先進燃氣輪機設計製造基礎專著係列：熱障塗層強度理論與檢測技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王鐵軍，範學領 等 著

圖書標籤:

• 燃氣輪機
• 熱障塗層
• 強度理論
• 檢測技術
• 材料科學
• 航空發動機
• 機械工程
• 塗層技術
• 高溫材料
• 可靠性

齣版社： 西安交通大學齣版社

ISBN：9787560594729

版次：1

商品編碼：12174193

包裝：精裝

叢書名： 先進燃氣輪機設計製造基礎專著係列

開本：16開

齣版時間：2016-12-01

用紙：膠版紙

頁數：500

字數：598000

正文語種：中文

內容簡介

　　熱障塗層技術是重型燃氣輪機研發中的六大核心技術之一。
　　《先進燃氣輪機設計製造基礎專著係列：熱障塗層強度理論與檢測技術》詳細介紹瞭近年來在熱障塗層強度理論與檢測技術方麵的理論、數值和實驗研究成果。主要內容包括熱障塗層的高溫氧化行為，熱障塗層製備過程中的熱應力，熱障塗層係統中的熱生長氧化應力，熱障塗層係統中的錶麵、界麵裂紋及其相互競爭，層級熱障塗層係統中的應力和裂紋問題，熱障塗層的燒結和衝蝕損傷，塗層係統的強度評價與無損檢測方法。相關研究對未來先進熱障塗層的設計、製備及強度評價具有藉鑒意義。
　　《先進燃氣輪機設計製造基礎專著係列：熱障塗層強度理論與檢測技術》可為從事重型燃氣輪機、航空發動機等領域熱障塗層技術的工程技術人員和科研人員提供參考。

內頁插圖

目錄

前言/序言

　　燃氣輪機是清潔高效火電能源係統的核心動力裝備之一。從燃氣輪機的發展曆程來看，透平前燃氣溫度代錶瞭燃氣輪機的技術水平，人們在不斷追求燃氣溫度的提高。目前，F級重型燃氣輪機的燃氣溫度為1400℃，G／H/J級已達1500～1600℃，未來將高達1700℃及以上。這種極端高溫服役環境對透平葉片的強度、設計和製造提齣瞭嚴峻挑戰。要進一步提高透平前燃氣溫度，有以下幾個途徑可供選擇：①開發能夠承受更高溫度的高溫閤金葉片材料，但成本高，周期長；②製備單晶或定嚮晶葉片，但難度大，成品率低；③采用高效的葉片內部冷卻結構與氣膜冷卻技術，這會大大增加葉片的製造成本；④采用先進的熱障塗層（Thermalbarriercoating，TBC）技術。相比而言，TBC技術成本較低，效果明顯，是發展先進重型燃氣輪機的核心技術之一。
　　TBC技術的主要思想是將高溫環境下具有較低熱導率和較高穩定性的材料覆蓋於基材錶麵形成熱障層。TBC不僅具有熱障效果，而且還能防止氧化、腐蝕、外來物衝蝕等對葉片造成的損傷。20世紀50年代以來，TBC技術就受到瞭廣泛關注並得到迅速發展，在燃氣輪機發展進程中發揮瞭重要作用。隨著先進重型燃氣輪機的研發，對TBC技術提齣瞭更高要求。因此，深入研究TBC的強度理論和檢測技術，對其設計、製備及強度評價具有重要意義，對燃氣輪機的安全服役具有重要作用。
　　2006年本項目組承擔瞭我國重型燃氣輪機製造基礎研究的第一個國傢973計劃項目，2012年得到持續支持，分彆以F級重型燃氣輪機（透平前燃氣溫度1400℃）和J級重型燃氣輪機（透平前燃氣溫度1600℃）為背景，研究瞭穩定高效熱障係統的製備方法、強度理論及檢測技術。我們擬通過本專著來總結十餘年來的研究成果。
　　全書共分為九章和一個附錄。第1章是TBC係統結構、製備方法與典型失效模式，由王鐵軍、範學領撰寫。第2章是TBC係統的高溫氧化，由丁秉鈞、梁工英、白宇、唐健江撰寫。第3章是TBC製備過程中的熱應力，由王鐵軍、宋岩撰寫。第4章是TBC係統中的熱生長應力，由王鐵軍、孫永樂撰寫。第5章是TBC係統中的裂紋問題，由王鐵軍、範學領撰寫。第6章是梯度TBC係統中的應力和裂紋問題，由王鐵軍、範學領、宋岩撰寫。第7章是TBC係統的燒結與外來物損傷，由王鐵軍、範學領、呂伯文撰寫。第8章是TBC強度評價，由王鐵軍、範學領撰寫。第9章是TBC定量無損檢測技術，由陳振茂、李勇撰寫。附錄部分介紹瞭塗層斷裂分析中的相關數值計算方法，由範學領、侯成撰寫。全書由王鐵軍統稿。
　　本專著得到瞭國傢齣版基金和國傢重點基礎研究發展計劃的支持，在撰寫、編輯及齣版過程中，得到許多專傢學者的無私幫助，在此錶示感謝。在本書撰寫過程中，張偉旭、李彪、蘇羅川、李群、江鵬、李定駿、裴翠祥等提供瞭相關資料幫助，劉鵬飛、王銷彬、王曉康等在修改相關圖的格式方麵提供瞭幫助，在此一並緻謝。特彆感謝西安交通大學齣版社給予的重視和支持，以及相關人員付齣的辛勤勞動。
　　希望本書能為我國燃氣輪機的熱障塗層技術提供藉鑒，能為從事重型燃氣輪機、航空發動機及其他相關領域的技術人員、專傢學者等提供參考。本書也可供相關專業人員及高等院校研究生參考。
　　鑒於作者水平有限，缺點和錯誤在所難免，懇請讀者批評指正。

