编号：CYYJ043952
篇名： Yb3Al5O12基热障涂层与高温结构陶瓷材料的设计与性能研究
作者： 董云辉
关键词： Yb3Al5O12; 热障涂层; SiC晶须; 高温结构陶瓷; 高温性能;
机构：成都大学
摘要： 随着高超声速飞行器在高速化、长时服役与极端热环境条件下的快速发展,其发动机及热端部件所面临的热防护挑战日益严峻,亟需性能更优的热障涂层材料与高温结构陶瓷材料。在该背景下,本文以Yb3Al5O12（镱铝石榴石）为研究对象,开展了其作为热防护材料在两类关键应用方向——热障涂层与结构陶瓷中的系统研究,旨在开发具有优异高温相稳定性、低热导率、良好力学性能及优越高温服役可靠性的先进陶瓷材料。 在热障涂层方面,采用等离子喷涂技术制备了Yb3Al5O12单陶瓷层涂层和Yb3Al5O12/YSZ双陶瓷层结构的热障涂层,系统研究了复合粉末及涂层的微观结构、物相组成、热导率、显微硬度、结合强度等,并进一步评价了其在高温环境下的抗氧化性能、抗熔盐腐蚀能力以及抗热震能力。结果显示,相比传统的YSZ涂层,Yb3Al5O12涂层表现出优异的热稳定性和低氧化增重率;其中,采用双陶瓷层结构设计的Yb3Al5O12/YSZ涂层体系,由于各层的良好热匹配性,有效缓解了热应力,且结合了Yb3Al5O12面层相对致密的微观结构,从而显著提升了涂层的抗高温氧化性能、抗热震和耐热腐蚀性能。 在结构陶瓷方面,采用放电等离子烧结技术（SPS）制备了Yb3Al5O12单相陶瓷及SiC晶须增强的SiC（w）/Yb3Al5O12复合陶瓷。研究聚焦于材料的组织结构演化、断裂韧性提升机制以及其在高温氧化与热震作用下的服役表现。实验结果表明,SiC晶须通过裂纹桥联、偏转与拔出等机制,显著提高了陶瓷的断裂韧性与热震寿命;SiC（w）/Yb3Al5O12复合陶瓷在1300℃高温条件下表现出良好的抗高温氧化能力,氧化初期形成的SiO2保护膜有效填充孔隙,起到局部修复和致密屏障作用。 本研究系统构建了Yb3Al5O12材料在高温环境下的性能表现,验证了其作为新一代热障涂层和结构陶瓷材料的可行性与优越性。所提出的Yb3Al5O12/YSZ双陶瓷层结构与SiC晶须增韧策略,为高温极端环境下先进涂层和结构陶瓷材料的设计与工程化应用提供了理论支撑和技术路径,具有重要的科研意义与工程推广价值。