1．1氧化鋯的基本物理化學性能

氧化鋯是一種耐高溫的氧化物，熔點是2680℃。塊狀致密固體氧化鋯基本性能如下：熱導率是14 W／(K·m)，線膨脹系數是1lxl0。6-13x10擊K．1，彈性模量是190 GPa，密度是5．6 g／ern3，莫氏硬度是7。對于噴涂態納米結構氧化鋯涂層來說，其熱導率在1．4 W／(K．m)以下。

Zr02的晶型有三種，即單斜(m)、四方(t)和立方(c)。常溫條件下，穩定相為單斜晶型(m)；高溫條件下穩定相則為立方晶型(c)。

單斜型轉變為四方型的相變溫度受添加元素的影響。Zr02的一般相變轉變溫度為1170～1200℃，而加入4％Y203后相變溫度會顯著降低，約降低3lO℃而達到860℃左右的相變溫度。Zr02在這一晶型轉變過程中，有明顯的體積變化產生，由單斜相向四方相轉變的體積變化為7一8％，并吸收11．8 kJ／tool的熱量。當摻入一定元素后涂層的熱穩定性能明顯提高。在熱循環實驗前添加7％Y203的Zr02涂層主要以四方相為主，同時有少量單斜相和立方相。在長期的高溫條件下，陶瓷層Zr02中的c相組分要向t相轉變，而t相組分會在冷卻過程中進一步向m相轉變，進而使材料性能降低，導致涂層失效。

當Y203含量超過8％時快速冷卻所得到的組織成分中不會再有反相疇界及相變孿晶出現，而且Y203的含量對Zr02熱導率影響不大，但對于陶瓷層的熱膨脹系數影響非常大。當Y203<6％時，在熱循環過程中會發生伴有體積變化的t-m轉變，導致涂層剝落，當Y203在7-8％時涂層組織有良好的穩定性。因此，成份為7"--8％Y203部分穩定的Zr02最適合于用來制備熱障涂層。

氧化釔穩定的氧化鋯的等離子噴涂涂層，呈白色到淡黃色，涂層較硬且致密，為典型的片層結構。在高達1650℃的高溫下長期使用，Y203不會像CaO那樣從Zr02晶體中向外擴散，其化學穩定性和熱穩定性能均優于CaO穩定的Z102和MgO穩定的Zr02，具有優異的耐高溫、抗熱震、絕熱、抗高溫燃氣沖蝕等綜合

熱力學性能。

1．4納米結構Zr02涂層制備方法

制備納米結構Zr02涂層的方法主要有：大氣等離子體噴涂(APS)、電子束物理氣相沉積(ES．PVD)和溶液注入等離子體噴涂(SPPS)等。

1．4．1大氣等離子體噴涂(APS)

(1)等離子體性質和特點

等離子體是一種部分電離了的氣體，常稱物質第四態，由分子、原子、離子和電子組成。等離子體分為高溫等離子體、熱等離子體和冷等離子體。熱等離子體通過一些設備產生，氣體的電離率大約在10％左右，電子密度較高，碰撞機會較多，溫度一般在5000至15000K，電子溫度與離子溫度和環境溫度相等，是一

種平衡態等離子體。

等離子體是一個完整的物理體系，宏觀上，等離子體是電中性的，具有很高的導電率，在等離子體中的化學反應比熱化學反應容易進行，其帶電粒子在放電空間(氣體)有熱運動、電場作用下的遷移運動和沿帶電粒子濃度遞減方面的擴散運動。

(2)等離子體噴涂原理

等離子體噴涂是把金屬或陶瓷粉末送入高溫的等離子體火焰，利用等離子體焰流將噴涂材料加熱到熔融或高塑性狀態，在高速等離子體焰流的引導下，高速撞擊工件表面，從而形成涂層。噴涂過程中，首先是噴涂材料被加熱達到熔化或半熔化狀態；然后是被氣流推動加速向前噴射的飛行階段；最后以一定的動能沖

