热障涂层（TBCs ）是采用耐高温和低导热的陶瓷材料以涂层的方式与金属相复合，从而降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。热障涂层应用于航空发动机高压涡轮叶片可以显著降低涡轮叶片合金表面温度，大幅度延长叶片工作寿命，提高发动机推力和效率。在先进航空发动机中，热障涂层技术被列为与高温结构材料、高效气冷并重的先进航空发动机涡轮叶片的 ３大关键技术。

与其他数百种功能涂层相比较，热障涂层具有３个显著的特点：① 结构最复杂，涂层存在金属／金属、金属／陶瓷以及陶瓷／陶瓷多个界面，在高温服役过程中，由于扩散、氧化、相变、烧结等复杂的物理和化学变化，引起涂层界面结构、成分、应力以及性能发生变化（热喷涂与再制造）；② 服役环境最恶劣，发动机叶片 TBCs 必须经受高温、热机疲劳、化学腐蚀、冲刷和烧蚀等 ２０ 种以上复杂载荷作用； ③ 性能要求最苛刻， TBCs 要求在复杂发动机环境下具有良好的隔热、耐氧化腐蚀、力学和化学稳定等性能，并且军用航空发动机 TBCs 服役寿命要求达到上千小时，大型民机发动机 TBCs 寿命要求达到上万小时。为了研制出高性能热障涂层，需要在热障涂层材料、结构设计、制备方法以及先进表征技术等研究方面取得突破。

１　热障涂层的研究进展

１.１　 国外研究进展

美国国家航空航天局（NASA）最早将热障涂层技术应用于航空航天领域。最早是在X-15型火箭飞机的喷火管中涂覆ZrO2-CaO/NiCr热障涂层，而 在 J-75 型 发 动 机 叶 片 上 使 用ZrO2-Y2O3/NiCrAlY热障涂层进行隔热防护，标志着热障涂层技术的发展进入了一个新的时代。

近年来，欧美等国家相继制定和实施了“IHPTET ”、“ VAATE ”、“ UEET ”、 ACME-II 、AMET等高性能航空发动机计划，均把发展新型高性能热障涂层技术列为这些计划的主要战略研究目标之一。

新型低热导、耐烧结以及高温稳定的陶瓷材料的研制是近年来热障涂层陶瓷隔热层材料的主要研究方向。研究发现，在传统 YSZ 材料中掺杂除 Y2O3外的其他稀土元素或采用多种元素共掺杂ZrO2能显著降低热导率和提高ｔ′相的高温稳定性（热喷涂与再制造）。除此之外，在其他晶体结构陶瓷材料方面的研究也取得了一些进展。例如， Friedrich等发现磁铁铅矿结构的LaMgAl11O9在1400℃下具有长期稳定性 ；Bansal和Zhu 研究了Gd-LaMgAl11O9、 Sm-LaMgAl11O9、LaMnAl11O9等磁铁铅矿结构化合物，发现热膨胀系数与结构有关而与成 分 关 系 不 大，热 膨 胀 系 数 大 约 为 9.6×10-6/K；近年来，烧绿石和萤石结构的稀土锆酸盐由于热导率低、高温相稳定性好而备受关注，有望成为新一代热障涂层陶瓷隔热层材料 。

相对于陶瓷隔热层材料的研究，金属粘结层材料的研究进展较慢。NiAl的 熔 点 高（ ～1638℃ ），密度低（ ～5.9ｇ ／ ｃｍ３ ），弹性模量较高（ ～240GPa），在1200℃及以上能够形成保护性氧化膜，是一种很有前景的热障涂层粘结层材料。然而，NiAl材料较脆，高温环境下形成的氧化膜与基体的结合力较差，限制了NiAl作为热障涂层粘结层材料的应用。已获应用的 NiP －tAl涂层可显著提高氧化膜的粘附性（热喷涂与再制造），具有良好的抗高温循环氧化性能 。近些年来，研究发现，添加微量活性元素可以改善NiAl合金和涂层的抗高温氧化性能，表现出显著的活性元素效应，这些活性元素包括Hf 、Zr 和Y 等 。但是，某些活性元素，例如La，反而加速了氧化膜剥落 。