ热障涂层的强化改性与新型陶瓷材料的发展特点，即运用多元离子掺杂与纤维增韧等手段可以一定程度强化传统YSZ热障涂层的高温物相稳定性、抗热冲击性以及耐熔盐腐蚀性等性能。而相较于YSZ涂层，以稀土锆酸盐、钙钛矿结构陶瓷等为代表的新型陶瓷基热障材料在隔热性、抗热冲击性、耐熔盐冲击性等方面具有显著优势，并且将新型材料组合设计成多层结构的陶瓷层可以显著提高热障涂层的寿命。但YSZ涂层极限服役温度瓶颈与易受熔盐腐蚀等问题仍未解决，新型材料仍存在断裂韧性差、综合热物匹配性不足等问题，严重限制了其在船用燃机热障涂层领域的应用与推广。

因此，鉴于目前的研究现状，未来耐海洋腐蚀燃机热障涂层的发展可重点关注以下方面：（1）完善海洋环境下长时高温的热力耦合与复杂多元介质热腐蚀造成热障涂层破坏的机理，当前研究者们对于在海洋环境下工作的船用燃机热端部件表面的热障涂层的失效机理关注很少，并且由于机理尚有欠缺，针对船用燃机热障涂层的适配性研发较为困难，无法满足新一代高性能的船用燃机的服役需求，因此通过对其失效机理的分析研究为未来船用燃机热障涂层的性能提高与保障提供理论依据。（2）进一步研发适用于海洋环境的热障涂层材料，针对YSZ体系热障涂层材料进行材料学本质改性、强韧相结构补强与涂层的形性调控深入研究，突破YSZ涂层自身海洋工况服役适配性瓶颈，在短期内保证船用燃机热障涂层的稳定服役。与此同时投入大量人力、物力研发综合服役性能优异、适用于海洋环境的新型船用燃机陶瓷基热障材料。并在新型陶瓷材料性能优势的基础上，通过研究涂层的制备工艺、涂层结构与性能3者的关系，解决热膨胀系数不匹配、断裂韧性差等新型材料应用的关键性问题，为后续大功率高性能船用燃机奠定表面防护技术基础。

参考文献

[1]张忠文.舰船燃气轮机技术的发展途径[J].航空发动机,2009,35(6):49-52.ZHANG Zhongwen.Development approach of marine gas turbine[J].Aeroengine,2009,35(6):49-52.

[2]杨宏波,王源升,王轩,等.燃气轮机在海洋环境下的热腐蚀与防护技术研究进展[J].表面技术,2020,49(1):163-172.YANG Hongbo,WANG Yuansheng,WANG Xuan,et al.Research progress on hot corrosion and protection technology of gas turbine in marine environment[J].Surface Technology,2020,49(1):163-172.

[3]LOGANATHAN A,GANDHI A S.Effect of phase transformations on the fracture toughness of t'yttria stabilized zirconia[J].Materials Science and Engineering:A,2012,556(30):927-935.

[4]崔耀欣,汪超,何磊,等.重型燃气轮机先进热障涂层研究进展[J].航空动力,2019(2):66-69.CUI Yaoxin,WANG Chao,HE Lei,et al.Research progress of advanced thermal barrier coatings for heavy duty gas turbines[J].Aeronautical Power,2019(2):66-69.

[5]郑军林,李亚楠.舰船高温防护涂层技术研究进展[J].材料开发与应用,2015,30(6):99-102.ZHENG Junlin,LI Yanan.Research progress of high temperature protective coating technology for ships[J].Material Development and Application,2015,30(6):99-102.

[6]刘永葆,刘建华,余又红,等.燃气轮机热障涂层高温腐蚀研究综述[J].中国舰船研究,2017,12(2):107-115.LIU Yongbao,LIU Jianhua,YU Youhong,et al.Review on high temperature corrosion of thermal barrier coatings for gas turbine[J].China Ship Research,2017,12(2):107-115.

[7]LI C,HE J,MA Y,et al.Evolution mechanism of the microstructure and mechanical properties of plasma-sprayed yttria-stabilized hafnia thermal barrier coating at 1400℃[J].Ceramics International,2020,46(15):23417-23426.

[8]伍赛特.航改燃气轮机技术发展历程及未来趋势研究[J].上海节能,202(3):213-220.WU Saite.Research on the development process and future trend of aviation gas turbine technology[J].Shanghai Energy Conservation,2020(3):213-220.