擊基體表面，產生強烈碰撞展平成扁平層并瞬間凝固。最終形成的噴涂涂層是由無數變形粒子相互交錯，呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結構。涂層與基體表面的結合以機械結合為主。顆粒與顆粒之間不可避免地存在一部分孔隙和空洞，熱障涂層孔隙率一般在8％20％之間。APS工藝的特點是對涂層材料的要求寬

松，沉積效率高，操作簡便，制備成本低，熱障涂層的組織呈片層狀，孔隙較多，隔熱性能好。

(3)等離子體噴涂技術特點

與其他熱噴涂方法相比，等離子噴涂具有以下特點：

(a)可噴涂的材料極為廣泛。由于等離子噴涂時的焰流溫度很高，其中心溫度最高可高達15000K以上，理論上這樣的高溫幾乎能熔化所有的高熔點和高硬度的材料，很適合陶瓷和高熔點物質的噴涂，從而可噴涂更多種的材料，這是其他熱噴涂技術難以實現的；

(b)涂層致密，結合強度高。由于等離子弧能量十分集中，能使粉末獲得較大的動能，且粉末溫度高，所以能獲得致密度高，與基體結合性能良好的涂層；

(c)噴涂效率高。采用高能等離子噴涂設備，粉末沉積效率可達8 k加；

(d)對工件的熱影響小。等離子噴涂不會引起被噴材質的組織變化，基體部件不變形；噴涂過程不會引起基體氧化，不影響基體原來的力學性能，可對精密工件進行噴涂；

(e)噴涂材料和被噴基體可以自由選擇和組合；

(f)涂層厚度可以控制。誤差可以控制在25 um范圍之內。(4) 影響等離子體噴涂涂層質量的主要工藝參數

(a)表面預處理為了提高涂層與基體表面的結合強度，在噴涂前必須對基體表面進行清潔、粗化、預熱等處理。首先進行基體表面的除油、機械或化學方法去除氧化膜。由于涂層與基體結合方式包括機械、物理、冶金—化學結合，而一般以機械結合為主，所以應盡可能增大涂層與基體的接觸面積。常用噴砂處理來粗化基體表面。

(b)送粉量與噴涂功率

送粉量與噴涂功率是兩個相互聯系且需經常變動的參數。在確定這兩個工藝參數時，必須保證兩者的恰當匹配。送粉量一定，若噴涂功率過小，則粉末熔化不完全，涂層中夾雜的未熔粉末多，粉末不能在基體表面充分鋪展，并有較多的粉末彈跳損失。導致沉積效率低且與基體結合不牢。反之，若噴涂功率過大，雖

然粉末熔化完全且可以充分鋪展，但粉末受氧化、燒損太多使涂層中夾雜著太多的煙塵，同樣會使沉積效率降低，結合強度不高。

(c)等離子氣體的選擇和流量

等離子氣體是用來產生等離子弧的工作氣體，也稱之為主氣。氣體選擇原則主要是可用性和經濟性。可用性指不與工件和噴涂材料發生有害反應且能滿足噴涂的基本要求；經濟性指在滿足工作要求的條件下，應盡可能價格便宜。

在等離子噴涂中常用氮氣或At(混入5％一10％的H2)作為等離子氣體。氮氣來源廣、價格低，但保護性能差。所以在噴涂易氧化粉末時不宜使用。氫氣具有很好的保護作用，但氫氣弧火焰較短，更適合于小件和薄件的噴涂。在主氣中加入少量的價格較高的氫氣以提高等離子弧的溫度且可防止熔粒受到氧化。等離子氣流量直接影響到等離子焰流的溫度、熱焓和流速。流量過大，等離子濃度降低。且過量的氣體冷卻了等離子焰流，使熱焓、溫度下降，粉末熔化不完全、不均勻。

噴涂效率降低，氣孔增加。反之，若氣流量太小，等離子焰流能量小、弧長短、溫度下降，且容易燒壞噴嘴、陰極，沉積率下降。

(d)噴涂距離與噴涂角度

噴涂距離對噴涂效率和質量有著顯著的影響：噴涂距離較小，則噴涂效率較高。但若噴距過小，粉末在焰流中不能受到充分的加熱和加速，容易導致涂層疏松和性能的降低。而且易使工件局部溫度過高，工件發生熱變形，涂層的應力增大。噴距過大將使熔粒與基材和涂層撞擊時的溫度和速度都降低，導致熔粒變形

