基于分形方法的YSZ热障涂层有效热导率分析

陶瓷基热障涂层具有优异的阻热性能、耐热腐蚀性能以及热稳定性能,在航空发动机热端部件中广泛使用。利用大气等离子喷涂方法制备ZrO2-8%Y2O3(YSZ)涂层,利用聚苯酯(PHB)调节涂层的孔隙形态和含量,利用扫描电镜(SEM)和图像软件分析涂层的截面形貌,计算了孔隙的分形维数,建立了基于分形维数的有效热导率计算方法,优化了热导率与涂层孔隙的定量关系。同时利用导热仪测量面层的热导率,对有效热导率计算结果进行验证。结果表明:YSZ粉末中混合聚苯酯粉末可增加涂层中的孔隙含量;当PHB的质量含量达到15%时,涂层孔隙率可增加至30%左右。较高的喷涂功率会形成扁平化的孔隙,孔隙分形维数的取值在1~2,并且孔隙越扁平取值越大。孔隙含量越大、形态越趋近于扁平化,涂层有效热导率越小。把孔隙的分形维数引入到有效热导率的计算中,使得计算结果更加趋近于实测结果。