大多数金属都具有出色的耐热性。但是，当长时间暴露在高温下时，它们最终会因氧化和热疲劳而失效。这种脆弱性是航空航天和汽车等高温环境中金属部件失效的常见原因。
值得庆幸的是，热障涂层（TBC）有助于解决这个问题。这些特殊材料通过减少金属部件的热暴露来保护它们，使其成为先进航空发动机的一项关键技术。
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在众多热障涂层 (TBC) 材料中，先进陶瓷因其低导热率和比金属更耐高温的特性而成为最受青睐的选择之一。在以下章节中，我们将探讨陶瓷材料在热障涂层中的应用。
什么是热障涂层？
热障涂层是一种有助于减少部件暴露在极端高温下的材料。它形成一层保护层，将机器零件与高温隔离。
通常，热涂层由具有高耐温性、耐用性和低导电性的材料组成。这些特性使其在提高设备热效率和延长关键部件的使用寿命方面非常有效。
特别是陶瓷热障涂层，已广泛应用于各个行业，从航空航天领域的喷气发动机涡轮机到汽车排气系统和工业燃气轮机。
例如，汽车陶瓷涂层应用包括陶瓷汽车抛光生产和陶瓷汽车漆保护等。
但是陶瓷涂层是如何工作的呢？是什么让它们成为大多数行业首选的热障涂层呢？
为什么陶瓷材料适合用作热障涂层？
多种因素导致陶瓷材料在热障涂层中越来越受欢迎。以下是三个主要原因：
高熔点
你经常看到熔融的陶瓷吗？可能不太常见，因为陶瓷材料的熔点极高。
最典型的陶瓷热障涂层由氧化锆（ZrO₂）和氧化钇（Y₂O₃）稳定剂组成，可承受高达 1200°C 至 1250°C 的高温而不破裂。这远远超过了许多金属和聚合物的性能。
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陶瓷材料能够在大多数金属熔化的高温下保持完好，这使得它们特别适合保护高温发动机部件。这使得它们成为航天飞机机身和喷气发动机涡轮风扇的理想热障涂层 (TBC)。
低热导率
虽然几种金属具有很高的热阻，但它们是优良的热导体，因此容易受到高温腐蚀。
另一方面，先进陶瓷的导热性较差，而导热性是其在恶劣的热机械环境中保持高效性能的关键条件。由于导热系数低，它们不会承受组件快速加热和冷却时产生的热膨胀应力。
此外，它们的孔隙率使它们能够适应基材的热膨胀系数，从而有助于防止剥落。
总体而言，陶瓷的低导电性使其即使在极热环境下也能保持基材的温度较低。
抗氧化和腐蚀
陶瓷本质上具有抗氧化和腐蚀的特性，使其成为在恶劣环境中长期使用的理想选择。
高温环境下，高温引发的化学反应会导致金属逐渐劣化。正因如此，一些车辆的漆面涂层在长期暴露于高温和其他恶劣环境影响下，会生锈或失去光泽。
大多数情况下，氧化和腐蚀会削弱金属部件，损害其完整性，并增加故障风险。而陶瓷热涂层材料凭借其固有的耐腐蚀性能，能够提供卓越的防护，抵御这些影响。
通过结合这些特性，陶瓷材料在极端热环境下的表现优于其他选择，例如聚合物或金属涂层。
要了解陶瓷热障涂层在汽车行业中的作用示例，请查看这些 Cerakote for Cars 评论。
陶瓷热障涂层 (TBC) 如何应用？
工程师们设计了三种在机器部件上应用陶瓷阻隔涂层的主要技术。这些方法结合了专用设备，以确保最佳性能和附着力。它们是：
等离子喷涂
等离子喷涂法是所有陶瓷TBC技术中普及率最高的。采用这种方法，热障涂层供应商/技术人员使用等离子炬熔化陶瓷粉末，然后将熔融的颗粒喷涂到基材表面。
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该技术有助于在多种材料上形成坚固的绝缘陶瓷层。
等离子喷涂技术表现出优异的结合力，且基材变形风险极小。尽管沉积速率高，但涂层厚度的灵活性也十分出色。
该方法用途广泛，适用于各种专业陶瓷涂层应用，包括汽车漆面涂层。然而，该工艺需要精确控制，才能在基材表面实现均匀的涂层。
电子束物理气相沉积（EB-PVD）
电子束物理气相沉积 (EB-PVD) 工艺与等离子喷涂工艺几乎完全相同。不同之处在于，EB-PVD 使用电子束而非等离子炬来蒸发陶瓷材料，使蒸汽凝结在基材上。
该方法的主要优点是它产生了柱状结构，这使得TBC具有优异的抗热疲劳性能，同时增强了其机械性能。
然而，由于设备成本和其他相关费用较高，该技术通常仅限于高价值应用。尽管如此，它仍能保证获得最高质量的陶瓷涂层。
溶胶-凝胶技术
溶胶-凝胶技术是将液体前体涂覆到基材上，然后进行干燥和热处理，形成固体陶瓷层。这种新兴的TBC应用方法提供了一种经济高效的替代方案，可以替代其他两种方法。
由于成本较低且易于使用，该技术在汽车行业的应用潜力巨大，可用于为汽车创建专业级陶瓷涂层以及其他工业机械中的顶级陶瓷涂层等各种用途。
此外，溶胶-凝胶技术能够获得薄而均匀的涂层，这使其成为挡风玻璃陶瓷涂层的有希望的选择。
最后的想法
陶瓷材料正在重新定义热障涂层的应用。它们拥有卓越的耐热性、耐久性和抗氧化能力。这些特性使陶瓷成为在极端环境下需要可靠性能的行业中的关键部件。
随着科技的进步，陶瓷材料和应用方法将不断创新，这将进一步推动陶瓷在汽车漆面涂料中的应用。