不充分，涂層氣孔率較高，結合強度降低。根據經驗，噴涂金屬粉末時，噴距常為75—130mm。噴涂陶瓷粉末時，噴距常取50-100 mm。

進行陶瓷粉末噴涂時，等離子焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度(即噴涂角度)接近90⁰，角度太大或太小均會產生“遮蔽效應”，導致涂層氣孔率增大，涂層疏松。

(5)納米結構Zr02／Y203熱障涂層的制備

對于納米Zr02／Y203熱障涂層的制備一般采用常壓等離子體噴涂。基本工藝：表面預處理一預熱一噴涂—涂層后處理。涂層中存在一定的孔隙度，以降低涂層的熱導率，減少涂層中應力。熱障涂層主要用于燃燒室內、排氣通道、氣缸活塞柱頭、噴嘴、冶金爐等。

1．4．2電子束物理氣相沉積(EB—PVD)

電子束物理氣相沉積法是以電子束作為熱源的一種蒸鍍方法，其蒸發速率較高，幾乎可以蒸發所有物質，而且涂層和基體的結合力非常好。在制備梯度熱障涂層時，實現了金屬粘結層與陶瓷層之間結構和成分的連續過渡。經過高溫后續處理，使粘結層與陶瓷層之間形成擴散，從而消除了內界面。其涂層組織為

垂直于基體表面的柱狀晶組織。柱體與基體間屬冶金結合，穩定性很好。且在高溫下，柱狀組織結構的涂層具有良好的應變承受能力。從而大大提高了涂層的抗熱疲勞的性能。

其主要工藝過程為：電子束通過磁場或電場聚焦在涂層的蒸發源錠子上，使材料熔化，在真空的低壓環境中，蒸發源材料在熔池上方氣化，氣相原子通常是以直線從熔池表面運動到基片表面并沉積在基片表面形成涂層。在制備涂層時，為了提高涂層與基體的結合力，通常對零件進行加熱。許多制備工藝參數都會影

響EB．PVD涂層的結構與性能，但其中最主要的是基片加熱溫度Ts的選擇。

EB．PVD噴涂技術與等離子體噴涂相比，其沉積速率低、設備造價昂貴、普及率較低，基體零件需要加熱，試樣尺寸不能太大。但是涂層表面光滑無需再加工，工藝參數易于控制涂層、可修復均是與等離子體噴涂制備熱障涂層相比的優勢所在。

1．4．3溶液注入等離子體噴涂(SPPS)

溶液注入等離子體噴涂是將含有釔的鋯鹽溶液注入等離子體中，直接制備出氧化釔穩定的氧化鋯納米結構或者柱狀結構熱障涂層。液體注入等離子體噴涂制備熱障涂層的原理如圖1．5，鋯鹽溶液用輸送馬達抽出，在載氣的作用下，經過霧化噴嘴，進入等離子體中，在熱等離子體中發生物理、化學反應后，沉積到金

屬基體上。

溶液注入等離子體噴涂制備熱障涂層的特點有：

(1)涂層是有液相和干燥的周相粒子撞擊基體后形成的；

(2)所采用的基體溫度高，可達1000℃：

(3)涂層密度較低；

(4)獨特的顯微結構：涂層的晶粒尺寸大小為10～30 nm；均勻的納米級和微米級孔隙；具有縱向微裂紋；不存在片層狀顆粒和片層晶界：

(5)納米晶粒長大過程被抑制。

1.5 Zr02高溫處理后晶粒長大問題

ZrO2/Y203粉術及熱障涂層的制備過程中，不可避免的經過高溫的處理和影響，故晶粒長大現象總是存在。

1.5.1晶粒長大熱力學和動力學研究

晶粒長大可以分為：正常晶粒長大和異常晶粒長大。正常晶粒長大的主要特征是晶粒長大過程中晶粒尺寸保持基本均勻，而異常晶粒長大的主要特征是大部分晶粒的生長受到阻礙而極少數晶粒迅速長大。通常多晶材料晶粒長大的驅動力來源于晶界的界面能。在晶粒長大的過程中，晶粒平均尺寸的增長對應著的界面

