纳米氧化物掺杂对ZrO2-Y2O3热障涂层隔热性能的影响深度探究

本研究论文探讨了掺杂不同纳米氧化物对ZrO2-Y2O3热障涂层隔热性能的影响。作者郑钧宜、李楠、章桥新和王晓辉来自武汉理工大学机电工程学院，他们针对纳米ZrO2-8wt%Y2O3基底，通过向其中添加La2O3、Nb2O5、CeO2粉末，并利用喷雾造粒技术将这些粉末团聚成球形，以满足高温环境下的喷涂需求。研究的核心在于对比分析这些不同氧化物含量对涂层隔热性能的影响。 等离子喷涂工艺被用于在钢基体上制备添加氧化物的YSZ涂层。实验在相同的边界条件下进行，结果显示，不同种类的纳米氧化物掺杂显著影响了涂层的隔热性能。每种氧化物的添加量不仅改变了涂层的微观结构，也直接影响了其热导率和热稳定性。例如，La2O3可能增强了涂层的抗热冲击性能，而Nb2O5和CeO2可能在一定程度上提高了涂层的抗氧化性和耐磨损性。 研究发现，涂层的厚度增加确实有助于提升隔热效果，因为更厚的涂层能更好地阻挡热量传递到基体。然而，过度增厚可能会带来其他问题，如涂层的机械强度下降或生产成本增加。 当前，YSZ涂层因其低热导率、高热膨胀系数以及良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于高温环境下的应用，如航空发动机和燃气涡轮机。然而，为了适应更高工作温度的需求，科学家们正在寻求提高涂层的使用温度和使用寿命的方法，这其中包括优化隔热材料的成分和结构。 这篇首发论文的重要贡献在于揭示了纳米氧化物掺杂对ZrO2-Y2O3热障涂层性能的精细调控，为热障涂层技术的发展提供了新的设计思路，对于高温材料科学和热障涂层领域的工程师来说，具有重要的实践指导意义。