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第1章 热障涂层概述 1

1.1燃气轮机的工作原理及其构造材料 1

1.1.1燃气轮机的工作原理 1

1.1.2燃气轮机的构造材料 5

1.2镍基高温合金 7

1.2.1镍基高温合金的组成和结构 7

1.2.2镍基高温合金的热膨胀性质 11

1.2.3镍基高温合金的抗氧化性 13

1.3热障涂层原理 20

1.3.1无机涂层 20

1.3.2热障涂层 22

1.3.3热障涂层模型 25

1.3.4热障涂层的失效机理 28

1.3.5热障涂层的热、力学性质 29

1.3.6热障涂层热循环寿命的评价 42

1.4热障涂层的制备方法 44

1.4.1热喷涂 44

1.4.2等离子喷涂 45

1.4.3电子束-物理气相沉积 54

1.4.4 PS和EB-PVD涂层性能的比较 60

1.4.5热障涂层的其他制备方法 62

1.5稀土元素的特性 64

1.5.1稀土元素在军事上的应用 64

1.5.2稀土元素的电子结构 65

1.5.3稀土氧化物 67

1.6热障涂层材料 71

1.6.1 YSZ 74

1.6.2莫来石 75

1.6.3 Al2O3 75

1.6.4 CeO2＋YSZ 76

1.6.5 La2 Zr2O7 76

1.6.6硅酸盐 77

1.6.7稀土氧化物 77

1.6.8金属-玻璃复合材料 77

1.6.9石榴石 77

1.6.10钙钛矿 78

1.6.11六铝酸盐 78

1.6.12 （Ca1-xMgx ） Zr4 （PO4 ）6 79

1.6.13 RPO4 （R=La，Ce） 79

1.6.14其他材料 79

1.6.15热障涂层材料的发展趋势 80

参考文献 81

第2章 热障涂层材料的合成 93

2.1概述 93

2.1.1粉末性质的表征 93

2.1.2粉末的制备方法 94

2.2陶瓷粉末的制备 95

2.2.1固相合成 95

2.2.2纳米粉末 102

2.3陶瓷粉末的加工技术 117

2.4陶瓷粉末的喷雾造粒 123

2.4.1喷雾干燥原理 123

2.4.2喷雾干燥过程 124

2.5陶瓷靶材的加工技术 151

2.5.1靶材的基本要求 151

2.5.2靶材的制备过程 153

参考文献 156

第3章 氧化锆基热障涂层材料 161

3.1氧化锆的晶体结构和相变 161

3.1.1氧化锆的晶体结构 161

3.1.2氧化锆相变的影响因素 164

3.2氧化锆增韧陶瓷 183

3.2.1氧化锆的增韧原理 183

3.2.2氧化锆增韧陶瓷 186

3.3氧化锆的重要应用 189

3.3.1氧化锆高强高韧结构材料 190

3.3.2氧化锆固体电解质 192

3.3.3氧化锆生物陶瓷 197

3.3.4氧化锆的其他应用 200

3.4氧化锆基热障涂层材料 201

3.4.1等离子喷涂法制备氧化锆基热障涂层 201

3.4.2电子束-物理气相沉积法制备氧化锆基热障涂层 214

3.4.3氧化锆基热障涂层的保护 230

3.4.4 YSZ的改性 235

3.5氧化铪热障涂层材料 244

3.5.1氧化铪 244

3.5.2 HfO2-ZrO2涂层 247

参考文献 247

第4章 稀土锆酸盐热障涂层材料 259

4.1烧绿石结构化合物及其性质特点 259

4.1.1烧绿石结构 259

4.1.2烧绿石结构化合物的性质特点及应用 265

4.2锆酸镧热障涂层 269

4.2.1锆酸镧的稳定性 269

4.2.2锆酸镧热障涂层 275

4.2.3离子掺杂对锆酸镧性质的影响 279

4.2.4锆酸镧的增韧 287

4.3铈酸镧热障涂层 296

4.3.1 La2（Zr1-xCex）2O7的晶体结构 296

4.3.2 La2 （Zr1-xCex ）2O7的热、力学性质 300

4.3.3 （La/Y）2（Zr0.3Ce0.7 ）2O7和Y2 Ce2 O7的热、力学性质 306

4.3.4 La2Ce2O7（LC）热障涂层 307

4.3.5 La2 （Zr1-xCex ） 2 O7热障涂层 316

4.4锆酸钕热障涂层 318

4.4.1 Nd2 （Zr1-xCex） 2O7的晶体结构 318

4.4.2 Nd2 （Zr1-xCex ） 2O7热障涂层 321

4.5稀土锆酸盐的EB-PVD涂层 324

4.5.1 La2 Zr2 O7 （LZ）涂层 324

