熱障涂層（TBCs）可以大幅提升航空發動機壽命和效率，其技術路線主要包括超音速火焰噴涂（HVOF）、等離子噴涂、激光化學氣相沉積以及電子束物理氣相沉積（EB-PVD）。圣戈班（Saint-Gobain）在TBCs應用方面積累了大量客戶和技術，認為EB-PVD優勢明顯，并對其在航空航天領域的應用進行了總結。

航空航天部件用熱障涂層

高壓燃氣輪機的轉子葉片是典型的高負荷部件，運行條件下達到每分鐘數萬轉之多。即便是鎳基高溫合金也會在長期高溫工況下處于蠕變風險，并且會明顯氧化疲勞。TBC有助于延長燃氣輪機部件的使用壽命，因為它們在保護底層鎳基高溫合金免受高溫和氧化的影響。目前，高性能TBC是滿足當前和日益增長的對更強大、更高效、適合在高溫下運行的發動機的需求的唯一解決方案。

氧化釔/氧化鋯陶瓷具有極低的導熱系數，使其能夠保持較大的溫度梯度，而航空航天熱障涂層通常由厚度為100μm至2 mm的氧化釔穩定氧化鋯陶瓷層組成。在陶瓷和底層合金之間沉積一層金屬粘結層（通常是一種MCrAlY型合金），以幫助保護基底免受腐蝕和氧化，同時將陶瓷粘合到部件上。

電子束物理氣相沉積

EB- PVD示意圖

EB- PVD技術，是電子束與物理氣相沉積技術相互滲透而發展起來的先進表面處理技術，它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，而且涂層與工件的結合力非常好。如示意圖圖所示，該設備的工作原理首先是將設備真空度通過真空泵抽取真空，達到一定的真空度要求后，電子槍在高壓作用下開始發射電子束，電子束通過磁場或電場聚焦在水冷坩堝中被蒸發的錠子上，利用電子束的能量加熱并汽化蒸發源材料。光束的能量將噴射出的原子轉換成氣態，在視線范圍內的任何材料上形成一層涂層，并沉積成一層薄的固體層。（但是其設備成本很高，相對便宜的烏克蘭設備價格也在一千萬元以上，而歐美高端設備的價格則過億。）

EB-PVD用于TBC生產的關鍵優勢與由此產生的涂層性能有關，這與其他方法生產的涂層不同。通過EB-PVD制備的tbc具有柱狀晶體結構，向材料傳遞一定程度的偽塑性。這種偽塑性轉化為對剝落、應變和熱沖擊的耐受性提高，最終確保顯著延長使用壽命。

不足之處

EB-PVD的不足之處包括其沉積速率較低，涂層的熱導率高，受各元素飽和蒸氣壓影響，當涂層材料成分復雜時，材料的成分控制較困難，也就是說它會受到所用鑄錠質量的顯著影響。

鑄錠中的變化或不一致會導致有問題的涂層厚度偏差，稱為“噴口和凹坑”。 當小液滴從熔池中噴出，最終留在鑄錠上時，就會出現噴濺。凹坑是這些液滴形成的空隙。這些缺陷會導致涂層不一致，這通常會導致大量的修復成本。而圣戈班在開發可穩定蒸發的高性能鑄錠方面積累了相當的經驗。

編譯整理 YUXI