[9]JAMALI H,MOZAFARINIA R,SHOJA RAZAVI R,et al.Comparison of thermal shock resistances of plasma-sprayed nanostructured and conventional yttria stabilized zirconia thermal barrier coatings[J].Ceramics International,2012,38(8):5-12.

[10]华佳捷,张丽鹏,刘紫微,等.热障涂层失效机理研究进展[J].无机材料学报,2012,27(7):680-686.HUA Jiajie,ZHANG Lipeng,LIU Ziwei,et al.Progress in failure mechanism of thermal barrier coatings[J].Journal of Inorganic Materials,2012,27(7):680-686.

[11]GAO Z,CAI Z.Thermal cycling property of supersonic atmospheric plasma sprayed thermal barrier coatings reinforced by Ni-coated YSZ fibers[J].Surface&Coatings Technology,2017,320:226-229.

[12]沈剑,丁星星,宋凯强,等.海洋大气环境下装备材料的腐蚀与防护研究进展[J].装备环境工程,2020,17(10):103-109.SHEN Jian,DING Xingxing,SONG Kaiqiang,et al.Research progress on corrosion and protection of equipment materials in marine atmospheric environment[J].Equipment Environmental Engineering,2020,17(10):103-109.

[13]华云峰,潘伟,李争显,等.热障涂层抗腐蚀研究进展[J].稀有金属材料与工程,2013,42(9):1976-1980.HUA Yunfeng,PAN Wei,LI Zhengxian,et al.Research progress on corrosion resistance of thermal barrier coatings[J].Rare Metal Materials and Engineering,2013,42(9):1976-1980.

[14]FANG Y C,CUI X F,JIN G,et al.Microstructural evolution and hot corrosion behavior of La_(0.8)Ba_(0.2)TiO_(3-δ)-YSZ double-layer thermal barrier coatings in Na_2SO_4+V_2O_5molten salt at 900℃[J].Surface and Coatings Technology,2020,399:126175.

[15]PARK S Y,KIM J H,KIM M C,et al.Microscopic observation of degradation behavior in yttria and ceria stabilized zirconia thermal barrier coatings under hot corrosion[J].Surface and Coatings Technology,2005,190(2-3):357-365.

[16]KARABAS M.Production and characterization of Nd and Dy doped lanthanum zirconate-based thermal barrier coatings[J].Surface and Coatings Technology,2020,394:125864.

[17]李培忠,靳磊,马良,等.Nb和Ta掺杂四方YSZ机械性能及热性能的第一性原理研究[J].稀土,2014,35(6):13-19.LI Peizhong,JIN Lei,MA Liang,et al.First-principles study on mechanical and thermalproperties of tetragonal YSZ doped with Nb and Ta[J].Rare Earths,2014,35(6):13-19.

[18]马永辉.Sm_2Zr_2O_7陶瓷的掺杂改性和热辐射性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2014.MA Yonghui.Study on doping modification and thermal radiation properties of Sm_2Zr_2O_7 ceramics[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2014.

[19]王福元.晶须与稀土改性YSZ基热障涂层组织与性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2019.WANG Fuyuan,Study on microstructure and properties of YSZ based thermal barrier coating modified by whisker and rare earth[D].Harbin:Harbin Engineering University,2019.

[20]苏正夫,刘怀菲,王雅雷.La_2O3和Y_2O_3掺杂ZrO_2复合材料的高温相稳定性、抗烧结性及热导率[J].复合材料学报,2015,32(5):1381-1389.SU Zhengfu,LIU Huaifei,WANG Yalei.High temperature phase stability,sintering resistance and thermal conductivity of La203 and Y203 doped ZrO_2 composites[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2015,32(5):1381-1389.

[21]宫文彪.等离子喷涂三元纳米ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2热障涂层的组织与性能研究[D].长春:吉林大学,2007.GONG Wenbiao.Study on microstructure and properties of plasma sprayed ternary nano ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2 thermal barrier coatings[D].Changchun:Jilin University,2007.

[22]YOKOE D,MATSUMOTO M,TAKAYAMA H.Thermal cycle behavior of plasma sprayed La_2O_3,Y_2O_3 stabilized ZrO_2coatings[J].Scripta Materialia,2006,54(12):2035-2039.

[23]WANG C J,WANG Y,HUANG W Z,et al.Influence of CeO_2 addition on crystal growth behavior of CeO_2-Y_2O_3-ZrO_2 solid solution[J].Ceramics International,2012,3 8(3):2087-2094.

