[发明专利]陶瓷涂层高温内应力的评价方法

说明书

本发明提供了陶瓷涂层高温内应力的评价方法，属于材料领域，包括以下步骤；S1、制备样品，制备长条形单面陶瓷涂层样品，基体厚度与涂层厚度比值不大于100；S2、记录不同温度下的弯曲变形，挠度由间距变化量来确定；S3、将检测到的挠度变形计算转化为曲率半径R，设测到的热变形挠度为w，跨距为2a，则利用几何关系可得到曲率半径为，利用S3中的曲率半径和基体的厚度和模量参数计算样品的高温内应力。本发明通过相对法求出某一温度下的应力与常温下应力的关系或差值，最终可评价在给定的温度下涂层内应力增加或减少了多少。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及陶瓷涂层，尤其涉及陶瓷涂层高温内应力的评价方法。

背景技术

陶瓷涂层是一类重要的结构/功能一体化材料。几十年来，各种薄膜或涂层的应用越来越受到科学家和工程师的重视，如热障涂层、防腐涂层、抗氧化涂层等。对于陶瓷涂层而言，当从其制备温度或从其工作热循环的高温冷却到室温时，由于涂层与基体材料的热膨胀系数不匹配，导致基体与涂层的相互约束，从而使涂层内部会产生较大的残余应力。涂层内的残余应力包含两种类型，即拉应力与压应力，残余拉应力过大时会促使涂层界面缺陷的形成以及内部裂纹的扩展，从而导致涂层力学性能降低，乃至涂层失效；而适当的残余压应力可以提高构件的力学强度，类似于玻璃的钢化增强，但是过大的残余压应力会造成起泡或界面脱开等问题，直接造成涂层的破坏。因此，准确评价涂层中的残余应力对于涂层部件的安全使用和结构设计非常重要。

然而，陶瓷涂层残余应力评估和测试方面的发展远远落后于制备技术的发展。常温下残余应力试验方法刚刚起步，不完善，常温下CVD涂层的残余应力测试近年来由中国建材院发明。而高温下的涂层内应力测试和评价至今在国内外还是空白，由于航天航空领域的高温涂层越来越广泛的应用，高温涂层内应力的评价和测试显得越来越重要和紧迫。

发明内容

本发明要解决的问题是在于提供陶瓷涂层高温内应力的评价方法，通过相对法求出某一温度下的应力与常温下应力的关系或差值，最终可评价在给定的温度下涂层内应力增加或减少了多少。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：陶瓷涂层高温内应力的评价方法，包括以下步骤；

S1、制备样品，制备长条形单面陶瓷涂层样品，基体厚度与涂层厚度比值不大于100；

S2、记录不同温度下的弯曲变形，挠度由间距变化量来确定；

S3、将检测到的挠度变形计算转化为曲率半径R，设测到的热变形挠度为w，跨距为2a，则利用几何关系可得到曲率半径为：

S4、利用S3中的曲率半径和基体的厚度和模量参数计算样品的高温内应力，弯曲状态涂层内的热应力与平直时初始状态样品涂层中的残余应力的差值表达式如下：

H为基体厚度，h为涂层的厚度；R为样品的曲率半径；Es为基体在该温度下的弹性模量；νs为基体的泊松比。

进一步的，基体与涂层的截面比值与实验样品的截面比相同，则对称型构件涂层内的热应力计算可以由单面涂层长条样品的应力σ_r来表示：

Ec为涂层在该温度下的弹性模量；v_c为涂层的泊松比。

进一步的，样品长度大于100毫米，宽度10毫米，水平架设在跨距为100毫米的夹具上。

进一步的，所述夹具水平设置，夹具上端面的两端设有支撑凸起，用于水平架设固定样品，两个支撑凸起之间设有变形空间，以使得样品形变后避位，样品摆放时，基体与陶瓷涂层相比，膨胀系数大的一面向下放置在夹具上端。

进一步的，通过检测变形空间垂直距离的变化确定在测试温度下样品的挠度变化。