Yb₄Al₂O₉晶体结构、力学与热学性能的研究

【作者】 向会敏； 周延春； 冯志海； 李仲平；

【机构】 先进功能复合材料技术重点实验室航天材料及工艺研究所；

【摘要】 硅基陶瓷复合材料是下一代发动机的理想材料,但在高温水蒸汽的条件下会发生比较明显的退化现象,因此它们的应用必须在热障环境障涂层的保护下才能实现。热障环境障涂层必须具备低的杨氏模量、良好的高温稳定性、与莫来石相近的热膨胀系数,目前比较理想的热障环境障涂层材料是稀土硅酸盐材料,即Yb₂SiO₅和Yb₂Si₂O₇。但这两种材料主要的问题在于十分明显的力学各向异性和热膨胀的各向异性,极易导致涂层的开裂。本工作通过理论模拟与实验相结合的方法,对一种性能各向异性较小的低热导材料Yb₄Al₂O₉的晶体结构、力学与热学性能进行了研究。研究结果表明Yb₄Al₂O₉的成键方式比较复杂,导致它不仅具有低的杨氏模量（151 GPa）、好的塑性,同时还具有极低的热导率(0.78 W?m^-1?K^-1)。对热膨胀系数的预测表明它与莫来石具有相近的热膨胀系数(6.27′10^-6K^-1)。仅管Yb₄Al₂O₉晶体结构对称性较低,但对其力学各向异性的分析结果表明,相比于Yb₂SiO₅和Yb₂Si₂O₇,其力学性能的各向异性仍十分小。本工作的结果表明Yb₄Al₂O₉是一种十分理想的热障环境障涂层材料。更多还原