1.2文献综述

“百年大计，教育为本，教育大计，教师为本。”进入新世纪以来，教师的授业能力越来越受重视。在信息飞速发展的今天，知识更新的速度也越来越快，作为教师，必须摒弃“一次性教育”的观念，树立“终身教育”的理念。19xx年，教育部颁发《中小学教师继续教育规定》指出：“参加继续教育是中小学教师的权利和义务。”“中小学教师继续教育要以提高教师实施素质教育的能力和水平为重点。”并于同年启动《中小学教师继续教育工程》。由此，我国中小学教师继续教育正式展开。

张细谦在《试论体育教师继续教育的产生与发展》（2000）中指出，体育教师继续教育是中小学教师继续教育的下位概念, 是指对达到国家规定学历的中小学体育教师, 进行的以提高政治思想素质和教育教学能力的培训。体育教育是促进人全面发展的重要内容，它直接关系到青少年身心健康和终身体育意识。为此，广大专家学者，教育管理者以及广大教师，对体育教师继续教育的现状与发展进行了更深层面的探索，形成了一批成果：

关于中小学体育教师继续教育制度的研究，徐国忠, 贺国侠《中美基础体育教育师资培训的对比研究》（2005）指出，目前在我国, 教师的培养体制坚持师范模式, 应该建立教师许可证制度。

关于中小学体育教师继续教育目标的研究，阎健、陈义《关于面向21世纪的高校体育教师继续教育的思考》（2000）提出: 加强体育教师自身师资队伍建设, 造就一支德才兼备、一专多能适应素质教育的复合型、专家型队伍。

关于中小学体育教师继续教育课程的研究，郑旗《中小学体育教师继续教育课程设置改革与对策》（2005）中指出，中小学体育教师继续教育课程设置指导思想为：体现与时代精神相通的现代教育理念，适应未来社会发展和实施素质教育需要，反映人类优秀学科成就，有助于促进教师专业化发展，结构合理、内容充实、教材完备、职前与职后一体化的继续教育课程体系。

汤利军，季浏《英美日体育教师继续教育比较研究》（2010）中，通过国内外体育教师继续教育的比较研究得出对我国的启示有：体育教师继续教育法制化；体育教师继续教育内容上强调针对性、实用性和全面性。

在相关研究中，也发现了当前体育教师继续教育存在的一些问题，李连伟, 曹诗卉《我国中小学体育教师继续教育研究综述》中指出，现在的中小学体育教师关于科研能力的研究很少。朱鹏翔《郑州市中学体育教师继续教育调查研究》(2011)中指出，中学体育教师继续教育政策和法制建设研究不够、对中学体育教师继续教育评估的研究欠缺。张瑞丽《对当前小学体育教师继续教育的探讨》(2010)指出，当前继续教育内容方式单一， 缺乏实用性；教学模式不适应社会

的需求。

对此，也有学者提出了建议，文瑾《河南省中学体育教师继续教育现状调查与对策》(2010)中提出，提高认识、转变观念；选择科学合理的培训教材内容；拓展中学体育教师继续教育培训形式。周国海《新课程标准实施下体育教师角色的嬗变与继续教育》(2009)中提出建议，在新课程理念下, 体育教师必须更新观念、转变角色, 树立正确的教师观、学生观、质量观和评价观, 确立自己的新型角色, 尽快建立全新的健康教育观, 体育教师要尽快融入课程改革中去, 找到自己与新课程的差距, 对自己角色进行重新审视与定位, 以便在新课程实施中更好地发挥自己的职能。

目前，在广西区体育教师继续教育的现状的研究中，夏伟《广西农村中小学体育教师非学历培训的研究与对策》（2010）指出：农村体育教师非学历培训经费不足； 校本培训不够理想，培训机构缺乏相应的培训计划。陈珍群《广西农村中小学教师继续教育问题调查研究》（2008）指出：农村中小学教师继续教育时间安排缺乏合理性，教师的工学矛盾突出；缺乏相应的继续教育资源和条件。由此我认为，广西应该重视中小学体育教师继续教育，加大经费投入；制定相应的教师培训计划，加大校本培训的力度；合理安排培训时间，解决教师的工学矛盾，以提高广西区体育教师继续教育的效果。

