“热障涂层新材料、制备技术及性能评价”专题序言

发动机涡轮前燃气温度对航空发动机的推重比（或功重比）有着至关重要的影响。研究表明，在发动机其他参数不变的条件下，涡轮前燃气温度每提高50 ℃，发动机的推力可增加7%～8%。在推重比8以前的发动机涡轮前燃气温度为1440 K左右，而推重比8发动机的涡轮前燃气温度为1670 K，推重比10的发动机，其涡轮前燃气温度达到了1850 K左右，推重比12发动机的涡轮前燃气温度预计将达到2000 K。更高推重比的航空发动机将要求更高的涡轮前燃气温度。目前，先进的复合冷却技术已日臻完善，要进一步提高冷却效果就要增加冷却气流量，而冷气量的增加又是以牺牲发动机性能（尤其是推重比）为代价的，因此，热障涂层技术已成为国内外高性能航空发动机研制中必不可少的关键技术之一。

热障涂层技术是将热导率低、耐高温氧化腐蚀的陶瓷材料以涂层的方式沉积到高温合金部件表面，达到降低工件表面工作温度的目的。研究表明，涡轮叶片使用温度每降低 15 ℃，其持久寿命提高 1倍；总降温 30～60 ℃能使涡轮部件的整体服役寿命提高 50%，同时消除了大的热机械疲劳损伤。热障涂层的应用能带来 100 ℃左右的降温，并且兼具优异的抗氧化能力，既可满足高性能涡轮发动机的使用要求，是发动机实现长寿命与高可靠性的关键，又可使发动机在全寿命周期内具有很大的经济成本优势。

目前公认的综合性能最好的热障涂层材料为 6～8% Y2O3部分稳定ZrO2(6-8YSZ)。6-8YSZ具有高熔点、低热导率(约2.1～2.2 W/(m·K))、较高的热胀系数(约11×10-6K-1)、较低的弹性模量(约40 GPa)、高硬度(约14 GPa)和优良的耐冲刷性能，隔热温度可以达到100 ℃以上，能够在1150℃甚至略高的环境下长期服役。为满足更高使用温度的要求，一系列新型热障涂层材料，如稀土锆酸盐、钇铝石榴石等也在研制过程之中。电子束物理气相沉积技术（EB-PVD）和等离子喷涂技术（PS）是制备热障涂层的两种主流技术。PS工艺特点是操作相对简单，加热温度高，对涂层材料的要求宽松，沉积率高，制备成本低，且PS涂层的组织呈片层状，空洞较多，孔隙率大，隔热性能好；EB-PVD技术制备的热障涂层实现了界面的冶金结合，通常在基体上先形成一层薄的细等轴晶，再其上形成织构和柱状晶，与基体结合牢固，可以提高涂层的应变极限，具有良好的抗热震性能。

本专题收录了几篇热障涂层材料、制备技术及性能评价领域的论文，为我国热障涂层领域的一些新进展。然而，热障涂层是一个非常复杂的体系，国内外研究者众多，本专题尚无法反映热障涂层发展的全貌。