[24]KAN Y M,LI S L,WANG P L,et al.Preparation and conductivity of Yb_2O_3-Y_2O_3and Gd_2O_3-Y_2O_3 co-doped zirconia ceramics[J].Solid State Ionics,Diffusion&Reactions,2008,179(27):1531-1534.

[25]LIU H F,XIONG I X,WANG YL.Phase stability and thermal conductivity of La_2O_3,Y_2O_3 stabilized ZrO_2 ceramic for thermal barrier coating application[J].Advanced Materials Research,2014,1033-1034:907-911.

[26]WANG Y X,ZHOU C G.Effect of Gd_2O_3 on the micro structure and thermal properties of nanostructured thermal barrier coatings fabricated by air plasma spraying[J].Progress in Natural Science:Materials International,2016,26(4):362-367

[27]LOGHMAN-ESTARKI M R,RAZAVIR S,JAMALI H,et al.Effect of scandia content on the thermal shock behavior of SYSZ thermal sprayed barrier coatings[J].Ceramics International,2016,42(9):11118-11125.

[28]ZHANG Y L,LEI G,YANG Y P,et al.Influence of Gd_2O_3 and Yb_2O_3 Co-doping on phase stability,thermo-physical properties and sintering of 8YSZ[J].Chinese Journal of Aeronautics,2012,25(6):948-953.

[29]谢敏.Er_2O_3掺杂新型热障涂层材料结构及性能研究[D].北京:北京科技大学,2020.XIE Min.Er_2O_3 Study on structure and properties of doped novel thermal barrier coatings[D].Beijing:Beijing University of Science and Technology,2020.

[30]李任伟,宫文彪.CeO_2/ZrO_2-Y_2O_3纳米热障涂层高温熔盐腐蚀性能及失效机理[J].材料热处理学报,2016(3):145-149.LI Renwei,GONG Wenbiao.High temperature molten salt corrosion behavior and failure mechanism of CeO_2/ZrO_2-Y_2O_3 nano thermal barrier coatings[J].Journal of Material Heat Treatment,2016(3):145-149.

[31]王进双,陈路遥,刘冰,等.Dy_2O_3改性YSZ相稳定性及熔盐腐蚀行为[J].信阳师范学院学报(自然科学版),2020,13 8(1):118-123.WANG Jinshuang,CHEN Luyao,LIU Bing,et al.Phase stability and molten salt corrosion behavior of Dy_2O_3 modified YSZ[J].Journal of Xinyang Normal University(Natural Science Edition),2020,138(1):118-123.

[32]梁艳芬.多.元稀土掺杂ZrO_2的物理性能及CMAS热腐蚀行为研究[D].南宁:广西大学,.2018.LIANG Yanfen.S tudy on physicalproperties and CM AS hot corrosion behavior of multi rare earth doped ZrO_2[D].Nanning:Guangxi University,2018.

[33]赵梦甜.稀土掺杂氧化锆基热障涂层的隔热性能和抗高温氧化性能研究[D].上海:上海交通大学,2019.ZHAO Mengtian.Thermal insulation and high temperature oxidation resistance of rare earth doped zirconia based thermal barrier coatings[D].Shanghai:Shanghai Jiaotong University,2019.

[34]FANG Y C,CUI X F,JIN G,et al.Influence of SiC fiber on thermal cycling lifetime of SiC fibers/YSZ thermal barrier coatings by atmospheric plasma spraying[J].Ceramics International,2018,44(15):18285-18293.

[35]MATSUMOTO M.Low thermal conductivity and high temperature stability of ZrO_2-Y_2O_3-La_2O_3 coatings produced by electron beam PVD[J].Scripta Materialia,2003,50(6):867-871.

[36]苏纯兰,周长灵,徐鸿照,等.碳纤维增韧陶瓷基复合材料的研究进展[J].佛山陶瓷,2020,30(2):10-21.SU Chunlan,ZHOU Changling,XU Hongzhao,et al.Research progress of carbon fiber reinforced ceramic matrix composites[J].Foshan Ceramics,2020,30(2):10-21.

[37]WANG C A,HUANG Y, ZHAI H X.The effect of whisker orientation in SiC whiskerreinforced Si_3N_4 ceramic matrix composites[J].Journal of the European Ceramic Society,1999,19(10):1903-1909.

