省科学院新材料所：喷枪阴极损耗下等离子射流光谱诊断研究取得重要进展

热障涂层是与先进高温结构材料、高效冷却技术并重的涡轮叶片三大关键技术之一。等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD, Plasma spray-physical vapor deposition）技术被誉为新一代发动机热防护涂层的先进制备技术。

广东省科学院新材料研究所抓住PS-PVD设备最核心部件−−喷枪阴极的构型与质量的细微变化，结合超低压高速等离子流光谱诊断技术，应用Boltzmann绘图法、Stark展宽理论计算等离子温度、电子密度，探究了阴极状态对50~100Pa低压环境中等离子射流特性的影响，结合所制涂层的微区形貌与典型性能差异，获得重要结论。中等程度损耗的阴极产生的等离子射流温度最高，电子密度最大，粉末气化最完全。大的过冷度与气相粒子过饱和导致了高的形核与晶体生长速率，获得的柱状晶均匀完整，各项性能最好（图1）。

相关研究成果Impact of cathode loss on plasma characteristics, microstructure and properties of 7YSZ coatings in PS-PVD发表于《Ceramics International》46卷（中科院1区，IF：3.45）。张岩硕士（中南大学联合培养）为第一作者，毛杰教授级高工作为指导老师列为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金面上项目（51771059）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.02.109

图1. 不同喷枪阴极损耗时间制备的涂层形貌及等离子射流电子密度、温度

撰稿/摄影：毛杰