 

第二篇：1文献综述

Gd2O3-Y2O3-Ta2O5-ZrO2陶瓷材料 热处理过程的相演变规律

摘要：随着航空航天技术发展，对发动机热锻不见得要求相应提高。因此，作为热端部件表面材料的热障涂层材料的要求也相应提高。为此，对本文Ta2O5-Y2O3-ZrO2陶瓷材料掺杂氧化物Gd2O3的合成过程及性能进行研究。 关键词：热障涂层，Gd2O3，ZrO2，陶瓷材料。

1文献综述

1.1研究背景

燃气轮机是以连续流动的气体为工作介质带动叶轮高速旋转，将燃料的化学能转化为内能的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的工作原理是卡诺循环，其包括四个过程：等温压缩、绝热压缩、等温膨胀、绝热膨胀。燃气初温和压机压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。而提高燃气涡轮发动机的性能，是现代航空领域发展的关键所在。为提高涡轮发动机的性能，采取的主要措施是提高涡轮发动机的进气温度。目前，高温合金材料已无法满足现代涡轮发动机对进口温度的要求，金属部件（如燃烧室内壁、涡轮叶片等）上的制备热障涂层，以承受更高的温度，同时提高发动机的使用寿命和效率[1]。 在热障涂层中实际起隔热作用的是表面陶瓷层，它的作用是在高温载荷下，形成沿涂层厚度的高温梯度，有效的减少往基体的热传导，从而保护基体并提高关键零部件的工作温度[2]。因此表面陶瓷层材料的研究是十分重要的研究方向。 作为燃气涡轮发动机热端部件是使用的高温结构材料，不仅要承受各种复杂的机械载荷，同时还要承受苛刻环境下的氧化和腐蚀作用，所以高温结构材料的高温防护涂层材料的研究对于燃气涡轮发动机的发展具有重要的意义。伴随着高温结构材料的发展历程，高温防护涂层材料技术取得了长足的发展与进步。目前，先进高温防护涂层材料技术与新型高温结构材料技术、新型高效气冷叶片技术已经成为燃气涡轮发动机叶片技术中的三大关键关键技术。

随着近年来航空航天技术的发展，航空发动机不断向高推重比、高流量比和

高涡轮进口温度的方向发展,使得发动机燃烧室中的燃气温度和燃气压力不断提高[3]。因此，对热障涂层陶瓷材料提出了新的要求。传统的YSZ陶瓷防护涂层已很难满足发展要求,必须寻求新的陶瓷材料。稀土氧化物由于其优良的热物理性能，在热障涂层用材料中占有重要的地位[4]。

1.2热障涂层材料

1.2.1 热障涂层材料简介

热障涂层(Thermal barrier coatings,简称TBCs)是指由粘结层将陶瓷表面涂层粘结在集体上，主要用来降低基体的工作温度，防止基体被高温氧化、腐蚀、磨损的表面工作系统。

TBCs是无机涂层中一重要分支，起源于20世纪40年代末50年代初，于60年代初应用于JT8D发动机燃烧室内壁[5]。为提高航空发动机的推力和燃料的热效率，必须提高燃料的燃烧温度，相应的发动机的端部件的温度也相应提高。由于技术发展，使高温合金的软化温度提高到接近其熔点。进而延伸出的一种提高耐热材料的方法——热障涂层。

TBCs具有良好的隔热效果与高温抗氧化性能，主要应用于各种高温热机需高温受热部位的部件上，如燃气轮机或喷气机的转子或定子叶片的表面的隔热涂层，发动机燃烧室的内壁，汽油或柴油机的燃烧室内壁，火箭喷管，或其他一些高温燃烧器内壁，或者一些在高温下工作的零部件表面的隔热、防氧化涂层材料。他们通常是热导率小于2.0W·m-1·K-1的氧化物材料。要求其具有高熔点、低热导率、相对高的热膨胀系数、高温物相组成和化学组成稳定性好以及相对较低的烧结活性等特点

