[科普中国]-生活中的热障涂层

热障涂层指的是通过使用陶瓷等材料在物体表面通过喷涂等工艺方式使其沉积在高温合金或是耐高温金属表面，通过陶瓷等耐高温材料所形成的热障涂层来隔离外部热量，降低基底的温度。据研究表明，通过应用热障涂层将能够有效提高被涂覆物体约60%的热效率。

为了使热障涂层达到最好的隔热效果，必须对热障涂层系统进行结构设计。目前，热障涂层的结构主要分为双层结构、多层结构和梯度结构。其中，对涂层进行梯度结构设计，使涂层的化学成分、组织结构及力学性能沿涂层厚度方向呈梯度变化，实现陶瓷层与高温合金的最佳性能匹配，降低涂层的残余应力，有效防止了涂层的剥落。

现在典型的热障涂层是由金属粘结层和陶瓷涂层组成。金属粘结层通常由MCrAlY合金组成，它能生成粘附氧化膜，阻止基体氧化。陶瓷面层通常由ZrO2+Y2O3(8%)组成，陶瓷层导热性能差，抗高温能力强，起着隔离基体与燃气的作用。

目前制备热障涂层的方法主要有等离子喷涂和电子束物理气相沉积。等离子喷涂是把金属或陶瓷粉末送入高温的等离子体火焰，即利用等离子体焰流将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态；电子束物理气相沉积热障涂层是用高能电子束加热并气化陶瓷源，陶瓷蒸气以原子为单位沉积到基体上而形成的。

热障涂层可以明显降低基材温度，且硬度高、化学稳定性好，具有防止高温腐蚀、延长热端部件使用寿命、提高发动机功率和减少燃油消耗等优点，而且热障涂层的出现为大幅度改进航空发动机的性能开辟了新途径。近些年来，热障涂层技术获得很大发展，应用在叶片、燃烧室、隔热屏、喷嘴、火焰筒和尾喷管等航空发动机热端部件上。

我们相信，随着科学技术的发展，热障涂层技术将会为人类带来更多的惊喜。

本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。

新华网科普事业部

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