高温处理诱导的YSZ原子结构演变
发布时间：2020-11-20 14:31
热障涂层可以显著降低合金表面温度,提高发动机热效率,成为当代先进航空发动机的关键防护材料。到目前为止,7YSZ热障涂层技术已经较为成熟,并在实际中得到广泛应用。航空发动机的工作温度很高,在高温下,YSZ涂层由于钇离子偏聚,会发生复杂的相变。根据相变产物所含Y浓度的多少,可以把这些相分为富钇相结构或贫纪相结构。由于YSZ的晶体结构对于其力学、物理等性能具有重要的影响,并与热障涂层的失效密切相关。因此,了解YSZ在高温退火后其结构发生什么样的变化对于理解热障涂层在高温下的失效形式具有重要的作用。本文主要研究在1200℃下高温退火48h后YSZ的结构演变。通过SEM对退火前后的YSZ微观形貌进行对比;通过TEM分析富钇区的结构特点,并获得类L12超点阵结构;通过STEM分析YSZ富钇区类L12型结构超点阵的局部原子信息。从实验和理论相结合的方法构建类L12型超点阵结构的晶体结构模型,并对模型进行分析。本文研究取得的结果如下:第一、通过SEM分析得知,高温退火后YSZ中柱状晶之间相互融合,柱状晶间隙变小。运用TEM观察到YSZ内部形成孔洞,即富钇区。并在富钇区采集到类L12型结构超点阵,其沿着[100]方向产生禁止衍射的斑点。HAADF-STEM模式下观测到L12型超点阵结构区域的阳离子发生晶格畸变,沿着[100]方向形成宽窄交替的特点。第二、利用MS软件建立Zr6Y2O15模型,该模型是立方YSZ晶胞中的某一个氧平面平行于(100)晶面沿着[001]方向发生剪切所得,其剪切位移为晶格常数的1/4倍。通过第一性原理对模型的驰豫,发现其阳离子晶格畸变特点符合实验中HAADF像的特点。并且根据YSZ原子排列特点提出两种氧平面剪切模型的机理。第三、对Zr6Y2015模型进行电子衍射花样以及HAADF像的模拟,发现其模拟电子衍射花样沿着[100]方向产生禁止衍射斑点,与实验中所观察到的现象一致,HAADF像模拟也和实验中HAADF像相匹配。计算Zr6Y2O15模型的力学性能,并与立方相Zr02相结构比较,发现Zr6Y2015更容易发生剪切形变。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：
隔热性能并得到广泛应用％。??随着科技的不断发展，现代的热障涂层技术在一定程度上已经较为成熟，??如图１．２所示。??低热导率，隔热阻断??热生长氧化层?抗高温氧化防护??、丨?一?？?—?—?—■?Ｍｉ?—?？??提高环境耐力??甘：?承受机械载荷??基底??图１．２热障涂层的结构??从图１．２可以看出热障涂层结构由最外层陶瓷层（Ｃｅｒａｍｉｃ?ｔｏｐ?ｃｏａｔ，简称??２??
?工＾＾??（ａ?件??图１．３?（ａ）?ＡＰＳ喷涂设备，（ｂ）典型ＡＰＳ热障涂层形貌［｜８】??（２）电子束物理气相沉积法??由于航空发动机内部的涡轮叶片各个部位所处的高温环境不一样，从而对??涂层的结构和性能要求也不同。对于所处环境极其恶劣的叶片部位，大气等离??子喷涂法由于其本身制备工艺的缺陷，无法满足其需求。因此，为了弥补大气??等离子喷涂法的不足，自上世纪７０年代开始美国等几个国家开始大力发展电子??束物理气相沉积技术的研宄。??真空室??力概电子?／?；＇－１?＾?＾?ｖ?ｖ－！?Ｗ－，ｖ?＾??ｖ??ｉ?Ｌ?，?＇?－＞ｒ?＇?Ｖ．＇?！?ｃ；，?ｖ?，＼ｖ??ｉ＾／ＨＩ｜＼＼?１１１?ｉｌｌ?Ｌ??蒸发电子一?／?ｉ?＼?Ｍ?■?＼?＾?Ｉ?ｒ?Ｉ．?＼??电：流?二丨?ｉ：Ｖ：：??⑷靡一口「硭：＾?ｒ??图１．４?（ａ）?ＥＢ－ＰＶＤ设备
⑷靡一口「硭：＾?ｒ??图１．４?（ａ）?ＥＢ－ＰＶＤ设备，（ｂ）典型ＥＢＰＶＤ热障涂层形貌間??ＥＢ－ＰＶＤ法的制备如图１．４?（ａ）所示：首先将空气自真空室中抽走，用经过??高压电流加速的电子轰击定制的靶材并使之蒸发；然后将靶材的蒸汽以原子或??分子的形态在基底表面上缓慢沉积；最后，在基底表面形成了一层柱状晶结构??的涂层。通过ＥＢ－ＰＶＤ法制备的涂层形貌是由一簇簇的柱状晶聚在一块所组成，??４??