1.2.2热障涂层结构

目前热障涂层主要有3种结构：双层系统、多层系统和功能梯度系统,如图下所示[6]。

双层系统热障涂层主要包含一层较薄的低导热率陶瓷顶层(典型的部分稳定氧化锆)和一层金属粘结层。这种双层结构制备工艺简单,具有良好的抗氧化隔热作用。其中陶瓷层材料的热物性能对热障涂层的隔热性能和使用寿命有至关重要的影响，是热障涂层系统中的关键部分，金属陶瓷层是使陶瓷层与基体紧密结合。但由于金属表面与陶瓷表面界层的热热膨胀系数在热载荷作用下较活跃，使其内部产生热应力，是表面涂层脱落。

多层系统是在双层基础上多加了几层封阻层或隔热层。在高温工作环境中封阻层可以阻止外部腐蚀性介质侵蚀粘结层，降低氧通过陶瓷层向粘结层的扩散速度，从而使这种多层结构能有效地防止粘结层氧化。但这种系统的抗热震性改变不大，工艺复杂。

梯度系统(Functionally graded coatings,简称FGC)是在陶瓷层和基体之间采用成分、结构连续变化的一种系统。它可以减小陶瓷层与粘结底层因热膨胀系数不同而引起的热应力，提高涂层的结合强度和抗热震性能。梯度涂层消除了层状结构的明显层间界面，使涂层内部的力学性能和线膨胀系数连续过渡，因此得到研究者的广泛重视。

1.3 国内外热障涂层的发展现状与趋势

随着近代航空航天技术的发展，对发动机的功率要求进一步提高。为此，就对用于制作发动机热端的部件的材料性能的要求进一步提高。因此，作为发动机热端部件的表面材料——热障涂层材料的性能需要也相应的提高。近年来很多的陶瓷材料受到重视。

目前国内外热障涂层陶瓷材料的研究现状：氧化物稳定的ZrO2是应用最广的，钙钛矿结构的ABO3陶瓷和焦绿石或萤石结构的A2B2O7陶瓷也不断受到关

注；新型磁铁铅矿结构的MmeAl11O19陶瓷也开是受到重视[7]。

氧化物稳定的ZrO2可以满足1200℃以下的对热障涂层材料的物理性能和相稳定性能的要求。为了寻找更好的材料，在Y2O3部分稳定的ZrO2的基础上添加一些其他氧化物，对ZrO2(Y2O3)+HfO2、ZrO2(Y2O3)+Sc2O3、ZrO2(Y2O3)+Si、ZrO2(Y2O3)+La2O3、ZrO2(Y2O3)+SiO2 、ZrO2(Y2O3)+CeO2等材料的研究也取得了很大进展。复合稀土锆酸盐氧化物，由于其内部具有比YSZ更多的空位，同时晶胞中含有大量可以增加声子散射的稀土原子，致使声子平均自由程减小，使材料的导热系数减小。熔点升高，但抗震性差，热膨胀系数低[8]。对其他热障涂层材料也进行了相应的的研究。

1.4 本课题研究的目的及意义

进一步提高涡轮机的进气温度，获得更高的能源效率和更大的推力是现代航空工业的快速发展必然要求，而现代高温金的使用温度是1000℃，Ni3Al单晶

[9]材料的耐温极限也只有1150℃，显然对于发动机热端部件来说，温度已远远

超过了高温合金的使用温度极限。虽然氧化钇部分稳定的氧化锆（YSZ）具有导热率较低、涂层与金属基体热膨胀系数相近、结构简单、抗氧化隔热性能好、耐热能力强的特点。但是YSZ仍有很多缺陷，如：在高于1200℃条件下使用，t’-ZrO2结构将转变成四方向相和立方相，冷去过程中t-ZrO2会进一步转变成m- ZrO2【10,12】。t-m相的转变会使材料体积增加，晶格膨胀，导致涂层出现裂纹，降低涂层强度及寿命。

