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作者：陆天龙;冯晶;种晓宇;
单位：昆明理工大学材料科学与工程学院材料基因工程校重点实验室;
摘要：热障涂层可以保护涡轮发动机的高温金属部件，提高发动机的服役效率，延长其使用寿命。稀土钽酸盐因优异的高温热学和力学性能，有望成为新一代超高温环境下的热障涂层。实验测量热障涂层在高温下的隔热性能，操作复杂且结果不准确。采用有限元与实验相结合的方式，研究了热导率、对流传热系数、孔隙率、涂层厚度等对涂层隔热能力的影响，对比了YTaO_4涂层和氧化钇稳定氧化锆（YSZ）涂层的隔热性能。结果表明：涂层的热导率从2.5 W·m~(-1)·K~(-1)降至0.3 W·m~(-1)·K~(-1)，则隔热能力从143 K增加到520 K。热导率降低，涂层的隔热能力增强。若继续降低热导率，隔热能力的增强的速率更快。热障涂层隔热能力的提高与孔隙率的增加呈线性关系，当孔隙率为30%时，隔热能力达到390 K。增加涂层厚度和提高基底冷却的对流传热系数都可以提高涂层的隔热能力，但当涂层厚度大于0.5 mm或者对流传热系数大于1900W·m~(-2)·K~(-1)时，隔热能力增加的速率更慢，因此增加涂层厚度和提高对流传热系数来提高涂层隔热能力的方法具有局限性。在更高温度下服役，YTaO_4涂层比YSZ涂层的隔热能力更好，在1573 K下服役时，YSZ涂层隔热能力为205 K，而YTaO_4涂层隔热能力达到392 K。模拟了钽酸盐热障涂层的隔热性能，并验证涂层的隔热机制，为钽酸盐热障涂层的工程应用提供理论支持。
关键词：热障涂层;;稀土钽酸盐;;有限元;;隔热
基金资助：云南省重大科技专项基金项目（202102AB080019-1）资助
