中国粉体网讯 近日，内蒙古科学技术研究院中国-蒙古国选矿工艺技术“一带一路”联合实验室杨挺博士为通讯作者，联合内蒙古工业大学马文教授团队，在国际材料领域期刊《Ceramics International》（中科院二区，影响因子5.6）发表了关于热喷涂陶瓷粉体开发的原创性成果。
热障涂层是将耐高温、抗腐蚀、高隔热的陶瓷材料涂覆在基体合金表面，以提高基体合金抗高温氧化腐蚀能力、降低合金表面工作温度的一种热防护技术。目前，等离子喷涂是制备热障涂层常用的工艺，该工艺制备的陶瓷层组织为典型的层状结构，层间存在大量的界面，可降低陶瓷层的热导率，热导率相对较低。但涂层结构完整性在长时高温服役条件下仍面临严峻挑战。
为此，研究团队在传统等离子喷涂热障涂层中引入第二相陶瓷粉体作为抗烧结剂，以强化涂层的抗高温烧结性能。通过调控喷雾干燥参数及后热处理工艺，团队开发出三种不同团聚结构的SZYG粉末，系统探究了粉体结构对其高温烧结行为的影响机制，并借助有效介质模型预测了不同粉体的热导率。通过建立基于真实粉体结构的有限元模型，揭示了粉体内部结构对热通量及温度场的影响规律。
具有不同团聚结构的SZYG粉体微观结构及有限元模型
研究结果表明，通过调节粉末的团聚方式，可实现从多路径均匀热传导到瓶颈通道化热流（MAP）、再到均匀分布热阻的定向调控。开发的SZYG粉体热导率可达0.226 W·m-¹·K-¹，且具有优异的抗高温烧结性能，即在1400°C热处理100小时后，仍保持近球形的完整形貌，未出现坍塌或开裂。
由于等离子喷涂工艺的自身特点，涂层内部不可避免地会存在孔隙等缺陷。涂层中的孔隙一方面可以降低涂层的热导率，提高涂层的隔热性能，另一方面又使涂层的综合力学性能下降，因此孔隙问题是研究等离子喷涂热障涂层的关键问题之一。
由内蒙古科学技术研究院中国-蒙古国选矿工艺技术“一带一路”联合实验室杨挺博士为通讯作者，联合广东技术师范大学黄继波副教授、汕头大学戴厚富副教授团队，在国际材料领域期刊《Ceramics International》（中科院二区，影响因子5.6）发表了关于热障涂层微观结构调控的原创性成果。
热障涂层体系中，通过设计孔隙结构是改善其力学性能的有效手段。传统方法主要依赖调节喷涂功率来控制涂层的总孔隙率，难以同时兼顾断裂韧性与应变容限。传统方法主要依赖调节喷涂功率来控制涂层的总孔隙率，难以同时兼顾断裂韧性与应变容限。该研究采用双送粉工艺，聚焦于独立的孔隙结构设计，实现了在不牺牲涂层断裂韧性的前提下获得高应变容限，从而显著延长热障涂层的热循环寿命。即在高功率条件下沉积致密涂层基体的同时，嵌入未熔化的多孔YSZ团聚颗粒，成功构建了团聚粒子嵌入式涂层结构。
通过新工艺制备的YSZ涂层寿命相较于传统APS YSZ涂层寿命约提升3-5倍，嵌入的多孔颗粒可将应力集中降低超过50%，这些嵌入的多孔团聚粒子充当局部“应力缓冲区”，即使在模拟烧结导致基体刚度上升的情况下，嵌入粒子式涂层结构仍能有效控制应力分布。
本研究提出的这种新工艺具有广泛的工程适用性，可通过调节粉末类型、送料速率、注入位置等参数，灵活设计颗粒尺寸、含量、分布甚至梯度结构，能够推广到其他热喷涂陶瓷涂层，用以提高其热、力学综合性能。
来源：矿产资源利用与冶金研究所、内蒙古科学技术研究院
（中国粉体网编辑整理/空青）
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