本课题通过向Ta2O5-Y2O3-ZrO2陶瓷材料掺杂氧化物Gd2O3，考察稀土氧化物Gd2O3及其掺入量对陶瓷材料结构及性能的影响，期望得到具有稳定四方相结构、良好的显微结构以及优异的热物理性能的陶瓷材料，进而为开发新型的热障涂层陶瓷材料提供相关的理论依据。

2实验过程：

2.1原料及仪器设备

2.1.1原料

本实验采用固相合成法制备实验所需试样。所采用的原料有：氧化锆(ZrO2),氧化钇(Y2O3)，氧化钽(Ta2O5)，氧化钆(Gd2O3)，如表2.1所示。

原料名称 ZrO2 Y2O3 Ta2O5 Gd2O3

分析纯度%

99.5 99.5 99.5 99.5

分子式量 123.218 225.809 441.891 362.482

表2.1 实验原料纯度以及分子式量

2.1.2仪器及设备

实验过程中所用到的仪器设备有X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电阻炉、二硅化钼炉、箱式电阻炉、台式电动压片机、干燥箱、行星式球磨机、高精密电子天平、玛瑙研钵、水浴锅、等，如表2.2所示。

仪 器 名 称 扫描电子显微镜 X射线衍射仪 二硅化钼炉 箱式电阻炉 台式电动压片机

型 号 QUANTA400 D8-ADVANCE

SX16-8 SX-8-40 DY-20

生 产 厂 家 FEI公司

德国BRUKER/AXS公司

包头云捷电炉厂 呼和浩特实验电炉厂 天津市科器仪器有限公

司

干燥箱

DHG-9140A

上海一恒科学仪器有限

公司

行星式球磨机 高精密电子天平

QM-3SP04 BS244S

南京大学仪器厂 赛多利斯科学仪器有限

公司

玛瑙研钵

A

表2.2 实验仪器型号及生产厂家

阜新伟成玛瑙厂

2.2材料的合成过程

2.2.1原料的配比计算

按照选定的成分进行配料计算。利用Y2O3和Ta2O5共同稳定的ZrO2，并引入稀土氧化物Gd2O3。(YSZ)中掺杂Gd3+进行配料计算，计算过程为：ZrO2：TaO2.5=0.68:0.16的固定摩尔比进行计算。YO1.5：GdO1.5的摩尔比如表2.3所示。每一个样的总质量按50克称量。各个样的质量如表2.4。

试样

TG0

TG1

TG2

TG3

TG4

TG5

TG6

TG7

TG8

试样

TG0

TG1

TG2

TG3

TG4

TG5

TG6

TG7

TG8

TG9

TG10

TG11

TG12

TG13

TG14

TG15

TG16

YO1.5 GdO1.5 试样 YO1.5 GdO1.5 0.16 0 TG9 0.07 0.09 0.15 0.01 TG10 0.06 0.1 0.14 0.02 TG11 0.05 0.11 0.13 0.03 TG12 0.04 0.12 0.12 0.04 TG13 0.03 0.13 0.11 0.05 TG14 0.02 0.14 0.1 0.06 TG15 0.01 0.15 0.09 0.07 TG16 0 0.16 0.08 0.08 图2.3 ZrO2 Y2O3 Gd2O3 Ta2O5 30.5341 6.5861 12.8827 0 30.3829 6.1411 12.8189 0.5671 30.2331 5.7035 12.7557 1.3076 30.0849 5.2701 12.6932 1.9518 29.938 4.841 12.6312 2.55898 29.7926 4.416 12.5699 3.2215 29.6486 3.9952 12.5091 3.8471 29.506 3.5783 12.449 4.4667 29.3648 3.1655 12.3894 5.0803 29.2249 2.7566 12.3303 5.6881 29.0863 2.3516 12.2719 6.2902 28.949 1.9504 12.214 6.8866 28.8131 1.553 12.1566 7.4773 28.6784 1.1593 12.0998 8.0626 28.5449 0.7693 12.0435 8.6424 28.4127 0.3828 11.9877 9.2168 28.2817 0 11.9324 9.7859 图2.4