【参考文献】
本文编号：2891558
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：
隔热性能并得到广泛应用％。??随着科技的不断发展，现代的热障涂层技术在一定程度上已经较为成熟，??如图１．２所示。??低热导率，隔热阻断??热生长氧化层?抗高温氧化防护??、丨?一?？?—?—?—■?Ｍｉ?—?？??提高环境耐力??甘：?承受机械载荷??基底??图１．２热障涂层的结构??从图１．２可以看出热障涂层结构由最外层陶瓷层（Ｃｅｒａｍｉｃ?ｔｏｐ?ｃｏａｔ，简称??２??
?工＾＾??（ａ?件??图１．３?（ａ）?ＡＰＳ喷涂设备，（ｂ）典型ＡＰＳ热障涂层形貌［｜８】??（２）电子束物理气相沉积法??由于航空发动机内部的涡轮叶片各个部位所处的高温环境不一样，从而对??涂层的结构和性能要求也不同。对于所处环境极其恶劣的叶片部位，大气等离??子喷涂法由于其本身制备工艺的缺陷，无法满足其需求。因此，为了弥补大气??等离子喷涂法的不足，自上世纪７０年代开始美国等几个国家开始大力发展电子??束物理气相沉积技术的研宄。??真空室??力概电子?／?；＇－１?＾?＾?ｖ?ｖ－！?Ｗ－，ｖ?＾??ｖ??ｉ?Ｌ?，?＇?－＞ｒ?＇?Ｖ．＇?！?ｃ；，?ｖ?，＼ｖ??ｉ＾／ＨＩ｜＼＼?１１１?ｉｌｌ?Ｌ??蒸发电子一?／?ｉ?＼?Ｍ?■?＼?＾?Ｉ?ｒ?Ｉ．?＼??电：流?二丨?ｉ：Ｖ：：??⑷靡一口「硭：＾?ｒ??图１．４?（ａ）?ＥＢ－ＰＶＤ设备
⑷靡一口「硭：＾?ｒ??图１．４?（ａ）?ＥＢ－ＰＶＤ设备，（ｂ）典型ＥＢＰＶＤ热障涂层形貌間??ＥＢ－ＰＶＤ法的制备如图１．４?（ａ）所示：首先将空气自真空室中抽走，用经过??高压电流加速的电子轰击定制的靶材并使之蒸发；然后将靶材的蒸汽以原子或??分子的形态在基底表面上缓慢沉积；最后，在基底表面形成了一层柱状晶结构??的涂层。通过ＥＢ－ＰＶＤ法制备的涂层形貌是由一簇簇的柱状晶聚在一块所组成，??４??
【参考文献】
相关期刊论文 前8条
1 李超;杨光;;扫描透射电子显微镜及电子能量损失谱的原理及应用[J];物理;2014年09期
2 陈学善;赵越;郭金明;杜安;;FCC金属空位的MAEAM理论研究[J];原子与分子物理学报;2012年04期
3 田玉亮;刘海飞;刘邦武;肖宁;许根国;;等离子熔覆镍基合金及复合材料涂层的组织与性能研究[J];热喷涂技术;2010年01期
4 郭洪波;宫声凯;徐惠彬;;先进航空发动机热障涂层技术研究进展[J];中国材料进展;2009年Z2期
5 牟仁德;陆峰;何利民;贺世美;黄光宏;;热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展[J];热喷涂技术;2009年01期
6 李斗星;透射电子显微学的新进展Ⅱ Z衬度像、亚埃透射电子显微学、像差校正透射电子显微学[J];电子显微学报;2004年03期
7 陈炳贻;航空发动机用热障涂层的发展[J];材料保护;1997年02期
8 苏文辉,李永正,尚济民,刘维娜;若干面心立方金属的空位迁移能和自扩散激活能的计算[J];吉林大学自然科学学报;1983年01期
本文编号：2891558
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2891558.html
