【摘 要】
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该文首先建立了热障涂层结构平板模型的残余应力计算公式.分析表明:(1)随着温度降低,陶瓷层和氧化层均产生面内压应力,基体中产生拉应力,应力的大小都与温降成正比.(2)陶瓷层
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该文首先建立了热障涂层结构平板模型的残余应力计算公式.分析表明:(1)随着温度降低,陶瓷层和氧化层均产生面内压应力,基体中产生拉应力,应力的大小都与温降成正比.(2)陶瓷层和氧化层的残余应力还主要取决于其自身弹性模量和热膨胀系数.自身弹性模量越高、热膨胀系数相对越小,掏瓷层或氧化层的残余应力越大.(3)室温下陶瓷层的残余压应力约为300MPa,只有相应大块材料抗压强度的七分之一.基于以上结果,该文认为屈曲应当是导致剥落的一个重要力学机制.该文进一步用能量方法建立了分层陶瓷层和分层[氧化层+陶瓷层]发生屈曲失稳的临界条件.对等离子喷涂热障涂层的分析表明:(1)分层陶瓷层发生屈曲的临界尺寸与临界应力之平方根的倒数成正比,即与工作温降的平方根的倒数成正比.这意味着,对于给定的热障涂层,环境温降越大(或其使用温度越高),寿命越短;反之亦然.(2)工作应力一定时,陶瓷层越厚、弹性模量越高,发生屈曲所需的分层临界尺寸越大.(3)材料参数相同时,矩形分层的陶瓷层比椭圆形分层的更易于发生屈曲.(4)陶瓷层在300MPa残余应力作用下发生屈曲的临界尺寸为6.8mm,这在尺度上与文献最新报道的观察数据(several mm in diameter)非常接近.对EB-PVD热障涂层的分析表明,分层[陶瓷层+氧化层]的屈曲规律与上述情况大体相似,建立临界条件时可以忽略热效应和边界分布力偶的影响.
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