本文档属于类型a，即一篇报告单一原创研究的学术论文。以下是基于文档内容的学术报告：

主要作者及研究机构
本研究由孙佳、陈伟、邓云中、吴锋和姜东共同完成。孙佳和陈伟来自四川大学空天科学与工程学院，邓云中、吴锋和姜东来自中国航发四川燃气涡轮研究院。该研究发表于《热力透平》期刊2021年12月第50卷第4期。

学术背景
燃气轮机透平进口温度的不断提升对热端部件的材料研发和冷却设计提出了极高的要求。陶瓷材料因其耐高温、耐磨损、隔热性能好等特点，在燃气轮机中具有广阔的应用前景。然而，陶瓷材料较脆，单独承载能力有限，通常需要与金属材料结合使用以满足结构强度设计要求。本研究旨在通过实验方法研究ZrO₂刚性陶瓷瓦的隔热效果响应特性，并测量其与304L不锈钢板在不同热负荷和界面应力条件下的接触热阻（thermal contact resistance），为基于刚性陶瓷瓦的热防护系统设计和工程应用提供参考。

研究流程
1. 试验原理及装置
本研究采用稳态热流法（steady-state heat flux method）测量刚性陶瓷瓦的隔热效果。试验装置由刚性陶瓷瓦和不锈钢板组成，陶瓷瓦为边长100 mm、厚度3 mm的正方形结构件，材料为氧化锆（ZrO₂），采用热等静压工艺烧结制成。不锈钢板为边长100 mm、厚度10 mm的方形件，材料为304L不锈钢。两者通过陶瓷螺栓连接固定，表面经精磨处理，粗糙度为Ra1.6。试验件放置于高温电加热炉中，陶瓷瓦外侧承受辐射加热，不锈钢板背面为冷却水。通过热电偶测量各截面的温度分布，包括陶瓷瓦外侧壁面温度、不锈钢板与陶瓷瓦接触面壁面温度、不锈钢板中间截面温度以及不锈钢板与水冷套接触面侧壁面温度。

1. 数据处理方法
   热量在试验件中的传导近似为一维传导。根据傅里叶定律（Fourier’s law），通过试验件各截面的热流密度可表示为：
   [ q = \lambda_{\text{steel}} \cdot (T_3 - T4) / \delta{\text{steel}} ]
   其中，(\lambda{\text{steel}})为不锈钢板导热系数，(\delta{\text{steel}})为不锈钢板厚度。通过外推计算陶瓷瓦与不锈钢板接触面的上下界面温度，结合导热系数随温度的变化关系，获得接触热阻的数值。

2. 误差分析
   试验中的温度测量采用CENK-191-K型铠装热电偶，测温精度为0.2℃。接触热阻的误差主要来源于热电偶的测量误差以及ZrO₂陶瓷瓦和304L不锈钢导热系数拟合关系式的计算误差。系统总体误差为9.7%。

3. 试验结果与分析

   • 隔热响应特性：在不同界面应力下，试验件各测点的温度随时间变化曲线基本一致。陶瓷瓦外侧壁面温度率先升高，不锈钢板的温度响应滞后。随着加热功率的提高，陶瓷瓦内部的温度梯度进一步加大。研究表明，刚性陶瓷瓦的隔热效果与其在非稳态导热过程中的状态有关。
   • 界面应力对接触热阻的影响：随着界面应力的增加，接触热阻逐渐减小。当界面应力增大到30 kPa后，接触热阻的变化幅度减小。小界面应力下，接触热阻随热负荷增大而减小；大界面应力下，接触热阻随热负荷的变化较小。
   • 界面温度对接触热阻的影响：无界面应力下，接触热阻随界面温度的升高而明显减小。随着界面应力的增大，接触热阻随界面温度的变化减小较小，甚至略有增大。

主要结果
1. 刚性陶瓷瓦具有良好的隔热效果，但在工程应用中需考虑其非稳态导热特性。 2. 随着热负荷和界面应力的增大，刚性陶瓷瓦与不锈钢板的接触热阻逐渐降低，但变化幅度逐渐减小。 3. 无界面应力下，接触热阻随界面温度的升高而明显减小；大界面应力下，接触热阻随界面温度的变化较小。

结论
本研究通过实验方法研究了ZrO₂刚性陶瓷瓦的隔热效果响应特性及其与304L不锈钢板的接触热阻。研究结果表明，刚性陶瓷瓦在燃气轮机热防护系统中具有重要应用价值。研究结果为基于刚性陶瓷瓦的热防护系统设计优化和工程应用提供了重要参考。

研究亮点
1. 首次系统研究了ZrO₂刚性陶瓷瓦的隔热效果响应特性及其与不锈钢板的接触热阻。 2. 揭示了界面应力和界面温度对接触热阻的影响规律。 3. 提出了考虑非稳态导热特性的隔热效果评估方法，为工程应用提供了新思路。

其他有价值内容
本研究受四川省高新技术领域重点研发项目（2019YFG0236）和中国航空发动机集团公司四川燃气涡轮研究院横向项目的资助。