本发明涉及航空航天，具体涉及一种通过闪烧烧结制备长耐久性热障涂层的装置及工艺。
背景技术：
1、热障涂层(tbc)是一种先进的材料体系，通常应用于高温操作的金属表面，如燃气涡轮机或航空发动机部件，以隔离部件免受巨大且持续的热负荷影响。通过这样做，这些涂层显著提高了发动机部件的效率和使用寿命。
2、尽管tbc具有显著的优势，但也面临着各种担忧和挑战。首先，tbc会因暴露于高温、氧化和热腐蚀而随时间推移而降解。这些涂层的寿命是一个重要问题，尤其是在现代发动机追求更高效率时，导致工作温度越来越高。
3、其次，发动机在起飞和降落过程中经常经历从环境温度到高温的热循环。这会导致tbc膨胀和收缩，从而导致涂层产生应力并可能开裂或剥落。此外，tbc通常为应变容限差的脆性陶瓷涂层，这可能导致涂层在热或机械应变下开裂并最终失效。
4、在高温下，tbc的孔隙率会因烧结而闭合，从而降低其隔热能力并增加导热率。某些tbc材料在高温下会发生相变，从而导致体积变化并随之使涂层降解。对于暴露于高温水氧或低熔点氧化物腐蚀性环境的部件，tbc不仅必须需要满足隔热要求，还必须提供防腐蚀保护。
5、此外，粘接层会因通过陶瓷层的孔隙或裂纹扩散进入的氧气被氧化，形成热生长氧化物(tgo)，这会影响tbc附着力并可能导致剥落。制造一致性也是一个重要问题，tbc的应用工艺需要仔细控制和一致性，以确保tbc的质量和性能。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置及工艺能让热障涂层的陶瓷层孔隙率大幅度下降，硬度和断裂韧性提升，有利于提高热障涂层的耐久性。
2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种通过闪烧烧结制备长耐久性热障涂层的装置，包括高温炉和与高温炉连接的电源；
3、高温炉包括壳体和设置在壳体上的炉门，壳体包括相邻设置的第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体之间设置风冷循环系统，第二壳体的内部设置加热元件，第二壳体的内壁设置高温氧化铝涂层；
4、壳体的顶部设置孔洞，孔洞贯穿第一壳体和第二壳体，孔洞内设置用于给试样施加外接电场的高温电极丝，高温电极丝远离孔洞的一端设置可编程直流电源和万用表。
5、本发明的有益效果为：本装置通过相邻设置的第一壳体和第二壳体以及风冷循环系统，有效地控制了高温炉内部的温度分布，可以避免热障涂层在高温环境下的过度热应力，提高了热障涂层的耐久性；通过在壳体顶部设置孔洞，并在孔洞内设置高温电极丝和外接电场施加设备，可以对试样施加外接电场，可以改变热障涂层的微观结构和性能，进一步提高其耐久性和热障效果。通过在高温电极丝远离孔洞的一端设置可编程直流电源和万用表，可以精确地控制外接电场的施加条件，并实时监测试样的电学性能，可以对热障涂层的性能进行定量分析和评估，为热障涂层的优化设计提供科学依据。
6、进一步地，上述长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，炉门上设置安全限位开关和保护门闩。
7、采用上述进一步方案的有益效果为：安全限位开关可以监测炉门的位置，当炉门未完全关闭时，可以及时发出警报或停止装置的运行，避免意外事故的发生；保护门闩可以确保炉门在运行过程中保持牢固关闭，防止炉门意外打开，从而保护操作人员和设备的安全。
8、进一步地，上述长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，加热元件为硅钼棒。
9、采用上述进一步方案的有益效果为：硅钼棒的高温稳定性可以确保装置在长时间运行中保持稳定的加热效果，提高烧结质量和生产效率。
10、进一步地，上述长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，第一壳体的外壁设置控温仪表，第二壳体的内壁设置温度传感器，温度传感器和控温仪表电连接。
11、采用上述进一步方案的有益效果为：控温仪表可以实时监测和调节装置的温度，确保在烧结过程中能够精确控制温度的变化；控温仪表和温度传感器的电连接可以实现自动控制功能，即根据设定的温度范围和工艺要求，自动调节加热功率和时间。
12、进一步地，上述长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，万用表为ut61epro型万用表。
