摘要：目的探究激光辐照前后TiO2热控涂层的结构和性能变化。方法采用空气喷涂方法分别制备单层TiO2热控涂层(简称单层TiO2涂层)和双层TiO2-ZrO2热控涂层(简称双层TiO2-ZrO2涂层),分析激光辐照后两种涂层的表面形貌、晶体结构变化,在线测量激光辐照过程中两种涂层样品的背底中心温度和散射光强度变化,比较激光辐照前后两种涂层的光热性能变化等。结果激光辐照后,涂层表面形貌发生变化,不同辐照区域出现了柱状树枝晶、平面晶等形貌,其中双层TiO2-ZrO2涂层中心区域颜色加深变黑。双层TiO2-ZrO2涂层的(110)和(220)面XRD峰值明显增强,出现取向生长现象。单层TiO2涂层的激光损伤阈值为500 W/cm^2、7.2 s;双层TiO2-Zr O2涂层的激光损伤阈值为500 W/cm^2、2.5 s。激光辐照后,两种涂层在1064 nm激光波段的反射率分别由辐照前的97.7%和97.3%下降到60.1%和51.0%,太阳吸收比αs明显增大,发射率εh降低。结论表面形貌发生变化与裂纹、晶体形貌及热缺陷吸收等有关,Ti3+缺陷和氧空位缺陷浓度增大可能是导致双层TiO2-Zr O2涂层中心区域颜色加深变黑的主要原因。单层TiO2涂层的激光损伤阈值更高,与双层涂层相比,吸收的激光能量得到更有效的疏导,但双层TiO2-ZrO2涂层抗热震性能更好。激光辐照后,两种涂层的光热性能显著下降。热控涂层的抗激光损伤性能与涂层结构设计、激光辐照下涂层的宏微观结构及光热稳定性等密切相关。

摘要：挥发性有机物(VOCs)的排放对自然环境、人类健康产生了严重危害,吸附法和催化氧化法是治理VOCs的有效方法.沸石分子筛含有丰富的微孔,比表面积大,且含有较多的酸位点,具有一定的催化活性,十分适合作为催化剂载体材料,被广泛应用于分离、吸附及催化等领域.本文综述了不同沸石分子筛吸附去除及沸石基负载型催化剂催化氧化去除烷烃、芳香烃、醛类、酮类、酸类、酯类、醇类及氯代烃等VOCs的研究进展.分析表明,沸石吸附剂的孔道结构、硅铝比、表面物理化学性质, VOCs种类、极性、亲水性,对沸石分子筛吸附性能影响较大;沸石载体表面酸碱度,催化剂活性组分种类、分散性, VOCs种类等是影响负载型催化剂催化活性的重要因素;沸石载体和活性组分之间存在协同作用,赋予了负载型催化剂优异的催化活性.沸石负载贵金属催化剂对各类VOCs的催化氧化性能优于沸石负载金属氧化物催化剂,但贵金属价格昂贵,成本较高,通过合理设计多组分金属氧化物催化剂,可显著提高负载型催化剂的催化活性.此外,本文对沸石分子筛及其负载型催化剂去除VOCs的未来研究方向进行了展望.

摘要：随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能不足等问题,发动机CMC热端部件用热喷涂涂层成为亟待解决的技术瓶颈。本文结合国外航空发动机热端部件选材方案的更迭及工程应用实例,分析了发动机热端部件采用高温合金+气膜冷却+热障涂层方案的技术局限性,明确了CMC+适量气膜冷却+环境障碍涂层方案的技术优势;综述了CMC用热与环境障碍涂层(Thermal and Environmental Barrier Coatings, TEBCs)和环境障碍可磨耗封严涂层(Environmental Barrier Coatings-Abradable Sealing Coatings, EBCs-ASCs)的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者的研究成果;辨析了面向更高温燃气来流时热喷涂环境障碍涂层面临的机遇与挑战,为后续TEBCs的组分和结构设计以及制备明确了方向,并对今后研究工作的重点进行了展望。

摘要：柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。

摘要：航天技术的发展和深空探测的需要,对热控涂层的光热性能和空间环境稳定性提出了更加苛刻的要求。为此,文章设计内核为Zn 2SiO 4、外壳为具有可见光波段高透过性SiO 2的核壳结构颜料,并将其制备成热控涂层。试验结果表明:涂层T-Zn 2SiO 4@SiO 2的太阳吸收比为0.09,具有超低吸收特性。在此基础上,文章系统性表征了涂层在真空-紫外辐照后太阳吸收比和内部缺陷的变化,初步解析了紫外辐照后光学性能演化机理,可为研制低太阳吸收比、高稳定性新型热控材料提供新思路。

