Étude de cas du revêtement de barrière thermique
Le revêtement de barrière thermique (revêtements de barrière thermique, TBCS) est un revêtement protecteur utilisé dans un environnement à haute température tel que la lame de turbine, la paroi de la chambre de combustion et la buse de queue du moteur aérodynamique. Différente de la structure de revêtement protectrice traditionnelle, le revêtement de barrière thermique se compose généralement d'une couche de liaison métallique et d'une couche de couche d'isolation en céramique, ajoutant parfois une couche de barrière d'oxygène, une couche d'étanchéité et une couche de gradient pour former une structure multicouche ou une structure de gradient. Le diagramme de structure est illustré à la figure 5. La couche de liaison dans le revêtement de barrière thermique joue principalement le rôle de soulager l'inadéquation du coefficient d'expansion thermique entre la couche céramique et la matrice, et l'amélioration de la compatibilité physique entre les deux, tandis que la principale couche La couche en céramique est directement fait face à l'environnement externe à haute température, qui doit avoir une faible conductivité thermique, un coefficient d'extension élevé et une stabilité thermique élevée. À l'heure actuelle, le matériau de couche en céramique le plus couramment utilisé est YSZ, mais 1200 ℃ est la limite de l'utilisation de ce matériau. Lorsque la température dépasse la température limite, le ZRO 2 sera un changement de phase, conduisant à une certaine expansion du revêtement, affectant l'utilisation du revêtement. Ces dernières années, les nouveaux matériaux de couche en céramique développés pour le revêtement de barrière thermique incluent principalement YSZ, GDYSZ, LA2ZR2O7, CEPO 4, etc. Les paramètres physiques spécifiques du revêtement sont indiqués dans le tableau 2. Comme on peut le voir dans les noms des matériaux dans le Tableau, le revêtement de barrière thermique Les matériaux en céramique peuvent être principalement divisés en ySZ dopé à la terre rare, zirconate dopé par des terres rares, phosphate de terres rares, silicate de terres rares, etc. La température d'utilisation du matériau YSZ dopé à la terre rare est significativement plus élevée que celle de la Le matériau YSZ traditionnel, car l'oxyde de terre rare dopé augmente la distorsion du réseau de ZRO2, ce qui réduit la fréquence des vibrations thermiques du réseau et réduit la conductivité thermique lorsque le coefficient de détente thermique du revêtement est essentiellement inchangé.
L'environnement de service du revêtement de barrière thermique est très mauvais. En plus du changement de phase, la contrainte résiduelle de la couche céramique et la corrosion thermique de la couche céramique par l'environnement à haute température feront l'écolarité et l'échec à l'avance. La corrosion thermique est un problème grave face au revêtement de barrière thermique. Dans le carburant du moteur, un grand nombre d'éléments Na, V, S et d'autres éléments détruiront la structure interne du revêtement dans l'environnement à haute température et accélèrent la défaillance du revêtement. Prenant l'exemple du revêtement YSZ, la survenue de corrosion thermique est la réaction chimique entre l'oxyde d'yttrium et le sel de corrosion, générant de nouveaux composés, qui consomme le contenu de Y2O3 dans YSZ et produit un certain changement de phase dans YSZ, et la génération de changement de phase Le stress accélérera l'expansion des fissures à l'intérieur du revêtement. La corrosion thermique est la cause de la défaillance de la structure du revêtement, tandis que la contrainte résiduelle est la principale raison du pelage de la couche céramique.
