Cases
複合材料的製備及其1500℃耐水氧腐蝕性能
2026-03-13
DOI：10.1016/j.jmrt.2023.04.150
西（xī）北工業大學超高溫結構複合材料重（chóng）點實驗室成來飛（fēi）教授團隊在期刊《journal of materials research and technology》上（shàng）發（fā）表了題為“Fabrication of SiCw/SiCeSieY composites and their resistance to water-oxygen corrosion at 1500℃”的論文。主（zhǔ）要研究了SiC基複（fù）合材料在（zài）1500℃高溫水氧環境（jìng）下的耐腐蝕性能。
隨著航（háng）空航天的發展（zhǎn），航空發動機熱端部（bù）件材料需要再高溫和高速水氧環境下仍保持優異的力學性能和耐腐蝕（shí）性，而（ér）傳統的鎳基合金（jīn）無法滿足苛刻的高溫要求。開發一種新型Y改（gǎi）性SiC基複合材料SiCw/SiC -Si-Y，以提升其在1500℃高溫水氧環境（jìng）下的耐腐蝕性。
1.SiCw/SiC -Si-Y：Y改性SiC基體複（fù）合材料
2.對照組：SiCw/SiC (未改性)
水（shuǐ）氧實驗：
在1500℃高溫下，30 vol% H2O + 20 vol% O2 + 50vol% Ar的氣體混合物（wù），流速是50 mL/min。實驗時間（jiān）分別是1，5，10，25，50，100h。將（jiāng）五（wǔ）個試樣緩慢推入爐心，總的腐蝕時（shí）間為20h，分別在腐蝕 1h、5h、10h和20h後取出（chū）所有試樣並進行稱重。根據公式計算質量變化量 △m。
1.未改性SiCw/SiC：在高溫水氧（yǎng）環境中，SiC氧化生成SiO2，進一步與水反應生成揮發性Si(OH)4，導致質量損失孔隙增加，力學性能下降
2.Y改性SiCw/SiC-Si-Y：基體中YSi2在腐蝕環境中原位氧（yǎng）化生成Y2SiO5致密保護層。一直SiO2揮發，減少質量損失，腐蝕後強度（dù）、韌性不降反升。
腐蝕前：彎曲強（qiáng）度363MPa，斷（duàn）裂韌性9.14MPa·m1/2
腐蝕後：彎（wān）曲強度保留率106.1%，斷裂韌（rèn）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（fǔ）蝕（shí）性差。
SiCw/SiC-Si-Y的腐蝕深度（dù）約為30 μm
SiCw/SiC的（de）腐蝕深度約為170 μm
開（kāi）發了一種具有優（yōu）異高（gāo）溫力學性能和耐水氧腐蝕（shí）性能的SiCw/SiC-Si-Y複合材料，Y改性SiC基體通過原位形成Y2SiO5保護層，腐（fǔ）蝕後材料的強度和韌性不降（jiàng）反升，顯（xiǎn）著提升了材料在1500℃高溫水氧環（huán）境下的耐腐蝕性。
高溫靜態（tài）水氧腐蝕設備利用實驗（yàn）室測試方法,準確（què）模擬渦輪發動機工（gōng）作環境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對材料的熱腐蝕、水（shuǐ）蒸氣氧化腐蝕進（jìn）行循環測試，以正確評估材（cái）料的熱化學（xué）穩定性。該設備由（yóu）進氣控（kòng）製（zhì）係統、進液控製（zhì）係統、均勻（yún）汽化裝置（zhì）、伴熱管路及加熱（rè）反應器等部分組成。主要適用於高溫熱障塗層、複合材料，合金等領域。
設備特點：
·◆ 精（jīng）準控製進液量
·◆ 液態水的均勻汽化和氣體混（hún）合
·◆ 載氣多量（liàng）程可選：300ml/1000ml/3000ml（靜態（tài））
·◆ 最高溫度可選：1200℃/1600℃
·◆ 可預設多組工藝，每組50段程序控製（zhì）
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