【水氧腐蝕】Si3N4?陶瓷在高溫熔鹽-水氧環(huán)境下的腐蝕行為

      

      
    中國地質(zhì)大學(北京)數(shù)理學院彭志堅教授團隊在期刊《International?Journal?of?Applied?Ceramic?Technology》上發(fā)表了題為……

      
    
      
  
  2025-06-03


      
    

      
    
      
    
      DOI：10.15541/jim20230391
      中山大學材料學院田志林、李斌教授團隊在期刊《無機材料學報》上發(fā)表了題為“Si3N4 陶瓷在高溫熔鹽-水氧環(huán)境下的腐蝕行為”的論文。研究分析了在氬氣和水氧(5%H?O-10%O?-85%Ar)環(huán)境中, LiCl-KCl和NaCl-2CsCl熔鹽對
      Si3N4的腐蝕行為。
      研究背景








      核能領域中的熔鹽電解技術需要耐高溫、抗腐蝕的坩堝材料。Si3N4陶瓷因其優(yōu)異的高溫性能成為候選材料，但其在高溫熔鹽-水氧耦合環(huán)境下的腐蝕行為尚不明確。本研究旨在揭示Si3N4陶瓷在此復雜環(huán)境中的腐蝕機制，為核燃料干法后處理工藝提供材料選擇依據(jù)。

      實驗方法








      1.水氧腐蝕實驗
      ◆ 氣氛環(huán)境：5%H?O-10%O?-85%Ar的惰性+水氧環(huán)境 ?
      ◆ 腐蝕時間：100小時
      2.表征實驗
      ◆ 潤濕性分析：NaCl-2CsCl熔鹽的接觸角更小（潤濕性更好），但其腐蝕性在氬氣環(huán)境中較弱。LiCl-KCl熔鹽黏度在500℃出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，流動性增強，可能加速腐蝕。
      ◆ 氬氣環(huán)境下：LiCl-KCl熔鹽引發(fā)晶界相輕微腐蝕，生成KAlSi?O?硅酸鹽。NaCl-2CsCl熔鹽：腐蝕性較弱，晶界相基本未受影響。
      ◆水氧環(huán)境下：熔鹽與水氧協(xié)同作用是腐蝕主因。

      研究結(jié)果







      1、LiCl-KCl和NaCl-2CsCl熔鹽在Si3N4表面的潤濕性與抗腐蝕性之間并沒有直接的相關性。
      2、高溫水氧環(huán)境顯著加劇熔鹽腐蝕。
      中環(huán)產(chǎn)品
      天津中環(huán)推出高溫靜態(tài)/高速水氧腐蝕測試系列設備，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穩(wěn)定性。該設備由進氣控制單元、液體精確控制進液量單元、加熱蒸發(fā)器控制水的均勻汽化和氣體混合、伴熱管路、加熱反應器等組件構(gòu)成。主要用于:各種功能陶瓷，結(jié)構(gòu)陶瓷和陶瓷基復合材料，超高溫合金材料，高溫熱障涂層等領域。
      靜態(tài)水氧：
      ★液態(tài)水汽化精準可控
      ★載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml
      ★最高溫度可選：1200℃/1600℃/1800℃
      ★可預設多組工藝，每組50段程序控制
      高速水氧：
      ★實現(xiàn)水蒸氣沖擊：160m/s（計算值）
      ★精準控制進液量
      ★液態(tài)水的均勻汽化和氣體混合







      中環(huán)電爐部分產(chǎn)品系列