摘要：目的研究不同结构参数对Mo/8YSZ热障涂层系统残余应力的影响因素。方法设计Mo/8YSZ功能梯度热障涂层,并利用ANSYS有限元软件建立了等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,模型中考虑了材料热物理性能参数随温度变化,研究粘结层、过渡层及陶瓷层厚度对Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律。结果随着径向距离的增大,粘结层与陶瓷层界面的残余应力逐渐由压应力变为拉应力,并且在涂层边缘位置,径向残余拉应力达到最大值。在0~12 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,粘结层与陶瓷层界面位置的轴向残余应力无明显变化,且轴向残余应力的数值几乎为0;在6~12.5 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,其剪切残余应力逐渐增大。在基体与粘结层界面边缘0.5 mm处存在着与其他位置相比更大的应力突变。粘结层与陶瓷层的厚度参数比控制在4∶10~4∶13时,涂层具有最低的热失配。过渡层与陶瓷层的厚度参数比控制在1∶4时,涂层具有最低的热失配。当功能梯度热障涂层的过渡层采用50%Mo与50%8YSZ复合而成时,将粘结层、过渡层及陶瓷层三者的厚度比值控制在16∶10∶40~16∶13∶52,涂层具有最低的热失配。结论通过设计功能梯度热障涂层,并合理调控热障涂层系统的结构参数,可进一步减小喷涂构件的残余应力和应力突变情况,提升基体与涂层的结合强度。

摘要：TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能,是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700~900℃,在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层,并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现,TiAlCrY/YSZ涂层在1100℃空气环境中服役300 h保持完好,表现出良好的高温性能,而NiCrAlY/YSZ涂层在1100℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明,TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO,其主要成分为Al2O3,与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100℃空气环境中服役300 h后,厚度仍<8μm。以上研究表明,与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比,TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。

摘要：无机热控涂层是航天器常用的一类热控涂层。文章采用上海硅酸盐研究所研制的真空-紫外辐照装置,选用合适的加速倍率,对国内几种常用的热控涂层进行了10 000 ESH以上的辐照试验,原位测量了各阶段试验样品的太阳吸收比,获得了这些热控涂层的太阳吸收比变化曲线,验证了热控涂层的"漂白效应"。相关研究结果可以为热控制专家进行热设计时提供参考。

摘要：等离子体喷涂硅酸钙(Ca-Si)涂层中掺入Mg^(2+)、Zn^(2+)和Sr^(2+)能够显著降低生理环境下涂层降解速率并可改善涂层的生物性能。然而,涂层生物性能的提高机理并不明确,尤其是掺入离子的贡献仍缺少直接的证据。本文通过减小涂层表面物理特征差异以及Ca和Si离子释放的干扰,考察Mg^(2+)、Zn^(2+)和Sr^(2+)掺杂对硅酸钙基涂层(Ca_2MgSi_2O_7,Ca_2ZnSi_2O_7和Sr-CaSiO_3)促成骨能力的影响。通过优化工艺参数,获得具有相似粗糙度、结晶度和表面形貌的涂层样品。涂层样品在浸泡过程中释放的Ca和Si离子浓度接近。结果表明,MC3T3-E1细胞在Mg掺杂的涂层表面粘附与增殖最显著。Zn掺杂涂层表面能够显著促进成骨分化早期标记物(COL-I和ALP)基因表达。Sr掺杂涂层表面能够显著促进成骨分化晚期标记物(OPN和OC)基因表达并能诱导矿化骨节大量形成。Mg^(2+)、Zn^(2+)和Sr^(2+)在成骨不同阶段的调控作用能够为骨修复涂层材料设计提供一定的理论基础。

摘要：在C/C复合材料表面采用等离子喷涂ZrB_2基陶瓷涂层是提高复合材料抗氧化性能的理想途径。为有效防止热裂纹的产生、设计性能更优的材料,基于数值模拟,通过合理的模型,采用间接顺序热结构耦合,可预测涂层在沉积过程中由于热失配引起的宏观残余应力的大小和分布。结果表明,径向应力是残余应力的主要表现形式;较厚的粘结层能够有效缓解材料的热物性差异;涂层的厚度为0. 5 mm时能够保证涂层表面不会因为受压而开裂的情况下在界面处的残余应力较小;涂层体系的材质倾向于导热系数较高、热膨胀系数较低的ZrB_2-30%SiC(体积分数)材料,以保证涂层在边缘不会有太大的拉应力而产生翘曲。