熱障塗層（thermal-barrier coating）

熱障塗層，簡稱 TBC，是噴塗在高溫金屬零件上、讓金屬保持夠涼而得以存活的一層薄陶瓷毯——最有名的就是噴射引擎內渦輪葉片上那層淺色塗層。那些葉片在遠比其超合金熔點更熱的氣流中旋轉；沒有幫助的話，它們會在數秒內軟化失效。TBC 就是那層不到半毫米厚的陶瓷皮，把金屬與火焰隔開，讓引擎能比裸金屬所能達到的更熱、更潔淨、更高效地運轉。它是現代航空與發電偉大而沉默的成全技術之一。

這系統是一個巧妙的四層三明治。最上面是負責隔熱的陶瓷層，幾乎總是氧化釔穩定氧化鋯（YSZ），選它是因為氧化鋯對陶瓷而言有異常低的熱傳導、且熱膨脹接近其下的金屬，所以零件加熱冷卻時它不會裂掉剝落。其下是一層金屬黏結塗層（bond coat），把陶瓷黏在葉片上，並且關鍵地氧化生成一層緩慢的保護性氧化層以抵抗腐蝕。配合葉片內部的空氣冷卻，一層幾百微米厚的 TBC 可把金屬溫度降低 100 到 300 degrees C——這是「撐數千小時的葉片」與「燒毀的葉片」之間的差別。氧化鋯被刻意做成多孔且微裂，這進一步降低它的傳導，更重要的是讓它能撓曲透氣，使熱循環不會直接把它彈掉。

那個降溫值巨大的金錢與燃料：渦輪每能多運轉一度就買到效率與推力，所以 TBC 是現代引擎設計的核心。但它們過著殘酷的生活，失效模式誠實而具體。陶瓷與金屬以略微不同的速率膨脹，因此每一次飛行循環都對界面施加應力；黏結塗層持續氧化，直到增長的氧化物終於讓陶瓷剝離（spall，剝落）；而在多塵或多砂的空氣中，吸入的礦物粉塵（稱為 CMAS）在高溫塗層上熔化、滲入它的孔隙、冷卻時凝固，使塗層變硬直到開裂。因此 TBC 是一種消耗性、有壽命限制的零件——一項材料工程的勝利，卻始終在緩慢地失效。