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等离子喷涂与烧结工艺对YSZ陶瓷结构件孔隙率的影响差异有哪些？
发布时间：
2025-08-18 14:10
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在氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷结构件的制造领域，等离子喷涂与烧结工艺作为主流技术路线，其孔隙形成机制存在根本性差异。等离子喷涂通过高温等离子体将YSZ粉末瞬间熔融为微滴，以300-500m/s速度撞击基体形成层状堆积结构。这种逐层沉积特性导致各熔滴间存在未完全填充的间隙，形成15-25%的典型孔隙率，且孔隙多呈扁平状沿涂层平面分布。而烧结工艺是将YSZ粉体压制成坯后，在1600℃左右高温下通过固态扩散实现颗粒间颈部生长，其孔隙主要源于粉末堆积时的初始间隙，通过物质迁移可使最终孔隙率控制在3-8%范围，孔隙形态更接近球形。
工艺温度曲线的差异直接决定材料致密化程度。等离子喷涂过程中，单个熔滴从熔化到凝固仅经历毫秒级时间，熔体粘度阻碍了气泡完全逸出，部分气体被包裹形成封闭气孔。烧结工艺则提供持续数小时的高温环境，使原子通过晶界扩散逐步填充孔隙，但过快的升温速率会导致表层过早致密化，反而阻碍内部气体排出形成残余孔隙。实验数据显示，相同YSZ材料在等离子喷涂中孔隙尺寸多分布在5-50μm范围，而烧结件孔隙通常小于10μm。
微观结构差异带来不同的工程适用性。等离子喷涂的层间孔隙可缓冲热应力，适合航空发动机热障涂层等需要抗热震的场景，但开放孔隙网络会加速CMAS熔盐渗透腐蚀。烧结制备的YSZ结构件凭借低孔隙率，更适用于固体氧化物燃料电池等要求气密性的场合，不过完全致密化会牺牲部分断裂韧性。现代工艺通过复合处理实现性能平衡，例如先烧结制备致密基体再等离子喷涂多孔功能层。
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