题目：多元稀土氧化物掺杂二氧化锆基热障涂层的制备及热循环性能研究

热障涂层（TBCs）是实现航空发动机高推重比、高效率、长寿命的关键技术之一。目前应用的第一代热障涂层陶瓷层材料是Y2O3稳定的ZrO2（YSZ），它的长期使用温度低于1250℃，研制和开发耐高温、长寿命和高隔热的新一代热障涂层是目前高温防护涂层领域的研究热点。本论文基于本课题前期的研究基础，深入系统地开展了稀土氧化物Gd2O3和Yb2O3掺杂YSZ（简称GY-YSZ）陶瓷材料的合成及热物理和机械性能、电子束物理气相沉积（EB-PVD）GY-YSZ热障涂层制备及热循环寿命等研究。掌握了GY-YSZ陶瓷材料的制备方法。采用3mol%Gd2O3、3mol%Yb2O3以及4mol%Y2O3与ZrO2在1500℃高温固相反应24h，制得了立方相的GY-YSZ。研究了GY-YSZ陶瓷材料的热物理性能和机械性能。GY-YSZ的热膨胀系数为9.67×10-6K-1～13×10-6K-1，与YSZ相当；在室温至1350℃之间，GY-YSZ保持了良好的相稳定性；在1300℃保温10h后，GY-YSZ的收缩率为0.02%（YSZ的收缩率为0.056%），显示了优良的抗高温烧结能力；在1200℃温度下GY-YSZ陶瓷的热传导系数约为1.4W/mk，比YSZ降低10%左右。采用EB-PVD方法制备了GY-YSZ热障涂层，掌握了涂层的成分和结构的精确控制技术。涂层由立方相组成，为典型的柱状晶结构，具有（200）择优取向，柱状晶主干内含有大量的羽毛状枝晶，枝晶间形成了纳米级的孔隙。研究了GY-YSZ热障涂层的高温稳定性和服役寿命，揭示了涂层的热循环失效机理。涂层在1100℃保温10min的热循环测试条件下，寿命达到6800次以上。由于金属粘结层的氧化，导致氧化热生长层（TGO）增厚，在热应力作用下涂层沿陶瓷层/TGO界面剥落失效。在前端温度为～1250℃，后端温度为～1050℃的高温燃气热冲击条件下，涂层寿命达到15000次以上，达到了国际领先水平。 以上研究结果为研制出具有我国自主知识产权、适用于大飞机发动机的长寿命、高可靠热障涂层提供了极为重要的实验和理论依据。