總面積的下降，從而使系統自由能降低，因此晶粒長大在熱力學上是一個自發的過程吲。晶粒長大是通過晶界的遷移來實現的，晶界總是向它的曲率中心方向移動。

1．5．2晶粒長大影響因素

許多因素可能阻礙正常晶粒長大過程的進行，如溶質原子、第二相粒子、本身缺陷等。這些因素與晶界相互作用，降低驅動力(晶界自由能)或者晶界遷移速率，從而抑制了晶粒的長大。在此情況下，材料仍為亞穩態，只是發生明顯晶粒長大的時間延長，溫度升高。

本課題組曾做過相關試驗，通過掃描電鏡觀察了噴霧干燥制備的Zr02．8％Y203納米團聚體粉末在1200℃至1400℃高溫下熱處理2小時后粉末顆粒形貌和大小的變化，研究了納米顆粒長大行為及機制。實驗結果表明：從1300℃開始，Zr02．8％Y203納米團聚體大顆粒之間出現連結；隨著熱處理溫度的升高，納米小顆粒明顯長大，呈現不均勻長大現象；這種不均勻長大主要與Y203分布有關。納米顆粒的長大方式分為納米顆粒逐漸合并長大和多個納米顆粒一次性聚合長大。林鋒等制備Zr02．8％Y203大顆粒球形納米粉末和涂層，且使其可以保留原始粉末的納米結構，首先采用噴霧干燥和熱處理的辦法對原始Zr02．8％Y203納米粉末進行再處理，然后將經過再處理的納米粉末在不同的等離子體噴涂條件下噴涂制備成納米結構熱障涂層。課題組劉純波等已進行了有關熱障涂層熱震性能的實驗及分析，對于高溫下熱障涂層中間粘結層TGO的生長進行了分析研究，分析了高溫下中間結合層氧化物生長動力學和熱力學。

A．Sturmt等人對Zr02．15wt．％A1203復合納米陶瓷的晶粒長大和相穩定性研究分析，他們認為如果抑制晶粒長大而造成材料失效，第二相應滿足一下幾點：

(a)原子種類相對基體材料有小的擴散系數；

(b)具有微小或無溶解度；

(c)兩相間小的界面能；

(d)第二相均勻分布；

(e)對溶解和粗化有一定穩定性。

第二相晶粒太大或者體積分數過小都不會起到釘扎晶界的作用，從而使得晶粒長大。他們實驗結果表明晶粒尺寸小于35 nm可以在1200℃燒結溫度下燒結密度達到理論值的95％。

徐躍萍等人通過對Y．TZP陶瓷晶粒生長的控制研究指出：燒結期間，氣孔的表面擴散是晶粒生長的主要機理；燒結后期，晶界擴散起主要作用。此外，團聚體的存在會促使晶粒異常長大。

李蔚等人分析了無壓燒結、熱壓燒結以及SPS燒結過程中納米Y-TZP材料晶粒生長的行為及表觀活化能。并得出了以下結論：

(a)納米Y-TZP材料在不同燒結過程中晶粒的生長行為是不同的，部分原因在于晶粒生長活化能不同。

(b)燒結溫度處于1100---1300℃時，無壓、熱壓及SPS燒結過程的晶粒生長都可看作是受固溶體阻滯控制。

(c)外壓和脈沖電流對活化能均有較大的影響。

田猛等人運用放電等離子燒結技術對Zr02(3Y)粉體進行致密化，但無法同時實現晶粒度與相對密度的最佳結合。納米級粉末燒結過程中晶粒長大具有瞬時性，缺陷處可以促使晶粒異常長大。