13、采用上述进一步方案的有益效果为：ut61epro型万用表能长时间连续测量0-1000v电压和0-10a电流，还可使用电脑软件对电流电压数据进行记录，记录速率为0.5s/次。
14、进一步地，上述长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，高温电极丝为镍络合金丝。
15、采用上述进一步方案的有益效果为：在进行闪烧处理时，需要选用合适的高温电极，其必须符合烧结材料的要求以及承受预期的温度和电流条件，镍络合金丝在高温下具有优秀的导电性能，并且能够抵抗氧化和蠕变；在常温下，镍络合金丝具备足够的柔韧性，以便于操作和加工。
16、进一步地，上述长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置的烧结工艺，包括以下步骤：
17、s1：在金属基体上设置ysz热障涂层，得到ysz热障涂层试样；
18、s2：将ysz热障涂层试样的表面打磨，在ysz热障涂层试样的两端设置铂浆层；
19、s3：将处理好的ysz热障涂层试样通过高温电极丝悬挂在高温炉内部；
20、s4：将高温电极丝的电极与可编程直流电源的正负端相连接，通过万用表接入电路；
21、s5：启动高温炉，当高温炉达到预定温度并保持稳定5min之后，开启可编程直流电源；
22、s6：完成闪烧处理后，关闭设备，让ysz热障涂层试样在炉内自然冷却。
23、进一步地，上述长耐久性热障涂层的闪烧烧结工艺，金属基体的尺寸为20mmx10mmx3mm；ysz热障涂层的厚度为300μm。
24、本发明的有益效果为：ysz热障涂层为金属粘接层和表面陶瓷层，金属粘接层位于基体与陶瓷层之间，起到提高陶瓷层附着力以及抗氧化的作用，防止陶瓷表面过早剥落，双层材料在高温环境下还会在陶瓷层与粘接层之间生成热生长氧化物层；随着闪烧处理的进行，陶瓷层的孔隙率在大幅度下降，而硬度和断裂韧性都在不断提升；闪烧的电场温度场复合作用，使得陶瓷层中的晶粒发生了晶界局部过热，使得晶粒进行了重熔再结晶。由大小不一的块状碎晶变成了具有统一晶面间距和大晶界的等轴晶粒，并且这些等轴晶粒尺寸分布较为均匀。这些等轴晶有助于提高涂层的抗断裂能力，同时这种重熔再结晶行为也有助于消除晶粒之间的接触不良，愈合喷涂产生的微裂纹和孔隙，堵塞氧元素的扩散通道，降低氧化速率。闪烧处理同时也使得陶瓷层中的zro2发生了相转变，小部分m-zro2转化成了t-zro2，且体积并未出现大规模膨胀，不但统一了陶瓷层中的相结构，同时t-zro2这种相结构与超温烧结相变导致的c-zro2相之间的体积差异，比m-zro2相和c-zro2相的更小，有助于减小超温烧结时的陶瓷层体积膨胀，减缓层内的应力集中大小和速率。
1.一种通过闪烧烧结制备长耐久性热障涂层的装置，其特征在于，包括高温炉和与高温炉连接的电源；
2.根据权利要求1所述的长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，其特征在于，所述炉门(2)上设置安全限位开关(10)和保护门闩(11)。
3.根据权利要求1所述的长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，其特征在于，所述加热元件(5)为硅钼棒。
4.根据权利要求1所述的长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，其特征在于，所述第一壳体(3)的外壁设置控温仪表(12)，所述第二壳体(4)的内壁设置温度传感器，所述温度传感器和控温仪表(12)电连接。
5.根据权利要求1所述的长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，其特征在于，所述万用表(9)为ut61epro型万用表。
6.根据权利要求1所述的长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置，其特征在于，所述高温电极丝(7)为镍络合金丝。
7.一种权利要求1-6任一项所述的长耐久性热障涂层的闪烧烧结装置的烧结工艺，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的长耐久性热障涂层的闪烧烧结工艺，其特征在于，所述金属基体的尺寸为20mmx10mmx3mm；所述ysz热障涂层的厚度为300μm。
