稀土硅酸盐陶瓷的高温抗CMAS熔盐腐蚀机理研究

【作者】 田志林； 王京阳；

【机构】 中山大学； 中国科学院金属研究所；

【摘要】 SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有优异的高温热学和力学性能,是新一代高性能航空发动机热端部件的主要候选材料。在实际应用过程中,SiCf/SiC陶瓷基复合材料面临着高温水蒸气和高温熔盐腐蚀的严峻挑战,因此,须在其表面施以环境障涂层来抵御燃烧环境对它的侵蚀。近年来,研究发现在沙漠地区以及火山带附近,沙尘和火山灰等CMAS熔盐容易被吸入到航空发动机中,不断地侵蚀叶片表面的涂层材料,进而导致涂层的失效引起灾难性的事故。随着航空工业的蓬勃发展以及军事作战需求的增多,飞机需要频繁飞越火山带以及沙漠地区,CMAS熔盐对航空发动机的威胁将日益显现。基于上述问题,本研究针对环境障涂层候选材料稀土硅酸盐陶瓷开展了高温CMAS熔盐腐蚀研究。结果表明,在1300^o C的高温下RE₂SiO₅陶瓷与CMAS熔盐会发生反应生成磷灰石相的棒状产物,其抗CMAS熔盐腐蚀性能与晶体结构和稀土离子半径密切相关,X1-RE₂SiO₅的抗CMAS熔盐腐蚀性能随稀土离子半径减小减弱,X2-RE₂SiO₅的抗CMAS熔盐腐蚀性能随稀土离子半径的减小增强。RE₂Si₂O₇在1300^o C表现出较好的抗CMAS熔盐腐蚀性能,但在1500^oC下其发生了CMAS熔盐晶界腐蚀的现象,RE₂Si₂O₇陶瓷无法抵抗CMAS熔盐的侵蚀。上述研究构建了稀土硅酸盐陶瓷成分-结构-CMAS腐蚀性能的清晰构效关系,为环境障涂层的设计和优选提供了指导。更多还原