譚興龍等人采用等離子噴涂技術，先對質量含量為21％的A1203／ZrO2粉末進行等離子噴涂并進行快速凝固，Al203溶于Zr02相中形成過飽和固溶體。采用火花等離子燒結(SPS)技術，將等離子噴涂處理后的粉末制備成納米陶瓷塊體。相對密度達98％以上，Al203納米顆粒能從Zr02固溶體中析出，其尺寸為80nm

左右，析出的A1203納米顆粒能有效地抑制晶粒長大。

王振波等人采用大氣等離子噴涂制備了納米結構氧化釔穩定的氧化鋯熱障涂層。噴涂過程中平均晶粒大小由40nm長大為67nm，涂層主要由亞穩四方相組成。涂層熱處理結果顯示：900℃以下晶粒長大速度緩慢，然而1000℃以上晶粒長大速度迅速增加，而且出現較多的單斜相。

Na wang等人采用大氣等離子噴涂技術制備了納米結構氧化鋯熱障涂層，并將涂層剝落下進行熱處理實驗，在600---1150℃退火處理觀測了晶粒生長激活能較小，認為是由于晶粒和晶粒旋轉誘導的微孔聚合而產生的。這些微孔極大的增加了表面能，并減少了晶粒生長活化能。提出了GRIGC機制，來說明闡述了涂層中晶粒長大的問題。

S．Y Park等人研究了高溫腐蝕下氧化釔、氧化鈰穩定的氧化鋯熱障涂層的剝落行為，比較了兩種氧化物穩定的氧化鋯熱障涂層在釩酸鈉鹽、900℃環境下的腐蝕剝落行為。氧化鈰穩定的氧化鋯熱障涂層相比氧化釔穩定的氧化鋯熱障涂層具有更好的抗高溫腐蝕性能，這是由于氧化鈰的強酸性和穩定劑的高可溶度。

M．Matsumoto等人研究了等離子噴涂制備的氧化鑭、氧化釔共穩定的氧化鋯涂層的熱循環行為。氧化鑭被作為添加劑因為其具有很好的抑制釔穩定的氧化鋯致密化的作用。YSZ／LaYSZ雙層涂層成功的克服了單層涂層低熱膨脹系數及低韌度的問題，和傳統的組合相比具有更高的熱循環壽命。

1．5．4納米氧化鋯熱障涂層發展過程

納米涂層的研究始于20世紀90年代，1994年美國Connecticut大學利用熱噴涂技術制備了納米涂層，1995年美國的Inframat公司開展了納米噴涂技術和噴涂用納米粉的研究，1997年在瑞士召開了第一屆熱噴涂納米材料會議。

美國Connecticut大學和New York州立大學石溪分校開展了納米結構熱障涂層的研究。Lima等采用經過噴霧干燥造粒處理的納米顆粒粉末和等離子體噴涂的辦法制備出了YPSZ納米結構熱障涂層，發現粒度分布較窄的粉末經等離子體噴涂后易熔化，涂層中的主要相為四方相，。這種納米熱障涂層同時還具有表面光滑、韌性好等優點，在制備過程中，納米粉體原料部分熔化起到粘合劑的作用，使未熔化的粉體原料粘結成一個整體，這樣就使原料粉體的納米結構保留到了熱障涂層中。

上海硅酸鹽研究所等離子體研究小組在國內率先開始了納米Zr02陶瓷涂層的制各研究，成功地制備出晶粒尺寸在100nm左右的納米Zr02陶瓷涂層。實驗結果表明，納米氧化鋯涂層與常規氧化鋯涂層相比，其顯微結構顯示出晶粒堆積緊密、氣孔率低，從而涂層的結合性能較好。北京航空航天大學則采用大氣等離子體噴涂技術制備了納米結構氧化鋯熱障涂層。此外，中南大學、中國科學院沈陽金屬研究所、武漢理工大學、北京理工大學、吉林大學、上海交通大學等都分別開展了納米結構熱障涂層的研制工作，研究工作主要集中在納米粉末、噴涂工藝、噴涂組織、結構、性能等方面。