4.5.2 La2Zr2O7-3Y2O3（LZ3Y）涂层 328

4.5.3 La2 （Zr0.7 Ce0.3） 2 O7 （LZ7C3 ）涂层 328

4.6稀土锆酸盐纳米材料 331

4.6.1稀土锆酸盐纳米粉末 331

4.6.2稀土锆酸盐纳米纤维 336

参考文献 344

第5章 六铝酸盐热障涂层材料 350

5.1概述 350

5.1.1六铝酸盐的晶体结构 350

5.1.2六铝酸盐的合成 352

5.1.3六铝酸盐的应用 354

5.2稀土六铝酸盐热障涂层材料 356

5.2.1稀土六铝酸盐 356

5.2.2稀土六铝酸盐热障涂层 364

5.3其他六铝酸盐热障涂层材料 384

5.3.1二元稀土六铝酸盐 384

5.3.2碱土金属六铝酸盐 386

参考文献 391

第6章 钙钛矿型热障涂层材料 396

6.1钙钛矿结构材料 396

6.2 CaZrO3热障涂层 399

6.3 SrZrO3热障涂层 401

6.4 BaZrO3热障涂层 407

参考文献 408

第7章 热障涂层新结构 410

7.1热障涂层的结构设计 410

7.1.1梯度结构 410

7.1.2双陶瓷层结构和界面微区梯度结构 412

7.1.3双陶瓷层现象 414

7.2稀土锆酸盐/YSZ双陶瓷层热障涂层和梯度结构热障涂层 418

7.2.1等离子喷涂法制备R2 Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层 418

7.2.2 EB-PVD制备的R2 Zr2 O7 /YSZ双陶瓷层热障涂层 426

7.2.3 8YSZ＋LZ7C3功能梯度热障涂层 450

7.3稀土六铝酸盐材料与YSZ的组合 454

7.3.1 1.MA/YSZ双陶瓷层热障涂层 454

7.3.2 LMA/YSZ梯度热障涂层 459

7.3.3 LMA增韧YSZ热障涂层 464

参考文献 470

第8章 轻材料的热防护 474

8.1轻材料概述 474

8.1.1Mg合金 474

8.1.2 Al合金 486

8.1.3 Ti合金 488

8.1.4碳纤维增强碳化硅（Cf /SiC）复合材料 489

8.1.5纤维增强树脂基复合材料 490

8.2 Mg合金表面的热防护 492

8.2.1 Mg合金表面的 8YSZ/NiCrAlY涂层 492

8.2.2 Mg合金表面黏结层材料的选择 496

8.2.3中间层对Mg合金基底的保护作用 500

8.3 Al合金表面的热防护 511

8.3.1 Al合金表面的8YSZ/NiCrAlY涂层 511

8.3.2 Al合金表面涂层的残余应力 512

8.3.3 Al合金基底的冷却方式 520

8.3.4中间层对Al合金基底的保护作用 521

8.3.5 8YSZ/Al梯度涂层 522

8.4 Ti合金、碳钢表面的热防护 523

8.4.1 Ti合金表面的热障涂层 523

8.4.2碳钢表面的热障涂层 527

8.5 Cf/SiC复合材料表面的热防护 528

8.5.1 LMA/Yb2SiO5涂层的热防护作用 528

8.5.2 Yb2 SiO5涂层的厚度对LMA/Yb2 SiO5涂层热防护性能的影响 531

8.5.3 Cf/SiC复合材料表面的LMA/Er2 SiO5涂层 533

8.6树脂表面的热防护 533

8.6.1溶胶-凝胶法制备ZrO2和ZrO2-CeO2涂层 534

8.6.2等离子喷涂制备8YSZ涂层 541

参考文献 545

第9章 热障涂层失效机理的稀土荧光分析方法 557

9.1热障涂层的失效机理 557

9.1.1热障涂层失效机理 557

9.1.2热障涂层应力测量 560

9.1.3稀土荧光性质在热障涂层失效分析中的应用 566

9.2应力荧光探针 572

9.2.1压应力荧光探针 572

9.2.2拉应力荧光探针 589

9.2.3 La2 Zr2 O7 ： Eu荧光性质研究 594

9.2.4荧光探针的空间分辨率 598

9.3 YSZ相变过程的荧光探针 608

9.3.1晶体结构对Eu3＋荧光性质的影响 608

9.3.2 YSZ相变过程的荧光探针 616

9.4热障涂层失效过程的荧光标识 619

9.4.1 8YSZ热障涂层失效过程的荧光标识 619

9.4.2 LZ7C3/8YSZ双陶瓷层热障涂层失效过程的荧光标识 628

9.4.3 LMA/8YSZ双陶瓷层热障涂层失效过程的荧光标识 630

参考文献 632

索引 640