1. 课题来源及研究的目的和意义

热障涂层是一层陶瓷涂层，它沉积在耐高温金属或超合金的表面，热障涂层对于基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件(如发动机涡轮叶片) 能在高温下运行，并且可以提高器件(发动机等)热效率达到60%以上。

随着航空、航天及民用技术的发展，热端部件的使用温度要求越来越高，已达到高温合金和单晶材料的极限状况。以燃料轮机的受热部件如喷嘴、叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100℃，已超过了高温镍合金使用的极限温度（1075℃）。将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐高温的优点结合起来所制备出的热障涂层能解决上述问题，它能起到隔热、抗氧化、防腐蚀的作用.

高性能柴油发动机受热零部件承受热负荷较高，活塞是核心部件，其热负荷问题更为突出，基于热障涂层的隔热作用，通过采取在活塞顶部喷涂隔热涂层的技术来改善柴油燃烧状态，提高缸内燃烧温度，降低燃烧室对外界的热量散失，提高柴油机功率密度；同时隔热涂层可以降低活塞本体的温度及热负荷，提高柴油机燃烧室部件的可靠性，研究活塞热障涂层的性能及传热机理是其关键技术。

故热障涂层在高性能柴油发动机中的应用对于柴油机的安全运行和提高运行效率有着重要的意义。

2. 国内外在该方向的研究现状及分析

现在的活塞为组合式结构，活塞顶为陶瓷材料，用一螺栓从活塞顶中央链接活塞裙。为了提高无冷却式的发动机，使用一种由表面粗糙的金属挡板构成的热障或使用导热系数低的活塞顶材料。在额定工况时的活塞顶表面平均温度必须达到882摄氏度。目前为止还没有任何活塞产品能达到要求的绝热程度。

再如采用导热系数低的氧化锆图层可以使活塞的改造工艺和制造减少很多，也可使发动机不必加强滑油冷却但至今国内并无重大成就。

早在20世纪40年代就出现了航空发动机防护涂层的报道，经过几十年的研究，高温涂层材料的成分与结构等方面均有了巨大的改进。根据成分的选择、结构的优化，可以将高温涂层的发展经历简单地划分为以下几个时期：

第1代涂层，20世纪60年代研制成功了β-NiAl基铝化物涂层。但NiAl相脆性大、易开裂，Al原子向基体扩散快, 涂层使用寿命短。