納米陶瓷粉末經團聚處理后可進行熱噴涂到工件表面制備納米結構熱障涂層，納米結構熱障涂層相比傳統熱障涂層大大降低了脆性和提高了韌性，可使得工件的隔熱性能、抗熱沖擊性能等得到提高，從而使零件在苛刻的條件下穩定工作。但是，由于在制備和使用納米結構陶瓷涂層的過程中，長期在高溫的狀況下，存在著納米陶瓷顆粒的長大以及相組成變化等問題，致使其容易失去納米涂層的相關性能。經研究表明：隨著涂層晶粒度的減小，熱導率隨之降低；晶粒長大，熱導率隨之增大，影響熱障涂層的性能，最終影響熱障涂層的使用和壽命，造成涂層過早的失效。

本文首先采用噴霧干燥制備的納米結構團聚體粉末作為隔熱層材料，首先團聚體粉末經1250℃煅燒2小時，采用NiCrAlY金屬作為中間結合層，通過大氣等離子體噴涂方法在鎳板和不銹鋼基體上制備了納米結構熱障涂層，對納米氧化鋯熱障涂層樣品進行高溫氧化實驗和熱震實驗，采用近代材料分析檢測手段，研究納米結構熱障涂層團聚體顆粒熔化狀態及涂層表面形貌，以及涂層經高溫煅燒后組織形貌變化、納米晶粒長大、相組成等問題，分析晶粒長大現象；研究分析納米結構熱障涂層熱循環性能。研究結果對納米氧化鋯熱障涂層的發展和使用提供有益的參考。

2．1實驗方法和樣品檢測

2．1．1 Zr02．8wt．％Y203納米團聚體粉末的處理

(1)團聚體粉末煅燒處理

單個的納米顆粒由于其質量很小，比表面積大，供喂性能差，且等離子氣體的粘性比較大，在噴涂過程中納米顆粒容易將噴槍輸送管道堵死。另外加速后的粒子動量小無法在基材上沉積并形成致密涂層，不能直接用于噴涂。為了解決這個問題，需要將納米顆粒進行再處理，使之形成具有納米結構特征的球狀微米尺

寸粒子，改善粒子的流動性。所以，原始納米粉末必須進行團聚處理，轉變為團聚體粉末顆粒。本實驗用噴涂粉末是通過噴霧干燥法制備的Zr02．8wt．％Y203納米團聚體粉末。納米團聚體粉末的制備過程是：首先制備漿料，即制備由納米氧化釔部分穩定的氧化鋯粉末、PVA粘接劑、水組成的漿料液：然后漿料在旋轉式干燥塔內被霧化破碎成大量的液滴，這些小液滴由于表面張力的作用形成球形，這種高比表面積液滴中的水分在干燥塔中的熱空氣中被很快地蒸發，最終形成具有納米結構的團聚體粉末，顆粒尺寸10-100nm，可以用來進行熱噴涂制備熱障涂層。

本實驗首先將團聚體粉末在SX2．10．13高溫箱式電阻爐(長沙實驗電爐廠，湖南)中進行高溫煅燒處理，升溫速度為5℃／rain，煅燒溫度為1250℃，煅燒時間2小時，熱處理制度如圖2．1所示。然后采用200目和325目篩子過篩，輕輕碾碎松散的燒結硬塊，獲得粒徑在45-75 um的團聚體噴涂用粉末，留待噴涂。

噴涂功率和送粉率是兩個相互聯系且需經常變動的參數，在確定這兩個工藝參數時，必須保證兩者的恰當匹配。送粉量一定，若噴涂功率過小，則粉末熔化不完全，涂層中夾雜的未熔粉末多，粉末不能在基體表面充分鋪展。導致沉積效率低且與基體結合不牢。本實驗采用國產等離子體噴涂設備，由于受設備限制，噴涂功率較小，選擇噴涂功率為35 kW，送粉率為20 g／min。噴涂距離對噴涂效率和質量有著顯著的影響。噴涂距離較小，則噴涂效率較高。但若噴距過小，易使工件局部溫度過高，工件發生熱變形，涂層的應力增大。噴距過大將使熔粒與基材和涂層撞擊時的溫度和速度都降低，導致熔粒變形不充分，涂層氣孔率較高，結合強度降低。這里噴涂距離選擇為100 mm。考慮到設備和噴涂功率等因素，載氣流量選為3．5 L／min，送粉率選為20 g／min。

