復(fù)合材料的制備及其1500℃耐水氧腐蝕性能

      

      
    西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點實驗室成來飛教授團隊在期刊《journal?of?materials?research?and?technology》上發(fā)表了論文。主要研究了SiC基復(fù)合材料在1500℃高溫水氧環(huán)境下的耐腐蝕性能。

      
    
      
  
  2026-03-13


      
    

      
    
      
    

      DOI：10.1016/j.jmrt.2023.04.150
      西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點實驗室成來飛教授團隊在期刊《journal of materials research and technology》上發(fā)表了題為“Fabrication of SiCw/SiCeSieY composites and their?resistance to water-oxygen corrosion at 1500℃”的論文。主要研究了SiC基復(fù)合材料在1500℃高溫水氧環(huán)境下的耐腐蝕性能。

      研究背景

      隨著航空航天的發(fā)展，航空發(fā)動機熱端部件材料需要再高溫和高速水氧環(huán)境下仍保持優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性，而傳統(tǒng)的鎳基合金無法滿足苛刻的高溫要求。開發(fā)一種新型Y改性SiC基復(fù)合材料SiCw/SiC -Si-Y，以提升其在1500℃高溫水氧環(huán)境下的耐腐蝕性。

      材料體系

      1.SiCw/SiC -Si-Y：Y改性SiC基體復(fù)合材料
      2.對照組：SiCw/SiC (未改性)
      水氧實驗：?
      在1500℃高溫下，30 vol% H2O + 20 vol% O2?+ 50vol% Ar的氣體混合物，流速是50 mL/min。實驗時間分別是1，5，10，25，50，100h。將五個試樣緩慢推入爐心，總的腐蝕時間為20h，分別在腐蝕?1h、5h、10h和20h后取出所有試樣并進行稱重。根據(jù)公式計算質(zhì)量變化量 △m。

      腐蝕機理與保護機制

      1.未改性SiCw/SiC：在高溫水氧環(huán)境中，SiC氧化生成SiO2，進一步與水反應(yīng)生成揮發(fā)性Si(OH)4，導(dǎo)致質(zhì)量損失孔隙增加，力學(xué)性能下降
      2.Y改性SiCw/SiC-Si-Y：基體中YSi2在腐蝕環(huán)境中原位氧化生成Y2SiO5致密保護層。一直SiO2揮發(fā)，減少質(zhì)量損失，腐蝕后強度、韌性不降反升。

      力學(xué)性能與腐蝕后性能

      腐蝕前：彎曲強度363MPa，斷裂韌性9.14MPa·m1/2
      腐蝕后：彎曲強度保留率106.1%，斷裂韌性保留率103.6%
      對照組(未改性SiCw/SiC)：強度保留率僅76.9%，斷裂韌性保留率76.8%，孔隙率顯著增加，耐腐蝕性差。

      腐蝕深度對比

      SiCw/SiC-Si-Y的腐蝕深度約為30 μm
      SiCw/SiC的腐蝕深度約為170 μm


      研究結(jié)果

      開發(fā)了一種具有優(yōu)異高溫力學(xué)性能和耐水氧腐蝕性能的SiCw/SiC-Si-Y復(fù)合材料，Y改性SiC基體通過原位形成Y2SiO5保護層，腐蝕后材料的強度和韌性不降反升，顯著提升了材料在1500℃高溫水氧環(huán)境下的耐腐蝕性。

      中環(huán)電爐設(shè)備
      高溫靜態(tài)水氧腐蝕設(shè)備利用實驗室測試方法,準確模擬渦輪發(fā)動機工作環(huán)境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進行循環(huán)測試，以正確評估材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性。該設(shè)備由進氣控制系統(tǒng)、進液控制系統(tǒng)、均勻汽化裝置、伴熱管路及加熱反應(yīng)器等部分組成。主要適用于高溫?zé)嵴贤繉?、?fù)合材料，合金等領(lǐng)域。

      設(shè)備特點：
      ·◆ 精準控制進液量
      ·◆ 液態(tài)水的均勻汽化和氣體混合
      ·◆ 載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml（靜態(tài)）
      ·◆ 最高溫度可選：1200℃/1600℃
      ·◆ 可預(yù)設(shè)多組工藝，每組50段程序控制


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