[發明專利]陶瓷涂層高溫內應力的評價方法

有效

• 申請號: 202110352347.2
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113074854B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 包亦望;張文祥
• 申請（專利權）人: 天津中環電爐股份有限公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01N25/00
• 代理公司: 天津企興智財知識產權代理有限公司 12226
• 代理人: 蔣宏洋

本發明提供了陶瓷涂層高溫內應力的評價方法，屬于材料領域，包括以下步驟；S1、制備樣品，制備長條形單面陶瓷涂層樣品，基體厚度與涂層厚度比值不大于100；S2、記錄不同溫度下的彎曲變形，撓度由間距變化量來確定；S3、將檢測到的撓度變形計算轉化為曲率半徑R，設測到的熱變形撓度為w，跨距為2a，則利用幾何關系可得到曲率半徑為，利用S3中的曲率半徑和基體的厚度和模量參數計算樣品的高溫內應力。本發明通過相對法求出某一溫度下的應力與常溫下應力的關系或差值，最終可評價在給定的溫度下涂層內應力增加或減少了多少。

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及陶瓷涂層，尤其涉及陶瓷涂層高溫內應力的評價方法。

背景技術

陶瓷涂層是一類重要的結構/功能一體化材料。幾十年來，各種薄膜或涂層的應用越來越受到科學家和工程師的重視，如熱障涂層、防腐涂層、抗氧化涂層等。對于陶瓷涂層而言，當從其制備溫度或從其工作熱循環的高溫冷卻到室溫時，由于涂層與基體材料的熱膨脹系數不匹配，導致基體與涂層的相互約束，從而使涂層內部會產生較大的殘余應力。涂層內的殘余應力包含兩種類型，即拉應力與壓應力，殘余拉應力過大時會促使涂層界面缺陷的形成以及內部裂紋的擴展，從而導致涂層力學性能降低，乃至涂層失效；而適當的殘余壓應力可以提高構件的力學強度，類似于玻璃的鋼化增強，但是過大的殘余壓應力會造成起泡或界面脫開等問題，直接造成涂層的破壞。因此，準確評價涂層中的殘余應力對于涂層部件的安全使用和結構設計非常重要。

然而，陶瓷涂層殘余應力評估和測試方面的發展遠遠落后于制備技術的發展。常溫下殘余應力試驗方法剛剛起步，不完善，常溫下CVD涂層的殘余應力測試近年來由中國建材院發明。而高溫下的涂層內應力測試和評價至今在國內外還是空白，由于航天航空領域的高溫涂層越來越廣泛的應用，高溫涂層內應力的評價和測試顯得越來越重要和緊迫。

發明內容

本發明要解決的問題是在于提供陶瓷涂層高溫內應力的評價方法，通過相對法求出某一溫度下的應力與常溫下應力的關系或差值，最終可評價在給定的溫度下涂層內應力增加或減少了多少。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：陶瓷涂層高溫內應力的評價方法，包括以下步驟；

S1、制備樣品，制備長條形單面陶瓷涂層樣品，基體厚度與涂層厚度比值不大于100；

S2、記錄不同溫度下的彎曲變形，撓度由間距變化量來確定；

S3、將檢測到的撓度變形計算轉化為曲率半徑R，設測到的熱變形撓度為w，跨距為2a，則利用幾何關系可得到曲率半徑為：

S4、利用S3中的曲率半徑和基體的厚度和模量參數計算樣品的高溫內應力，彎曲狀態涂層內的熱應力與平直時初始狀態樣品涂層中的殘余應力的差值表達式如下：

H為基體厚度，h為涂層的厚度；R為樣品的曲率半徑；Es為基體在該溫度下的彈性模量；νs為基體的泊松比。

進一步的，基體與涂層的截面比值與實驗樣品的截面比相同，則對稱型構件涂層內的熱應力計算可以由單面涂層長條樣品的應力σ_r來表示：

Ec為涂層在該溫度下的彈性模量；v_c為涂層的泊松比。

進一步的，樣品長度大于100毫米，寬度10毫米，水平架設在跨距為100毫米的夾具上。

進一步的，所述夾具水平設置，夾具上端面的兩端設有支撐凸起，用于水平架設固定樣品，兩個支撐凸起之間設有變形空間，以使得樣品形變后避位，樣品擺放時，基體與陶瓷涂層相比，膨脹系數大的一面向下放置在夾具上端。

進一步的，通過檢測變形空間垂直距離的變化確定在測試溫度下樣品的撓度變化。