热障涂层陶瓷YSZ材料性质与高温时效

热障涂层，是在高温合金表面制备的一层热流的障碍涂层，广泛应用于高温燃气轮机与飞机发动机中。对热障涂层材料的研究已经有几十年的历史，在取得丰硕成果的同时，也留下了很多尚未解决的问题。本书从热障涂层的发展历程和应用背景入手，详细介绍现役热障涂层材料——氧化钇稳定氧化锆（YSZ）陶瓷的结构、力学性能和热学性能等相关内容，对其亚稳相的高温稳定性以及掺杂离子对材料性能的提升进行深入的探讨。同时介绍以YSZ为基体的复合材料体系的性能和应用前景，对YSZ涂层显微结构与热导率之间的关系给出合理的预测和说明。

目录
第1章 绪论 1
1.1 热障涂层概述 1
1.1.1 热障涂层的发展历史和应用背景 1
1.1.2 热障涂层的组成结构及材料要求 3
1.2 热障涂层材料的研究现状 6
1.2.1 现役材料——YSZ 6
1.2.2 多元氧化物稳定氧化锆 8
1.2.3 稀土锆酸盐 8
1.2.4 稀土磷酸盐 9
1.2.5 其他热障涂层材料体系 10
1.3 热障涂层的失效机理 11
1.3.1 亚稳T′相变失效 11
1.3.2 TGO生长失效 14
1.3.3 热障涂层的腐蚀失效 15
1.3.4 其他失效机制 17
参考文献 18
第2章 YSZ热障涂层相变动力学 24
2.1 亚稳T′相YSZ热障涂层高温时效相变动力学分析 24
2.1.1 YSZ相组成的XRD表征方法 24
2.1.2 T′相YSZ热障涂层不同温度时效下相组成变化 26
2.1.3 Avrami相变参数拟合 28
2.1.4 HJP分析 31
2.1.5 Raman光谱与相变的关系 32
2.2 织构对T′相YSZ相变的影响 38
2.2.1 放电等离子烧结的织构控制 38
2.2.2 不同织构度下的相组成变化 40
2.2.3 织构度与相变速率关系 44
参考文献 46
第3章 亚稳T′相YSZ高温相变与热学、力学性能关系 48
3.1 亚稳T′相YSZ高温相变的显微结构演化 48
3.1.1 物相、显微形貌及元素分布表征 48
3.1.2 相变引发的二级混合显微结构的形成 50
3.2 T′相YSZ高温时效相变对力学性能的影响 51
3.2.1 维氏硬度 52
3.2.2 弹性模量 52
3.2.3 抗弯强度 53
3.2.4 断裂韧性 55
3.3 T′相YSZ高温时效相变对热学性能的影响 57
3.3.1 相含量和密度随热处理的变化 58
3.3.2 热容随热处理的变化 59
3.3.3 热扩散系数及热导率随时效相变的变化 60
参考文献 64
第4章 四价离子掺杂8YSZ的晶格结构与相稳定性 66
4.1 8YSZ离子掺杂概述 66
4.2 材料成分设计 67
4.3 晶体结构 68
4.3.1 XRD图谱与晶格结构 68
4.3.2 极限固溶度分析 69
4.3.3 相组成 70
4.3.4 晶格常数 72
4.3.5 Raman光谱与晶格结构 73
4.3.6 晶格畸变 75
4.4 相稳定性分析 77
4.4.1 相含量 77
4.4.2 相稳定性 78
参考文献 79
第5章 四价离子掺杂8YSZ的热物理性能 81
5.1 概述 81
5.2 力学性能的表征与分析 81
5.2.1 硬度 81
5.2.2 弹性模量 82
5.2.3 断裂韧性与增韧机制 84
5.3 热学性能的表征与分析 90
5.3.1 热容的测试与计算 90
5.3.2 热扩散系数 91
5.3.3 热导率 92
5.3.4 晶格缺陷对热导率的影响 93
5.3.5 热膨胀系数 98
参考文献 99
第6章 7YSZ/LaPO4复相陶瓷材料 101
6.1 YSZ基陶瓷复合材料体系及潜在应用 101
6.1.1 YSZ基陶瓷复合材料 101
6.1.2 潜在应用——可磨耗封严热障涂层 102
6.2 7YSZ/LaPO4 复相陶瓷结构表征 103
6.2.1 XRD物相分析 103
6.2.2 显微形貌分析 104
6.3 7YSZ/LaPO4 复相陶瓷的热学性能 106
6.3.1 热容、热扩散系数及热导率 106
6.3.2 复相陶瓷的界面热阻 108
6.4 7YSZ/LaPO4复相陶瓷的力学性能 109
6.4.1 弹性模量 109
6.4.2 维氏硬度 109
6.4.3 抗弯强度 110
6.4.4 断裂韧性 111
6.5 7YSZ/LaPO4复相陶瓷的高温时效 113
6.5.1 物相随时效的变化 114
6.5.2 显微结构随时效的变化 116
6.5.3 热导率随时效的变化 117
参考文献 119
第7章 热障涂层气孔率与热导率关系模型推导 120
7.1 问题的提出 120
7.1.1 大气等离子喷涂热障涂层气孔的典型结构 120
7.1.2 气孔结构与体积分数测量方法 121
7.2 现有气孔率与热导率关系模型 124
7.2.1 现有模型汇总及与实验数据对比 125
7.2.2 模型误差分析 126
7.3 新模型建立探索 127
7.3.1 复合模型探索 127
7.3.2 气孔率分布与估算 128
7.3.3 复合模型验证 130
参考文献 131