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制备热障涂层用陶瓷靶材EB-PVD 制备热障涂层用陶瓷靶材，先进航空发动机高温涡轮叶片等热端部件广泛采用了热障涂层技术，用来降低基体的工作温度，使其免受高温氧化、腐蚀、磨损。目前 EB-PVD 热障涂层技术已成为发动机涡轮动叶等叶片的热障涂层陶瓷层沉积的主要工艺。陶瓷靶材作为 EB-PVD 制备热障涂层陶瓷层的重要原材料，其性能的优劣对热障涂层组织结构和热学性能等有十分重要的影响。

技术原理/技术要点

EB-PVD技术通过磁场或电场将电子束聚焦在涂层的蒸发源陶瓷靶材上，使材料熔化并气化，气相原子以直线从熔池表面运动到基片表面并沉积在基片表面形成涂层。陶瓷靶材作为热障涂层的关键基础材料，其物理化学性能对涂层沉积也有显著影响。靶材的制备过程主要包括粉体原料合成与处理、靶材成型、烧结及加工等步骤;靶材的性能主要有化学组成、纯度、相结构、致密度及微观结构等。项目团队通过多年的技术攻关，实现了YSZ 陶瓷靶材的国产化研究，并形成了EB-PVD用YSZ陶瓷靶材的等静压成型、常压烧结致密化、微观结构控制、致密度控制、纯度控制等系列技术。不添加任何粘接剂的等静压成型工艺，不引入其它任何物质，从工艺上保证了材料的纯度;等静压高密度素坯成型和多段式烧结工艺，保证得到高致密化靶材的同时，降低靶材内部应力集中情况，靶材晶粒细小，均匀性高;后处理工艺深度脱除靶材吸附气体，提升了靶材沉积过程中的稳定性，减少喷溅发生，从而提高涂层的性能。制备的 YSZ 陶瓷靶材化学成分满足设计要求，杂质氧化物含量总和小于0.5wt%，相结构由四方相和单斜相组成，靶材相对密度根据需要在3.5~4.8g/cm³之间可调，断面颗粒尺寸<10μm，闭合气孔率<5%，产品生产过程能力Cpk>1.33。

应用前景

热障涂层（TBCs）利用陶瓷材料隔热和抗腐蚀的特点，在航空、航天、舰船、武器、电力和交通运输等方面都有着重要的应用价值。目前，质量分数6～9%的YO;部分稳定 ZrOf（YSZ）的热障涂层可将发动机叶片的使用温度由1000℃提高到1150℃，目前广泛的应用于我国三代机涡扇10、美国 F100、法国的 M88、以及欧罗斯 RD-33等先进战斗机小涵道比涡扇发动机和GE90 等商用大涵道比涡扇发动机。项目团队于 20世纪90年代联合北京航空航天大学开展EB-PVD用YSZ 陶瓷靶材的国产化研究，为国内首家实现进口替代的YSZ 陶瓷靶材生产研发机构，实现了YSZ陶瓷靶材的国产化，并形成了系列 EB-PVD用YSZ 陶瓷靶材的制备技术，并通过自主孵化，建立了专门的生产线，实现了批量化生产。先后为430、410、北京航材院、中国农机院、北京航空航天大学等国内多家航空发动机生产研发单位提供数千根 YSZ陶瓷靶材用于热障涂层的制备，为我国军用航空发动机的发展提供了材料保障。同时，为配合我民用航空发动机的发展，联合中国航发商用航空发动机有限公司开展了单晶涡轮叶片热障涂层陶瓷靶材质量控制研究，产品的过程能力Cpk>1.33，满足了产品的应用需求。随着我国航空发动机及燃气轮机的发展，EB-PVD热障涂层用陶瓷靶材的需求将进一步增大，拥有广阔的应用前景。