ТЕРМОЗАХИСНІ КЕРАМІЧНІ ПОКРИТТЯ НА ОСНОВІ ОКСИДУ ЦИРКОНІЮ
DOI:
https://doi.org/10.20535/iwccmm2024302605Ключові слова:
модифікування оксиду цирконію, оксиди рідкоземельних металів, термічна стійкість матеріалів, термозахисні керамічні покриттяАнотація
Одержання термозахисних керамічних покриттів для захисту металічних деталей, які використовуються в умовах високих температур, зокрема, у енергетичній та аерокосмічній галузях, є одним із важливих завдань неорганічного матеріалознавства. Найпоширенішими серед них є матеріали на основі оксиду цирконію, наприклад, ZrO2-Y2O3. Незважаючи на їх широке використання, наразі багато уваги приділяється розробці покриттів, які містять крім вказаних оксидів сполуки інших рідкоземельних металів. Метою даної роботи було проведення огляду сучасної наукової літератури щодо впливу різних модифікаторів на експлуатаційні властивості захисних керамічних покриттів. Розглянуто переваги та недоліки легування оксиду цирконію різними рідкоземельними металами. Встановлено, що додавання таких оксидів, як CeO2, Yb2O3, Er2O3, Gd2O3, до складу покриттів на основі ZrO2 призводить до значного зменшення теплопровідності, підвищення термічної та корозійної стійкості покриттів. Приведені дані вказують на перспективність проведення досліджень, спрямованих на одержання термозахисних керамічних покриттів і потребують подальшого вивчення. Показано, що для підвищення термічної стійкості, в’язкості та фазової стабільності таких покриттів розробляють матеріали нового покоління на основі танталатів.
Посилання
Vasile, B. Ș., Bîrcă, A. C., Surdu, V., Neacșu, I. A., & Nicoară, A. (2020). Ceramic Composite Materials Obtained by Electron-Beam Physical Vapor Deposition Used as Thermal Barriers in the Aerospace Industry. Nanomaterials, 10(2), 370. https://doi.org/10.3390/nano10020370
Wu, S., Zhao, Y., Li, W., Liu, W., Wu, Y., & Liu, F. (2021). Research progresses on ceramic materials of thermal barrier coatings on gas turbine. Coatings (Basel), 11(1), 79. https://doi.org/10.3390/coatings11010079
Wei, Z., Meng, G., Chen, L., Guang-Rong, L., Liu, M., Zhang, W., . . . Li, C. (2022). Progress in ceramic materials and structure design toward advanced thermal barrier coatings. Journal of Advanced Ceramics (Print), 11(7), 985–1068. https://doi.org/10.1007/s40145-022-0581-7
Mehboob, G., Liu, M., Xu, T., Hussain, S., Mehboob, G., & Tahir, A. (2020). A review on failure mechanism of thermal barrier coatings and strategies to extend their lifetime. Ceramics International, 46(7), 8497–8521. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.12.200
Wang, Y., Wang, X., Wang, X., Yang, Y., Zhang, C., Sun, W., Ma, Y., Cui, Y., Wang, L., & Yao, D. (2020). Effect of CeO2 on the microstructure and properties of Plasma-Sprayed
AL2O3-ZrO2 ceramic coatings. Journal of Materials Engineering and Performance, 29(10),
–6401. https://doi.org/10.1007/s11665-020-05147-4
Kuo, J., Liu, S., & Wang, X. (2018). Low–thermal–conductivity and high–toughness CeO2–Gd2O3 co–stabilized zirconia ceramic for potential thermal barrier coating applications. Journal of the European Ceramic Society, 38(11), 3986–3993. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.04.065
Wang, J., Sun, J., Jing, Q., Liu, B., Zhang, H., Yu, Y., Jun, Y., Dong, S., Zhou, X., & Cao, X. (2018). Phase stability and thermo-physical properties of ZrO2-CeO2-TiO2 ceramics for thermal barrier coatings. Journal of the European Ceramic Society, 38(7), 2841–2850. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.02.019
Boissonnet, G., Chalk, C., Nicholls, J., Bonnet, G., & Pedraza, F. (2020). Phase stability and thermal insulation of YSZ and erbia-yttria co-doped zirconia EB-PVD thermal barrier coating systems. Surface & Coatings Technology/Surface and Coatings Technology, 389, 125566. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125566
Bobzin, K., Zhao, L., Öte, M., & Königstein, T. (2017). Effect of long-term heat-treatment at 1150 °C on the microstructure and properties of thermal barrier coatings based on
ZrO2 – 4 mol.% Y2O3 – 1 mol.% Gd2O3 – 1 mol.% Yb2O3. Surface & Coatings Technology/Surface and Coatings Technology, 318, 142–146. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.06.055
Bahamirian, M., Hadavi, S., Farvizi, M., Rahimipour, M. R., & Keyvani, A. (2019). Phase stability of ZrO2 9.5Y2O3 5.6Yb2O3 5.2Gd2O3 compound at 1100 °C and 1300 °C for advanced TBC applications. Ceramics International, 45(6), 7344–7350. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.01.018
Song, D., Song, T., Paik, U., Lyu, G., Kim, J., Yang, S. C., & Jung, Y. G. (2020). Hot-corrosion resistance and phase stability of Yb2O3–Gd2O3–Y2O3 costabilized zirconia-based thermal barrier coatings against Na2SO4 + V2O5 molten salts. Surface & Coatings Technology/Surface and Coatings Technology, 400, 126197. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126197
