降低热障涂层面层中的低熔点杂质含量, 可提高涂层的高温稳定性和延长服役寿命。SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃是氧化钇稳定氧化锆(Yttria-Stabilized Zirconia, YSZ)热障涂层中几种常见的低熔点氧化物杂质, 均会对涂层的性能产生一定的影响。本研究采用大气等离子喷涂法, 制备SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的含量从小于0.01wt%增加至1.00wt%的YSZ热障涂层。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了上述涂层的微观结构; 采用激光热导仪测试了涂层的热扩散系数和抗热震次数。研究结果表明, 低熔点氧化物杂质对YSZ涂层的导热性、热处理状态的孔隙率具有明显影响, 且更容易引起涂层的热震失效。当杂质氧化物含量在小于0.2wt%范围内变化时, 涂层的性能变化更为显著。

为了消除常规热障涂层的裂纹与热生长氧化物(TGO)，研究了激光感应复合快速熔覆制备功能梯度氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和NiCrAlY涂层。结果表明，当激光扫描速度与送粉率分别提高到3200 mm/min与90.63 g/min时，激光感应复合快速熔覆获得的YSZ/NiCrAlY梯度涂层经检测无裂纹，具有良好的外形，且显微硬度呈梯度分布。原始粉末内立方氧化锆(c-ZrO2)、单斜氧化锆(m-ZrO2)、四方氧化锆(t-ZrO2)完全转变为亚稳态的四方氧化锆(t′-ZrO2)。梯度增加YSZ的涂层具有组织细小、致密、由柱状树枝晶组成的双相结构特征。此外，连续两层间界面消失，完全不同于单纯激光熔覆获得的陶瓷粘结层双层结构的热障涂层。等温氧化后，激光感应复合快速熔覆功能梯度YSZ/NiCrAlY涂层内亚稳态的四方氧化锆(t′-ZrO2)转变为稳态的四方氧化锆(t-ZrO2)，从而提高了高温合金GH4169的抗高温氧化性能。

采用摩尔分数为7%的Y2O3掺杂的ZrO2混合烧结料为原料, 在不同的氧分压和沉积速率下用电子束蒸发方法沉积氧化钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜样品。利用ZYGO Mark Ⅲ-GPI数字波面干涉仪对YSZ薄膜的残余应力进行了研究, 讨论了氧分压和沉积速率等工艺参量对残余应力的影响。实验结果表明,不同氧分压和沉积速率下, YSZ薄膜的残余应力均为张应力; 应力值随氧分压的升高先增大后减小, 随沉积速率的增加单调增加。热应力对薄膜所呈现的张应力性质起着决定性作用, 同时应力值的大小受本征应力和附加应力的影响。通过对样品的X射线衍射(XRD)测试, 结合薄膜微结构的变化, 对应力的形成原因进行了解释。

Four kinds of Y2O3 stabilized ZrO2 (YSZ) thin films with different Y2O3 contents (from 0 to 12 mol%) are deposited on BK7 glass substrates by electron-beam evaporation method. The effects of different Y2O3 dopant contents on residual stress, structure, and optical properties of ZrO2 thin films are investigated. The results show that residual stress in YSZ thin films varies from tensile to compressive with the increase of Y2O3 molar content. The addition of Y2O3 is beneficial to the crystallization of YSZ thin film and transformation from amorphous to high temperature phase, and the refractive index decreases with the increase of Y2O3 molar content. Moreover, the variations of residual stress and the shifts of refractive index correspond to the evolution of structures induced by the addition of Y2O3.

利用射频磁控溅射方法在不同衬底上制备出掺Y2O3 8 %的YSZ薄膜, 用X射线衍射、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜和透射光谱测定薄膜的结构、表面特性和光学性能, 研究了退火对薄膜结构和光学性能的影响。结果表明：随着退火温度的升高, 薄膜结构依次从非晶到四方相再到四方和单斜混合相转变, AFM分析显示薄膜表面YSZ颗粒随退火温度升高逐渐增大, 表面粗糙度相应增大, 晶粒大小计算表明, 退火温度的提高有助于薄膜的结晶化, 退火温度从400 ℃到1100 ℃变化范围内晶粒大小从20.9 nm增大到42.8 nm; 同时根据ISO11254-1激光损伤测试标准对光学破坏阈值进行了测量, 发现与其他电子束方法制备的YSZ薄膜损伤阈值结果比较, 溅射法制备的薄膜损伤阈值有了一定程度的提高。

用电子束蒸发法制备出四种不同Y2O3含量的Y2O3稳定ZrO2(YSZ)薄膜,用X射线衍射和透射光谱测定薄膜的结构和光学性能.结果表明:随着Y2O3含量的增加,ZrO2薄膜从单斜相向高温相(四方相和立方相)转变,获得了结构稳定的YSZ薄膜;YSZ薄膜的晶粒尺寸都比ZrO2薄膜的大,但随着Y2O3加入量的增加,晶粒尺寸有减小的趋势,薄膜表面也趋向光滑平整.所有YSZ薄膜的透射谱线都与ZrO2薄膜相似,在可见光和红外光区都有较高的透过率.Y2O3的加入还可以改变薄膜的折射率,在一定范围内可得到所需的任意折射率.

利用电子顺磁共振(EPR)谱和透射电子显微镜(TEM)研究了YSZ单晶的辐照效应.200keV的Xe和400keV的Cs离子注入[111]取向的YSZ单晶中,注量均为5×10¹⁶cm^-2.EPR结果表明辐照产生了共振吸收位置g‖=1.989 和 g⊥=1.869、对称轴为［111］的六配位Zr³⁺顺磁缺陷。Cs辐照产生了比Xe 离子辐照多约150倍的六配位Zr³⁺顺磁缺陷。两种样品的剖面电子显微分析表明没有发现非晶化转变，但是Cs离子辐照的样品在损伤集中区域产生了密度较高的缺陷。因此，EPR谱和电子显微观察均说明在相同离位损伤(约160 dpa)的情况下，Cs离子辐照比Xe 离子辐照产生了更多的缺陷。造成这一现象的原因是Cs离子是化学活性的而Xe 离子却是惰性的.

不同注量200keV Xe⁺ 注入YSZ单晶样品的电子显微分析结果表明,随着辐照注量的增加,缺陷簇的密度增大,在1×10¹⁵～1×10¹⁶ cm^-2 Xe⁺注量,缺陷簇密度迅速增大,形成间隙型位错环;当Xe⁺注量增大到1×10¹⁷cm^-2,缺陷簇密度的增加变得缓慢,并且有直径为2～4nm的Xe气泡析出.选区电子衍射花样表明YSZ样品没有产生非晶化转变.在Xe⁺辐照的离位率高达约350dpa的情况下,YSZ晶体没有非晶化,其原因主要是由于注入的Xe⁺以气泡形式析出.