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喷涂涂层基本属性计算

  喷涂机涂层的基本属性参数是衡量热障涂层中陶瓷层隔热性能、力学性能的重要依据,主要包括热导率、弹性模量等。

  1.热导率计算

  热导率表示在单位温度梯度下通过等温面单位面积的热流速度。为计算涂层的有效热导率,设计出了各种不同的模型。

  1)热扩散模型

  Kingery等人提出通过测定涂层的热扩散系数来计算涂层的热导率。

  2)声子导热、光子导热模型

  Klemens基于声子导热原理提出了固体材料热导率的计算模型:A,=3()(D)dp,其中为比热容,和分别为声子的平均

  速率和平均自由程,V声子振动频率。 Peterson四0基于光子导热原理提出的热导率计算模型为:λ,=-σn2T3l1,其中σ为斯蒂芬一玻尔兹曼常量(567×108m(m2K4)),h为折射率,T为温度,h为辐射光子的平均自由程。Ncho等人四综合声子导热、光子导热模型提出了计算热障涂层的热导率方程:=+λ。这些模型在解释固体材料热传导的微观机制时取得了很大的成功,但是这些模型都是基于连续介质假设,在计算材料整体热导率时简化了涂层中裂纹、孔洞等缺陷的影响。

  3)傅里叶热传导模型

  如果系统的净热流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量,则系统处于热稳态。当系统内没有内热源时,流进系统的热量等于流出系统的热量,单位厚度的物体热导率可用傅里叶方程表示为:

  式中,q为任一垂直于热流方向的热流密度的总量;与热流垂直方向的宽度;h为与热流平行方向的长度;△7为热流流进方向与流出方向的温度差。

  Michnik等人四和 Jahan等人凶基于涂层真实的显微组织模型利用傅里叶热导率方程计算了涂层的热导率,较为准确地预测了受缺陷影响的涂层热导率,并揭示了孔隙率与热导率之间的关系。