热障涂层

定义

热障涂层（Thermal Barrier Coating, TBC）是涂覆于航空发动机涡轮叶片表面的一层陶瓷隔热材料，用于降低金属基体的工作温度，使叶片能在接近材料熔点的环境下安全工作。

典型结构

现代 TBC 为双层结构：

1. 粘结层（Bond Coat）：约 0.1mm 厚的金属铝化物或 MCrAlY 合金层，作用是将陶瓷层与金属基体牢固结合，同时提供抗氧化保护
2. 陶瓷顶层（Ceramic Top Coat）：约 0.1–0.5mm 的氧化钇部分稳定氧化锆（Yttria-Stabilized Zirconia, YSZ），为主隔热层

隔热原理

陶瓷层热导率极低（约 1–2 W/m·K，对比金属约 15–25 W/m·K），使叶片表面温度与金属基体之间形成显著温差：

• 燃气温度：约 1,500°C
• 涂层表面：约 1,000°C
• 金属基体：约 800°C（配合内部冷却）

陶瓷层同时还能抵御高温燃气中的颗粒腐蚀和氧化。

技术挑战

• 涂层与基体热膨胀系数不匹配（冷却循环中产生热应力）
• 涂层失效模式：开裂、剥落、脱粘
• 起飞/降落循环中的热疲劳是主要失效原因

来源

飞机引擎为什么不会融化？