2.2.2材料的制备过程

(1) 根据配料单称量原料，将配好的料装入球磨罐内，按照料与球质量比1:2的关系，将氧化锆球(Φ=6mm，7.5mm，10mm，16mm)加入球磨罐内并且加入适量乙醇。

(2) 将球磨罐固定在行星式球磨机中进行球磨，转速400r/min，时间24小时。

(3) 将装有球磨好的原料的球磨罐放入烘箱内，烘箱温度75℃左右，烘干至恒重。

(4) 将烘干的料与锆球分离，取出原料放入研钵中，用研钵研磨成细粉。

(5) 根据实验需要选择模具型号，压制不同的试样，根据试样需要，在电子天平上称量磨好的料（原料的取用量，一般来说压制长条状试样，每个试样用料5.5~6.0g原料；压制直径25mm的圆片试样，每个试样用料3.0~4.0g；压制直径15mm的圆片试样，每个试样用料0.8~1.5g。压制直径10mm的柱状试样，每个试样用料4.0g。），将称量好的原料装入已经准备好的模具内。启动台式电动压片机，调试好机器。经过加压、保压等过程后，得到致密的素坯，其中加压的压力为6MPa，保压时间为40秒。注意模具使用前须用酒精棉多次擦拭，以保证试样不被上一组成份污染。

(6) 将压制好的素坯放在洗净的坩埚中，按特定的顺序排放，然后放入高温电阻炉中。素坯放在预先制备好的垫片上，以避免试样发生变形或被污染；长条状试样可放在装有氧化锆粉的刚玉坩埚中，避免在预烧过程中因受热不均匀而导致长条状试样的变形。预烧至1600℃保温一段时间，随炉冷却后取出。

(7) 将预烧后的素坯碾碎并用60目筛子过筛选出细粉体，重复(1)、(2)、

(3)、(4)、(5)的工作。

(8) 同第(6)类似，将压好的素坯放在洗净的坩埚中，记好顺序，然后放入高温电阻炉中。只是最高烧结温度制度与预烧用所不同。随炉冷却取出，将烧好的试样放好，用于后期相关性能的测试。

2.3 实验试样制备的工艺流程

计算（ZrO2，Y2O3，Ta2O5,Gd2O3） →球磨 →烘干→研磨 →压片 →预处理 →破碎→ 二次球磨→烘干 →研磨 →成型 →烧结 →测试

本实验烧结试样采用温度制度曲线如图2.5所示。

图2.5温度制度曲线

2.4热处理过程：

将烧结好的试样按照特定顺序放在刚玉坩埚盖上，将刚玉坩埚倒扣在盖上，将其放若热处理炉中进行热处理。分数次累积处理。其温度时间曲线如图

2.6所示。

图2.6热处理温度时间曲线

2.5 X射线衍射(XRD)的测定

X射线衍射(XRD)是一种非破坏性的测定晶体结构的有效手段。主要由X射线机、测角仪、辐射探测器、检测记录装置、控制和数据处理系统、附属装置等构成。通过X射线衍射方法测定晶体的结构，能够详细了解晶体的对称性、晶体内部的三维空间中原子分布情况、晶体中分子的结构式、立体构型、键长、键角等数据。

X射线衍射仪得到的衍射花样为一系列衍射峰(晶体结构程度越高，衍射峰越明锐)；当X射线照射非晶体，由于非晶体结构为长程无序、短程有序，不存在明显的衍射光栅，因此不产生清晰明锐的衍射线条。由以上衍射现象可知，衍射现象与晶体结构有关，即衍射花样规律性反映了晶体结构的规律性。衍射必须满足适当的几何条件才能产生，即必须满足布拉格方程。

2dsin??n?