先進燃氣輪機設計製造基礎專著係列：熱障塗層強度理論與檢測技術 引言 在現代能源領域，燃氣輪機作為高效、清潔發電的重要設備，其性能的提升與可靠性的保障至關重要。隨著航空發動機和工業燃氣輪機工作溫度的不斷提高，高溫部件的熱防護技術成為製約燃氣輪機性能突破的關鍵瓶頸。熱障塗層（Thermal Barrier Coatings, TBCs）因其優異的隔熱性能，在大幅提升渦輪葉片等關鍵部件的耐熱能力、延長設備壽命、提高燃氣輪機整體效率方麵發揮著不可替代的作用。 本書“熱障塗層強度理論與檢測技術”係“先進燃氣輪機設計製造基礎專著係列”中的一捲，旨在深入探討熱障塗層在極端高溫、高壓、腐蝕性工作環境下的力學行為，以及如何通過先進的檢測手段來評估其完整性與服役狀態。本書不包含具體的設計製造流程、材料配方細節，也不涉及燃氣輪機的整體係統集成或特定型號的詳細參數，而是專注於理解和掌握熱障塗層這一核心功能性材料在強度方麵的科學機理與評估方法。 第一章：熱障塗層概述與服役環境分析 本章首先簡要迴顧熱障塗層的基本概念、發展曆程及其在現代燃氣輪機中的重要地位。重點將圍繞燃氣輪機高溫部件所麵臨的嚴酷服役環境展開深入分析。這包括但不限於： 高溫腐蝕與氧化： 詳細解析燃氣中存在的硫化物、釩化物、堿金屬鹽等腐蝕性介質，以及高溫氧化對塗層材料和基材的侵蝕機製。 熱衝擊與熱循環： 描述燃氣輪機啓動、停機、工況變化等過程中産生的劇烈溫度波動，及其對塗層內部應力分布、裂紋萌生與擴展的影響。 機械載荷： 分析高速氣流引起的衝刷磨損、振動載荷、以及渦輪葉片鏇轉産生的離心力等機械應力對塗層強度的挑戰。 相變與物化變化： 探討高溫下塗層材料（如陶瓷層和中間層）可能發生的相變、元素擴散、燒結等過程，及其對塗層宏觀力學性能的影響。 本章的重點在於建立對熱障塗層所處復雜服役環境的深刻認識，為後續強度理論和檢測技術的討論奠定基礎。 第二章：熱障塗層的力學行為與失效機製 本章將聚焦於熱障塗層在復雜應力狀態下的力學行為。我們將深入探討： 熱應力分析： 詳細闡述由於塗層材料與基材之間熱膨脹係數的差異，在溫度變化過程中産生的熱應力分布。我們將考察不同塗層結構（如柱狀、塊狀）對熱應力緩解效果的影響。 彈性與塑性行為： 分析陶瓷麵層和金屬中間層的彈性模量、泊鬆比等基本力學參數，以及在應力作用下可能發生的塑性變形。 斷裂力學原理： 應用斷裂力學理論，分析熱障塗層中微裂紋的萌生、擴展和失穩斷裂過程。重點將關注裂紋尖端的應力強度因子，以及其與臨界斷裂韌性的關係。 疲勞損傷： 深入研究熱循環和機械載荷聯閤作用下的熱疲勞和機械疲勞機製，包括應力幅、應力比、環境因素等對疲勞壽命的影響。 界麵失效： 強調塗層與基材之間界麵強度，以及界麵氧化、結閤不良等可能導緻的剝離失效模式。 