Y2O3改性SiC陶瓷高温水氧行为研究

摘要：

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)因高温水氧侵蚀致使力学性能急剧下降,限制了其热端部件在航空发动机中的长寿命服役.研究证实,该侵蚀主要表现为SiC基体和纤维与水、氧气反应生成气相Si(OH)4,导致质量耗散.因此,从组分、结构调控角度提升SiC耐水氧侵蚀性能已成为研究热点.对比研究了添加和未添加Y2O3对SiC陶瓷水氧侵蚀行为的影响.与SiC陶瓷相比,SiC-Y2O3陶瓷的氧化速率及挥发速率均明显下降,且随着氧化温度的升高,两者差距愈发明显,可见添加Y2O3后SiC陶瓷的耐水氧侵蚀性能得到明显改善.氧化后的陶瓷微观结构表明,SiC-Y2O3陶瓷氧化层明显更薄且更致密,进一步分析表明这主要由Y组分在陶瓷表面的迁移以及聚集所致.在侵蚀过程中,陶瓷内部的Y2O3会向SiC陶瓷表面迁移,并与SiO2反应形成β-Y2Si2O7,并逐渐聚集形成连续的Y2Si2O7层.因此,在氧化层与SiC陶瓷交界处形成了一个富Y2Si2O7/富Y2O3层.多层含Y氧化层在陶瓷表面形成水氧阻挡屏障,有效抑制了水氧介质向陶瓷内部的渗透与侵蚀.该研究结果为SiCf/SiC复合材料的耐水氧结构设计与调控提供了重要思路.

关键词：SiC陶瓷、高温水氧环境、水氧行为、耐水氧侵蚀机理、连续Y2Si2O7层

所属期刊栏目：42

分类号：TB332;V23(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家科技重大专项;上海市科技创新行动计划项目;上海市科技创新行动计划项目

在线出版日期：2023-09-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：456-463