复合材料学报

作者：陈宇慧, 姜鹏洋, 孙家祥, 张百强, 宋俊, 吴学红,

关键词：分子动力学模拟, 离子扩散, 热输运行为, 热导率, 声子散射, 热障涂层,

8mol%Y₂O₃稳定ZrO₂(8mol%Yttria-stabilized zirconia，8YSZ)作为热障涂层被广泛应用于燃气轮机和航空发动机，以减少热气体和金属部件之间的传热。但随着服役温度的提升，对其热性能的研究很难进行。采用非平衡分子动力学模拟的方法研究了模型尺寸效应对8YSZ热导率和离子扩散的影响，探讨了服役条件下YSZ的离子扩散及热输运行为。以立方8YSZ(c-8YSZ)作为研究对象，模拟服役温度为1273~1473 K时，分别计算了模型横截面积为4<i>a</i>×4<i>a</i>、5<i>a</i>×5<i>a</i>、6<i>a</i>×6<i>a </i>(<i>a</i>为晶格常数)的热导率，发现横截面积对计算结果影响较小。选取横截面积为5<i>a</i>×5<i>a</i>时，对比了5<i>a</i>、15<i>a</i>、25<i>a</i>、35<i>a</i>、45<i>a</i>、50<i>a</i>、55<i>a</i>、60<i>a</i>、65<i>a</i>不同结构长度模型的热导率计算结果，进行尺寸效应研究，确定5<i>a</i>×5<i>a</i>×60<i>a</i>为模型最佳尺寸。同时揭示了1273~1473 K下c-8YSZ热输运机制，发现c-8YSZ与四方8YSZ(t-8YSZ)存在不同的声子散射，发现增强声子散射能够有效抑制YSZ服役状态下的热输运能力，为提高热障涂层在高温服役状态下的隔热性能提供了理论依据。

来源：2023年第6期

《复合材料学报》期刊编辑部

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