宏微觀力學耦閤： 探討塗層內部微觀結構（如孔隙、晶界）對宏觀力學性能的影響，以及應力集中現象。 本章將嚴格依據力學原理，剖析熱障塗層在服役過程中可能遇到的各種力學挑戰及其失效途徑。 第三章：熱障塗層強度理論模型 基於前兩章的力學行為分析，本章將係統介紹用於評估熱障塗層強度的各類理論模型。我們將涵蓋： 熱應力解析模型： 介紹基於彈性力學理論，針對不同幾何形狀和載荷條件下的熱應力計算方法，包括解析解和數值解。 斷裂韌性評估模型： 講解如何根據塗層的斷裂韌性（如KIC值）及其幾何參數，預測裂紋擴展的臨界載荷或循環次數。 疲勞壽命預測模型： 介紹基於Miner纍積損傷理論、Paris定律等經典的疲勞壽命預測模型，並討論如何將其應用於復雜的熱障塗層係統。 界麵強度理論： 探討用於評估塗層與基材界麵結閤強度的模型，包括基於粘聚力模型、能量原理等方法。 數值模擬方法： 重點介紹有限元分析（FEA）在熱障塗層強度評估中的應用，包括模型建立、網格劃分、邊界條件施加以及不同加載工況下的應力、應變和裂紋擴展模擬。我們將詳細說明如何通過數值模擬來精確預測塗層在復雜載荷下的力學響應。 損傷力學模型： 簡要介紹一些損傷力學模型，用於描述塗層內部孔隙、微裂紋等損傷纍積對宏觀力學性能退化的過程。 本章力求提供一套係統、可操作的理論框架，以供研究和工程應用。 第四章：熱障塗層無損檢測技術 為瞭準確評估熱障塗層的服役狀態，及時發現潛在的損傷，無損檢測（Non-Destructive Testing, NDT）技術至關重要。本章將詳細介紹適用於熱障塗層檢測的各類先進技術： 超聲檢測（UT）： 闡述超聲波在塗層中的傳播特性、反射與透射原理，以及如何利用不同頻率和模式的超聲波來檢測塗層內部的缺陷（如孔隙、裂紋、分層）和界麵完整性。重點介紹相控陣超聲、掃頻超聲等技術。 聲發射檢測（AE）： 解釋聲發射信號的産生機製，以及如何通過監測塗層在加載過程中釋放的瞬態應力波來識彆和定位材料的損傷事件，如微裂紋的萌生與擴展。 X射綫成像技術（XRI）： 介紹X射綫成像在檢測塗層內部密度不均勻、夾雜物、孔洞等缺陷方麵的應用。重點關注數字X射綫成像、計算機斷層掃描（CT）等技術在三維缺陷成像中的優勢。 熱成像技術（Infrared Thermography, IRT）： 闡述熱成像原理，分析熱傳導與熱輻射在塗層中的行為。介紹如何利用主動或被動熱成像技術來檢測塗層內部的熱阻不均勻性、局部溫度異常，從而推斷塗層脫粘、破損等缺陷。 渦流檢測（Eddy Current Testing, ECT）： 講解渦流檢測的基本原理，分析其在檢測塗層錶麵及近錶層裂紋、金屬中間層缺陷方麵的適用性。 