涂層為典型的陶瓷面層(Zr0208％Y203)和中間結合層(NiCrAlY)雙層結構，中間結合層的主要作用是調節陶瓷涂層與基體金屬之間在熱膨脹系數上的差異，使基體與陶瓷涂層之間的膨脹系數能夠連續過渡；同時．也有助于減小涂層內的殘余熱應力-改善陶瓷涂層的結合強度．井保護基體金屬不被高溫工作環境中的氣體介質氧化或降低其氧化程度。熱障涂層中的陶瓷面層Zr02 08％Y203是真正起到隔熱作用的工作涂層。中間結合層較為致密．而陶瓷面層具有一定的孔隙，適當的間隙可以提高熱障涂層的熱震及隔熱性能。此外陶瓷面層具有大量的微裂紋，產生微裂紋的原因是涂層堆垛時，由于未熔化及半熔融的顆粒的得不到很好的攤平而產生的孔隙，以及涂層冷卻時，由于收縮作用產生了微裂紋。

理論上講對于納米結構氧化鋯涂層中的納米晶有兩個來源，一是未熔化及接近熔化狀態的團聚體粉末中的納米小顆粒經噴涂時，由于噴涂速度快，在高溫等離子體中來不及長大，撞擊基體后保留原來的納米尺寸；二是完全熔化的團聚體粉末撞擊基體后。由于冷卻速度很快而形成新的納米晶粒。噴涂用團聚體粉末經1250"C2小時煅燒后，團聚體顆粒中的小顆粒已經長大到150—300 nm，原團聚體中的納米小顆粒無法保存至涂層中；而展示的晶粒尺寸約為26 nm，這說明這些納米晶粒是團聚體粉末在等離子體中完全熔化后撞擊基體快速冷卻而新形成的。階梯狀條紋帶則是在制各樣品時，由于涂層剝離而造成的解理斷口。

觀察到了單斜相、四方相和立方相三種相的特征峰，說明噴涂用團聚體粉術是由單斜相、四方相和立方相組成的。這是由于團聚體粉朱在煅燒過程中發生了相轉變。

2．3小結

(1)Zr02．8wt．％Y203納米團聚體粉末經1250℃煅燒處理2小時后納米顆粒長大至1 50．300 nnl。通過大氣等離子體噴涂制備了納米結構涂層的微觀組織結構既有完全熔化粉末攤平堆垛良好的區域，也有未熔化狀態的呈龜背狀團聚體大顆粒，以未熔化或接近熔化狀態的大顆平區域具有典型的片層結構和柱狀晶組織，片層間具有層間孔隙。攤成的納米晶粒，其尺寸約為26nm，未熔化的團聚體大顆粒仍保持原未發生明顯變化。

(2)噴涂用團聚體粉末由單斜相、四方相和立方相三相組成，主要相次之為四方相，單斜相含量最少。納米結構氧化鋯熱障涂層由四方相和立方相兩相組成，以四方相為主，其含量為60％，立方相含量為40％。涂層中的四方相是無擴散相變的四方相t。

噴涂悉涂層中新形成的納米晶尺寸是26nm左右；在1100℃煅燒2小時后，新納米晶粒尺寸長大到124nm。

晶粒尺寸的變化會對涂層性能及壽命帶了影響，而且隨涂層使用時間及溫度的影響，晶粒生長至微米級，則涂層失去原來納米結構所產生的優點，變為傳統微米涂層。

TGO生長產生的應力是熱障涂層失效的一個主要原因。中間結合層和陶瓷面層界面間只要有34岬的氧化物生長就足以引起陶瓷層剝落，從而引起涂層失效。因此失效往往發生在金屬粘接層／陶瓷層界面處。