SiCf?/?SiC復(fù)合材料高溫水氧腐蝕性能研究

      

      
    沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司技術(shù)中心團(tuán)隊(duì)在期刊《纖維復(fù)合材料》上發(fā)表了題為“SiCf?/?SiC復(fù)合材料高溫水氧腐蝕性能研究”的論文。系統(tǒng)研究了SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料在模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫含水汽環(huán)境下的腐蝕行為與性能退化機(jī)理。

      
    
      
  
  2026-06-26


      
    

      
    
      
    


      沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司技術(shù)中心團(tuán)隊(duì)在期刊《纖維復(fù)合材料》上發(fā)表了題為“SiCf / SiC復(fù)合材料高溫水氧腐蝕性能研究”的論文。系統(tǒng)研究了SiCf/SiC陶瓷基復(fù)合材料在模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫含水汽環(huán)境下的腐蝕行為與性能退化機(jī)理。

      研究背景

      隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)向高推重比方向發(fā)展，渦輪前燃?xì)鉁囟炔粩嗵岣撸瑢?duì)熱端部件材料的高溫強(qiáng)度、抗腐蝕性及抗氧化性能提出了更高要求。連續(xù)SiC纖維增韌SiC陶瓷基復(fù)合材料（SiCf/SiC）因具有低密度、優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能，被視為高溫合金的有力替代材料，有望應(yīng)用于燃燒室火焰筒、導(dǎo)向器葉片、渦輪葉片等熱端部件。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作環(huán)境下，高溫高速燃?xì)庵胁粌H含有氧氣，還含有體積分?jǐn)?shù)為5%~10%的水汽；水汽會(huì)與SiC被動(dòng)氧化生成的致密SiO?膜反應(yīng)生成揮發(fā)性產(chǎn)物（如Si(OH)?），從而加速材料的腐蝕退化。盡管已有大量研究針對(duì)不同形式SiC的氧化行為，但引入SiC纖維后，復(fù)合材料的氧化行為明顯不同于塊體SiC陶瓷，仍需深入理解SiCf/SiC復(fù)合材料在高溫水氧環(huán)境下的腐蝕退化機(jī)理，以推動(dòng)其在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的工程應(yīng)用。

      研究方法

      1.樣品材料：CVI-PIP復(fù)合工藝制備SiC基體
      2.水氧腐蝕實(shí)驗(yàn)
      ◆?氣氛環(huán)境：1300℃，50%H?O-50%O?的混合氣體環(huán)境
      ◆?腐蝕時(shí)間：120小時(shí)
      3.表征實(shí)驗(yàn)結(jié)果
      1)相成分變化
      ◆?腐蝕前：僅有SiC衍射峰
      ◆?腐蝕后：SiC峰減弱，α-SiO?峰增強(qiáng)，說(shuō)明SiC氧化。
      2)質(zhì)量變化
      ◆?整個(gè)過(guò)程中質(zhì)量持續(xù)增加，因?yàn)?/span>SiC氧化生成SiO?，體積膨脹。
      3) ?微觀結(jié)構(gòu)變化
      ◆?PyC界面層優(yōu)先被氧化，形成氣體產(chǎn)物(CO、CO?)，留下孔隙通道。
      ◆?水汽使生成的SiO?層變得疏松多孔，不再是致密保護(hù)層。
      ◆?120小時(shí)后，表面層明顯剝離脫落。
      4) ?力學(xué)性能衰減
      ◆?腐蝕25小時(shí)：強(qiáng)度保留率?60%
      ◆?腐蝕60小時(shí)：強(qiáng)度保留率?15%
      ◆?60小時(shí)后：強(qiáng)度和模量趨于穩(wěn)定，材料呈脆性斷裂。

      研究結(jié)果

      PyC界面層是腐蝕的“弱點(diǎn)”，其氧化為氣體產(chǎn)物是性能退化的關(guān)鍵起點(diǎn)；腐蝕超過(guò)60小時(shí)后，復(fù)合材料強(qiáng)度和模量趨于穩(wěn)定，但已嚴(yán)重脆化。
      中環(huán)電爐設(shè)備
      天津中環(huán)推出高溫靜態(tài)/高速水氧腐蝕測(cè)試系列系統(tǒng)，利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法,準(zhǔn)確模擬渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對(duì)材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，以正確評(píng)估材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性。該設(shè)備由進(jìn)氣控制單元、液體精確控制進(jìn)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(yīng)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(fù)合材料，超高溫合金材料，高溫?zé)嵴贤繉拥阮I(lǐng)域。

      高溫靜態(tài)水氧腐蝕系統(tǒng)：
      ◆ 液態(tài)水汽化精準(zhǔn)可控
      ◆ 載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml
      ◆?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

      高溫高速水氧腐蝕系統(tǒng)：
      ◆ 實(shí)現(xiàn)水蒸氣沖擊：160m/s（計(jì)算值）
      ◆ 精準(zhǔn)控制進(jìn)液量
      ◆ 液態(tài)水的均勻汽化和氣體混合


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