热障涂层（TBCs）可以大幅提升航空发动机寿命和效率，其技术路线主要包括超音速火焰喷涂（HVOF）、等离子喷涂、激光化学气相沉积以及电子束物理气相沉积（EB-PVD）。圣戈班（Saint-Gobain）在TBCs应用方面积累了大量客户和技术，认为EB-PVD优势明显，并对其在航空航天领域的应用进行了总结。

航空航天部件用热障涂层

高压燃气轮机的转子叶片是典型的高负荷部件，运行条件下达到每分钟数万转之多。即便是镍基高温合金也会在长期高温工况下处于蠕变风险，并且会明显氧化疲劳。TBC有助于延长燃气轮机部件的使用寿命，因为它们在保护底层镍基高温合金免受高温和氧化的影响。目前，高性能TBC是满足当前和日益增长的对更强大、更高效、适合在高温下运行的发动机的需求的唯一解决方案。

氧化钇/氧化锆陶瓷具有极低的导热系数，使其能够保持较大的温度梯度，而航空航天热障涂层通常由厚度为100μm至2 mm的氧化钇稳定氧化锆陶瓷层组成。在陶瓷和底层合金之间沉积一层金属粘结层（通常是一种MCrAlY型合金），以帮助保护基底免受腐蚀和氧化，同时将陶瓷粘合到部件上。

电子束物理气相沉积

EB- PVD示意图

EB- PVD技术，是电子束与物理气相沉积技术相互渗透而发展起来的先进表面处理技术，它以电子束作为热源的一种蒸镀方法，其蒸发速率较高，几乎可以蒸发所有物质，而且涂层与工件的结合力非常好。如示意图图所示，该设备的工作原理首先是将设备真空度通过真空泵抽取真空，达到一定的真空度要求后，电子枪在高压作用下开始发射电子束，电子束通过磁场或电场聚焦在水冷坩埚中被蒸发的锭子上，利用电子束的能量加热并汽化蒸发源材料。光束的能量将喷射出的原子转换成气态，在视线范围内的任何材料上形成一层涂层，并沉积成一层薄的固体层。（但是其设备成本很高，相对便宜的乌克兰设备价格也在一千万元以上，而欧美高端设备的价格则过亿。）

EB-PVD用于TBC生产的关键优势与由此产生的涂层性能有关，这与其他方法生产的涂层不同。通过EB-PVD制备的tbc具有柱状晶体结构，向材料传递一定程度的伪塑性。这种伪塑性转化为对剥落、应变和热冲击的耐受性提高，最终确保显著延长使用寿命。

不足之处

EB-PVD的不足之处包括其沉积速率较低，涂层的热导率高，受各元素饱和蒸气压影响，当涂层材料成分复杂时，材料的成分控制较困难，也就是说它会受到所用铸锭质量的显著影响。

铸锭中的变化或不一致会导致有问题的涂层厚度偏差，称为“喷口和凹坑”。 当小液滴从熔池中喷出，最终留在铸锭上时，就会出现喷溅。凹坑是这些液滴形成的空隙。这些缺陷会导致涂层不一致，这通常会导致大量的修复成本。而圣戈班在开发可稳定蒸发的高性能铸锭方面积累了相当的经验。

编译整理 YUXI