掃描電子顯微鏡（SEM）與能量色散X射綫光譜（EDS）輔助檢測： 雖然SEM主要用於顯微觀察，但結閤其與EDS對塗層錶麵形貌、裂紋特徵以及元素分布的分析，可以為理解檢測信號、評估損傷機理提供微觀層麵的有力支撐，是理解宏觀檢測結果的補充手段。 新型檢測方法： 簡要介紹一些新興的檢測技術，如激光超聲、光學相乾層析成像（OCT）等在塗層檢測領域的潛力。 本章將詳細闡述各種檢測技術的原理、操作方法、應用範圍、優缺點以及在實際應用中的數據解讀。 第五章：熱障塗層健康監測與壽命預測 本章將綜閤前述的強度理論和檢測技術，探討如何建立健全的熱障塗層健康監測與壽命預測體係。 基於檢測數據的損傷評估： 介紹如何將無損檢測獲取的缺陷信息（如缺陷尺寸、數量、位置）量化，並與強度理論模型相結閤，進行損傷演化評估。 壽命預測模型集成： 探討如何將基於材料性能退化、損傷纍積和載荷譜分析的壽命預測模型，與實時或定期檢測數據進行融閤，實現更準確的壽命預測。 智能監測係統： 簡要介紹未來可能發展的基於傳感器網絡、大數據分析和人工智能的智能健康監測係統，實現對熱障塗層狀態的連續、實時監控。 壽命管理策略： 討論基於壽命預測結果，製定相應的維護、檢修和更換策略，以最大化燃氣輪機的可靠性與經濟性。 結論 本書“熱障塗層強度理論與檢測技術”力圖為讀者提供一個深入、係統、完整的關於熱障塗層在燃氣輪機工作環境中力學行為及評估方法的知識體係。通過對熱障塗層強度理論的深刻理解，結閤先進的無損檢測技術，將能夠更有效地評估其服役狀態，預測其剩餘壽命，從而為提高燃氣輪機的運行可靠性、延長設備服役周期、優化維護策略提供堅實的理論與技術支撐。本書適用於從事燃氣輪機設計、製造、運行、維護以及相關材料科學、力學等領域的研究人員、工程師和研究生。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在燃氣輪機製造一綫工作的工程師，我一直緻力於提高産品的可靠性和性能。而熱障塗層作為現代燃氣輪機的關鍵技術之一，其性能的提升直接關係到燃機的工作溫度上限和使用壽命。我非常關注熱障塗層在實際製造和運行過程中遇到的各種問題，尤其是強度相關的挑戰。這本書的題目吸引瞭我，因為“強度理論”和“檢測技術”正是我們最需要解決的問題。我希望這本書能提供一些切實可行的解決方案，比如如何優化塗層的成分和製備工藝來提高其抗熱震和抗機械衝擊能力。同時，對於塗層的檢測技術，我希望能夠看到一些針對實際工況下的解決方案，比如在高溫環境下如何進行有效的在綫檢測，或者如何通過檢測數據來預測塗層的剩餘壽命。如果書中能夠提供一些針對不同類型燃氣輪機（例如航空發動機和工業燃氣輪機）的塗層設計和檢測差異化的分析，那就更具有指導意義瞭。總而言之，我希望這本書能夠幫助我們解決實際生産中的痛點，提升燃氣輪機的整體競爭力。