[38]尹洪峰,徐永东,成来飞,等.连续碳纤维增韧SiC复合材料的制备与性能研究[J].硅酸盐学报,2000,28(5):437-440YIN Hongfeng,XU Yongdong,CHENG Laifei,et al.Preparation and properties of continuous carbon fiber reinforced SiC composites[J].Acta Silicate Sinica,2000,28(5):437-40.

[39]艾建平,周国红,王士维,等.碳纤维增强YSZ陶瓷基复合材料制备及力学性能研究[J].稀有金属材料与工程,2013,42(S1):332-335.AI Jianping,ZHOU Guohong,WANG Shiwei,et al.Preparation and mechanical properties of carbon fiber reinforced YSZ ceramic matrix composites[J].Rare Metal Materials andEngineering,2013,42(S1):332-335.

[40]JIN G,FANG Y C,CUI X F,et al.Effect of YSZ fibers and carbon nanotubes on bonding strength and thermal cycling lifetime of YSZ-La_2Zr_2O_7 thermal barrier coatings[J].Surface&Coatings Technology,2020,397:125986.

[41]汪倡.掺杂改性复合热障涂层组织与性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2018.WANG Chang.Study on micro structure and properties of doping modified composite thermal barrier coatings[D].Harbin:Harbin Engineering University,2018

[42]高宗鸿.纤维掺杂改性等离子喷涂热障涂层的性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2017.GAO Zonghong.Study on properties of plasma sprayed thermal barrier coating modified by fiber doping[D].Harbin:Harbin Engineering University,2017.

[43]励德亮,程旭东,叶卫平,等.碳纤维增强氧化锆热障烧蚀复合厚涂层的研究[J].武汉理工大学学报,2010(8):24-27.LI Deliang,CHENG Xudong,YE Weiping,et al.Study on carbon fiber reinforced zirconia thermal barrier ablation composite thick coating[J].Journal of Wuhan University of Technology,2010(8):24-27.

[44]郎莹.纤维增强多孔YSZ陶瓷材料的制备和性能研究[D].北京:清华大学,2014.LANG Ying.Preparation and properties of fiber reinforced porous YSZ ceramic、[D].Beijing:Tsinghua University,2014

[45]李鹏,祝超,梁工英.激光重熔和激光修饰对8%Y_2O_3-ZrO_2热障涂层抗氧化性能的影响[J].应用激光,2012,32(2):96-99.LI Peng,ZHU Chao,LIANG Gongying.Effect of laser remelting and laser modification on oxidation resistance of 8%Y_2O_3-ZrO_2TBCs[J].Applied Laser,2012,32(2):96-99.

[46]黄彪子.GH4169合金表面激光重熔等离子喷涂ZrO_2-8%Y_2O_3热障涂层的高温性能研究[D].南京:南京航空航天大学,2017.Huang Biaozi.Study on the high temperature properties of ZrO_2-8%Y_2O_3 thermal barrier coating on GH4169 alloy by plasma laser remelting[D].Nanjing:Nanjing University ofAeronautics and Astronautics,2017.

[47]PAUL S,CIPITRIA A,GOLOSNOY I O,et al.Effects of impurity content on the sintering characteristics of plasma-sprayed zirconia[J].Journal of Thermal Spray Technology,2007,16(5-6):798-803.

[48]袁小虎,郭洪波,彭徽,等.Gd_2Zr_2O_7陶瓷的高温热物理性能及Gd_2Zr_2O_7-8YSZ双涂层制备[J].复合材料学报,2013,30(5):138-143.YUAN Xiaohu,GUO Hongbo,PENG Hui,et al.High temperature thermophysical properties of Gd_2Zr_2O_7 ceramics and preparation of Gd_2Zr_2O_7-8YSZ double coating[J].Acta Composite Materials,2013,30(5):138-143

[49]XU Q,PAN W,WANG J D,et al.Preparation and thermophysical properties of D_(y2)Zr_2O_7 ceramic for thermal barrier coatings[J].Materials Letters,2005,59(22):2804-2807.

[50]ZHANG J,GUO X Y,JUNG Y G,et al.Lanthanum zirconate based thermal barrier coatings:A review[J].Surface&Coatings Technology,2016,323:18-29.

[51]SAREMIM,WANG L,GUO S,et al.An investigation on hot corrosion resistance of plasma sprayed YSZ-ceria TBC in Na_2SO_4+V_2O_5 at 1050℃[J].Supplemental Proceedings:Materials Processing and Energy Materials,2011(1):429-437.

