БАГАТОШАРОВІ ПОКРИТТЯ — НОВИЙ ЕТАП СТВОРЕННЯ СУЧАСНИХ ВИСОКОЕФЕКТИВНИХ ТЕРМОБАР’ЄРНИХ ПОКРИТТІВ 
II. ДВОШАРОВІ ТБП Gd₂Zr₂O₇/YSZ

Анотація

Цирконат гадолінію Gd₂Zr₂O₇ (GZ₂) має чудову термічну стабільність до 1530 °С, низьку теплопровідність (1,1 Вт × м^–1 × К^–1), низьку швидкість спікання та вищий, ніж у LZ₂, КТР (10,4 × 10^–6 K^–1, 293–1373 K), тобто є дуже перспективним матеріалом для нових термобар’єрних покриттів (TБП). Однак перешкодою для застосування в TБП є відносно низька в’язкість руйнування GZ₂, яка сприяє поширенню тріщин. Крім того, GZ₂ має тенденцію вступати у взаємодію з оксидом алюмінію, утворюючи пористу фазу GdAlO₃. Саме тому реалізація концепції двошарових покриттів дозволить зберегти позитивні властивості GZ₂ і нейтралізувати його слабкі сторони. Аналіз друкованих джерел, присвячених одержанню властивостям дво- та багатошарових ТБП GZ₂/YSZ, показав, що двошарові покриття GZ₂/YSZ можна успішно одержувати всіма розробленими методами: плазмовим нанесенням у повітрі (APS), електронно-променевим випаровуванням–конденсацією (EB–PVD), плазмовим розпиленням  (фізичне осадження з парової фази PS–PVD), плазмовим розпиленням вихідного розчину (SPPS) та плазмовим напиленням суспензії (SPS). Такі покриття витримували більшу кількість термічних циклів, ніж одношарове покриття 8YSZ, при 1550 °C. Двошарові ТБП GZ₂/YSZ здатні підвищити температуру експлуатації до 1400 °С і мали довший термін служби, ніж аналогічні LZ₂/YSZ. Невідповідність КТР шарів та низька в’язкість руйнування все ще залишаються серйозною проблемою таких покриттів. Взаємодія між шарами GZ2 і YSZ критично не впливає на властивості ТБП. Зниження модуля Юнга ТБП обіцяє досягнення чудових характеристик ТБП. Багатошарові TБП мали значно вищий термін служби при термічному ударі як при 1100, так і при 1200 °C. Легування Yb₂O₃ верхнього шару GZ₂ підвищує термоциклічну довговічність та КТР двошарових ТБП. При 1050 °С покриття на основі GZ₂ більш термічно і хімічно стабільні, ніж YSZ, і демонструють кращу стійкість до гарячої корозії. Основними факторами, які впливають на властивості шару GZ₂ у нанесеному методом APS двошаровому покритті GZ₂/YSZ, є специфічна мікроструктура покриттів GZ₂, зокрема більші щільність дефектів і вміст нерозплавлених частинок порівняно зі звичайними покриттями YSZ. У стані після напилення жорсткість покриттів GZ₂ нижча порівняно з покриттями YSZ однакової пористості. Досліджені шари GZ₂ не мають вищої стійкості до спікання при 1100 °C.