評分☆☆☆☆☆

這本書我早就關注瞭，因為我的研究方嚮和熱障塗層息息相關。一直以來，關於熱障塗層強度理論這塊兒，總感覺缺乏一本係統、深入的專著。尤其是那些在高溫高壓環境下工作的燃氣輪機，塗層失效直接關係到整個發動機的安全和壽命，所以理論的紮實程度就顯得尤為重要。我希望這本書能從最基礎的力學原理齣發，詳細講解塗層在各種應力狀態下的行為，比如熱應力、機械應力、以及它們之間的耦閤效應。同時，對於塗層的微觀結構如何影響宏觀強度，比如孔隙率、裂紋擴展機製、界麵粘結強度等，我也期待有更深刻的闡釋。如果能結閤一些實際的失效案例進行分析，那就更好瞭，這樣可以幫助我們更好地理解理論在實際應用中的指導意義。另外，書中關於檢測技術的部分，我希望能夠涵蓋目前主流的無損檢測方法，比如超聲波、X射綫衍射、熱成像等，並且深入剖析這些技術的原理、優缺點以及適用範圍。畢竟，準確、高效的檢測是保證塗層質量和早期發現缺陷的關鍵。期待這本書能填補這方麵的空白，成為我們這一行不可或缺的參考。

評分☆☆☆☆☆

我是一名博士研究生，目前正在進行關於新型熱障塗層材料的研究。在查閱大量文獻的過程中，我發現關於熱障塗層強度理論的係統性論述相對較少，尤其是針對一些新型陶瓷材料和復閤材料的熱力學性能以及它們在極端環境下的行為。這本書的題目讓我眼前一亮，因為它恰好是我目前研究的重點。我希望書中能夠深入探討不同塗層體係（如YSZ、La2Zr2O7等）的微觀結構、相變以及它們對力學性能的影響。同時，對於塗層與基材之間的界麵行為，比如熱膨浴失配引起的應力集中以及界麵反應層的形成，也希望有詳細的分析。此外，關於先進的無損檢測技術，我特彆關注那些能夠揭示塗層內部微裂紋、孔隙以及脫粘跡象的方法。如果書中能夠提供一些量化的評估指標和評價標準，以及一些前沿的檢測技術，例如基於機器學習的缺陷識彆，那將對我非常有幫助。這本書的齣現，有望為我今後的研究提供堅實的理論基礎和技術指導。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名讓我感到非常契閤我的職業需求。我是一名從事特種閤金研發的工程師，我們公司近年來在為高端燃氣輪機提供關鍵部件的塗層材料方麵投入瞭大量資源。在這個過程中，我們深切體會到理解熱障塗層在復雜工況下的強度行為是多麼重要，尤其是在承受極端溫度變化和高強度氣流衝擊時。我希望這本書能夠提供一套係統性的理論框架，用於分析不同塗層材料在高溫下的蠕變、疲勞以及熱衝擊下的斷裂機製。我也非常關注書中關於塗層界麵穩定性的討論，因為界麵是塗層最容易失效的區域之一。此外，對於檢測技術，我希望書中能夠介紹一些能夠早期發現塗層內部微損傷的技術，比如原子力顯微鏡在錶徵塗層微觀形貌方麵的應用，或者能夠對塗層厚度和均勻性進行高精度測量的技術。如果書中還能提供一些關於塗層設計與性能預測的數學模型，以及如何在實驗中驗證這些模型的指導，那將對我們團隊的研發工作帶來巨大的幫助。

評分☆☆☆☆☆

我對航空發動機的設計和製造一直抱有濃厚的興趣，特彆是那些能夠顯著提升發動機性能的關鍵技術。熱障塗層無疑是其中最重要的組成部分之一，它直接影響著渦輪葉片等關鍵部件的工作溫度和壽命。這本書的題目“先進燃氣輪機設計製造基礎專著係列：熱障塗層強度理論與檢測技術”非常精準地抓住瞭我關注的焦點。我希望這本書能夠從最基礎的物理原理齣發，詳細講解熱障塗層在高溫、高壓、腐蝕等復雜環境下所承受的各種載荷，以及這些載荷如何導緻塗層産生應力、變形和最終失效。我期待看到書中能夠深入分析不同塗層材料（如氧化鋯基、釔鋁石榴石等）的力學性能差異，以及它們的微觀結構對強度的影響。另外，關於檢測技術，我希望能夠瞭解當前最先進的無損檢測手段，比如高分辨率X射綫成像、相控陣超聲等，並瞭解它們在檢測塗層裂紋、剝離、侵蝕等缺陷方麵的能力和局限性。如果書中能提供一些案例研究，展示如何利用強度理論和檢測技術來優化燃氣輪機設計，那就更完美瞭。