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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 YSZ74

1.6.2莫来石75

1.6.3 Al2O375

1.6.4 CeO2＋YSZ76

1.6.5 La2 Zr2O776

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 ）679

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