YGYSZ/YSZ双陶瓷层热障涂层的设计与热震失效机制：面向1500℃极端环境的优化策略

本文系统研究了ZrO2-9.5Y2O3-5.6Yb2O3-5.2Gd2O3（YGYSZ）/YSZ双陶瓷层热障涂层（DCL TBCs）在1500℃极端环境下的性能。通过实验与有限元分析（FEA）揭示YGYSZ层厚度（200-240μm）对抑制YSZ相变、优化热应力分布的关键作用，为航空发动机高温防护涂层设计提供理论依据。

　　

Highlight

YGYSZ/YSZ双陶瓷层热障涂层（DCL TBCs）展现出卓越的抗热震性能，这归功于YGYSZ层对YSZ相变和烧结的有效抑制。结合其低导热特性（0.7 W/(m·K)），该涂层显著提升热障性能，使基底温度降低350-470℃。

Thermal shock properties

热震测试模拟了涂层在实际服役中的快速升降温过程。数据显示，YGYSZ层厚度直接影响涂层寿命：过薄（<200μm）会导致YSZ层快速烧结和界面应力集中；过厚（>240μm）则加剧淬火过程中的热失配应力，降低界面断裂韧性（K_IC）。最优厚度区间（200-240μm）可平衡抗热震性与层间完整性。

Conclusions

1. 1.

   YGYSZ/YSZ DCL热障涂层通过抑制YSZ相变（t'→c+t→m）和降低导热率，实现超高温防护；

2. 2.

   YGYSZ层厚度是调控温度场分布、应力场演化和裂纹扩展行为的关键参数；

3. 3.

   有限元分析揭示了热循环中裂纹优先沿YGYSZ/YSZ界面扩展的失效机制，为涂层优化设计提供理论支撑。