[52]周宏明,易丹青,钟华.稀土Dy和Ce共掺杂La_ZZr_2O_7新型热障涂层用陶瓷材料[J].无机材料学报,2008(3):567-572.ZHOU Hongming,YI Danqing,ZHONG Hua.Rare earth Dy and Ce Co-doped La_rZr_2O_7 new ceramic materials for thermal barrier coatings[J].Journal of Inorganic Materials,2008(3):567-572.

[53]王璟.锆酸镧热障涂层研究[D].长沙:国防科学技术大学,2009.WANG Jing.Study on lanthanum zirconate thermal barrier coatings[D].Changsha:National University of Defense Technology,2009.

[54]LEE S,LEE S I,SUK O Y,et al.Fabrication and characteristics of thermal barrier coatings in the La_2O_3Gd_2O_3ZrO_2 System by using suspension plasma spray with different suspension preparations[J].Journal of the Korean Institute of Surface Engineering,2016,49(6):595-603.

[55]ZHANG A Y,L(U|")M K,YANG Z S,et al.Systematic research on RE_2Zr_2O_7(RE=La,Nd,Eu and Y)nanocrystals:Preparation,structure and photoluminescence characterization[J].Solid State Sciences,2008,10(1):74-81.

[56]RAHAMAN M N,GROSS J R,DUTTON R E,et al.Phase stability,sintering,and thermal conductivity of plasma-sprayed ZrO_2-Gd_2O_3 compositions for potential thermal barrier coating applications[J].Acta Materialia,2006,54(6):1615-1621.

[57]张健.抗高温湿氧腐蚀La_2Zr_2O_7涂层的制备及性能研究[D].长沙:国防科技大学,2015.ZHANG Jian.Preparation and properties of La_2Zr_2O_7 coating with high temperature wet oxygen corrosion resistance[D].Changsha:National University of Defense Technology,2015.

[58]张少朋.Gd_2(Ce_xZr_((1-x)))_2O_7型稀土锆酸盐的热物理性能与抗CMAS腐蚀性能研究[D].苏州:江苏大学,2019.ZHANG Shaopeng.Thermophysical properties and CMAS corrosion resistanceof Gd_2(Ce_xZr_((1-x)))_2O_7 rare earth zirconate[D].Suzhou:Jiangsu University,2019

[59]毕鸿章,寺田好晴.长纤维增强陶瓷复合材料[J].高科技纤维与应用,1999(1):47-50.BI Hongzhang,TERADA Haoqing.Long fiber reinforced ceramic composites[J].High Tech Fibers and Applications,1999(1):47-50

[60]EJAZ N,ALI L,AHMED F,et al.Hot corrosion behavior of YSZ and CaZrO_3/YSZ composite thermal barrier coatings in contact with 50%V_2O_5+50%Na_2SO_4 salts[J].Journal of Thermal Spray Technology,2017,26(1):913-928.

[61]马伯乐,马文,黄威,等.大气等离子喷涂SrZrO_3热障涂层工艺与性能的研究[J].装备环境工程,2019,16(1):17-23.MA Bole,MA Wen,HUANG Wei,et al.Study on process and properties of SrZrO_3thermal barrier coating by atmospheric plasma spraying[J].Equipment Environmental Engineering,2019,16(1):17-23.

[62]MENG X,MA W,YANG T,et al.Microstructure and thermal properties ofdouble rare-earth Co-doped SrZrO_3 coating by the solution precursor plasma spray[J].Journal of Thermal Spray Technology,2019,29(5):125-133.

[63]王峰.熔盐腐蚀环境下LnPO_4热障涂层材料的高温稳定性研究[D].天津:天津大学,2018.WANG Feng.LnPO_4 in molten salt corrosion environment study on high temperature stability of thermal barrier coatings[D].Tianjin:Tianjin University,2018.

[64]MAUER G,JARLIGO M O,MACK D E,et al.Plasma-sprayed thermal barrier coatings:New materials,processing issues,and solutions[J].Journal of Thermal Spray Technology,2013,22(5):646-658.

[65]陈琳,冯晶.稀土钽酸盐RE_3TaO_7和RETa_3O_9陶瓷热-力学性质研究进展[J].现代技术陶瓷,2019.40(6):367-397.CHEN Lin,FENG Jing.Rare earth tantalate RE_3TaO_7 and RETa_3O_9 Progress in research on thermal mechanical properties of ceramics[J].Modern Technology Ceramics,2019,40(6):367-397.