(2-6)式中 d—晶面间距；λ—X射线的波长；θ—衍射角。

晶体是由质点(原子、离子或分子)按周期性排列构成的固体物质。因原子面间距与入射X射线波长数量级相当，故可以看作是衍射光栅。当晶体被X射线照射时，各原子中的电子受激发而同步振动，振动着的电子作为新的辐射源向四周放射波长与原入射线相同的次生X射线，这个过程就是相干散射的过程，

衍射则是相干散射发生干涉加强的结果。因原子核质量比电子质量大很多，所

以可假设电子都集中在原子的中心，则相干散射可以看成是以原子为辐射源。

按周期排列的原子所产生的次生X射线存在恒定的位相关系，所以它们之间会

发生叠加。干涉加强就在某些方向上出现衍射线。衍射线的分布规律是由晶胞

的大小形状和位相决定的，而衍射强度则取决于原子在晶胞中的位置数量和种

类[12]。

本实验开始前，要求准备好实验样品，便于测试。测试样品由直径25mm，

厚度2mm左右的素坯烧制而成。扫描区间20°-80°，扫描速度4°/min，每个试样

用时约15min。测试结果获得试样的XRD衍射图谱。

3材料的性能测试结果与分

经过200h热处理后，检测XRD图谱若下图2.7-2.8。

3500

3000

2500

Intensity(a.u.)20001500

1000

500

203040506070802Theat

图2.7经过200h热处理的XRD图谱

图2.8经过200h热处理的XRD图谱

⑴通过与标准PDF卡片对比，试样TG0-TG7的三强峰同四方向氧化锆的标准卡片（卡片号17-0923）相一致，试样TG0-TG7仍是四方相氧化锆为主，说明试样经过1300处理200h后，仍是以四方相ZrO2为主相结构的陶瓷材料。

⑵试样TG4-TG7的X射线衍射图谱上28.625和31.912位置出现峰（与150h比较），对其进行物相检索，是四方相YtaO4（卡片号26-1478）。

⑶试样TG0-TG3出现新物相的时间大于200h，TG4-TG7出现新物相的时间小于200h。

4参考文献：

[1]1. 李志明，钱士强，王伟. 热障涂层陶瓷材料的研究现状与展望[J]．材料保护，2011，01（44）：38-41．

[2]1 于海涛，牟仁德，谢敏等．热障涂层的研究现状及其制备技术[J]．稀土，2010，05（31）：83-88．

[3]2 于海涛，牟仁德，谢敏等．热障涂层的研究现状及其制备技术[J]．稀土，2010，05（31）：83-88．

[4] Beele W，Marijnissen G,A van Lie shout. The evolution of thermal barrier coatings—status and up coming solutions for today’s key issues[J]，Surface and Coatings Technology，1999，120： 612 67

[5] 孙福波，涂泉. 氧化锆热障涂层在航空发动机上的应用和发展[J].航空发动机，2010，6(36)：54-57．

[6]2 于海涛，牟仁德，谢敏等．热障涂层的研究现状及其制备技术[J].稀土，2010，05（31）：83-88．

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[8] 朱正权，黄永章，李兴彦等. 氧化锆基热障涂层陶瓷材料的研究进展[J]. 金属功能材料，2011，02(18)：79-82．

[9] 郭洪波.电子束物理气相沉积梯度热障涂层热疲劳行为及失效机制〔D〕，北京：北京航空航天大学，2005．

[10] M. Matsumoto, N. Yamaguchi, and H. Matsubara, Low Thermal Conductivity and High Temperature Stability of ZrO2-Y2O3-La2O3 Coatings Produced by Electron Beam PVD [J], Scr. Mater.,2004, 50(6), 867-871

[11] M. Matsumoto,Thermal conductivity and phase stability of plasma sprayed ZrO2–Y2O3–La2O3 coatings [J], Surface & Coatings Technology 194 (2005) 31–35

[12] 曾令可，王慧，陶瓷材料表面改性技术[M]，北京：化学工业出版社，2006，257-267.