硅酸镱环境障碍涂层高温CMAS腐蚀行为与机制研究

【作者】 钟鑫； 王亚文； 牛亚然； 郑学斌； 丁传贤；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites,CMCs）具有低密度、良好的力学性能等特点,被视为航空发动机热端部件的主要候选材料。但在服役环境中,CMCs易受到高温水蒸气、熔盐等腐蚀,从而限制其应用。在CMCs表面沉积环境障碍涂层（Environmental Barrier Coating,EBC）可有效提高其稳定性。硅酸镱是最具应用潜力的环境障碍涂层材料。等离子喷涂技术是制备EBC的有效方法。但喷涂过程中,硅酸镱存在硅挥发现象,使涂层物相发生变化,进而影响其高温腐蚀行为。本工作采用等离子喷涂方法制备不同物相组成（YbS0.5、YbS1.0、YbS1.5和YbS2.0）的硅酸镱涂层,研究其在高温熔盐（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂,CMAS）环境的腐蚀行为和耐蚀机制。研究发现,富Yb₂O₃涂层的耐蚀性能优于富Yb₂Si₂O₇涂层,且随着Yb₂Si₂O₇含量增加,涂层耐蚀性能下降。Yb₂O₃可加速熔体中SiO₂的消耗,并促进Yb₃Al₅O₁₂的析出;而Yb₂Si₂O₇与CMAS反应消耗CaO的同时生成SiO₂,SiO₂溶解于CMAS熔体中,使得CMAS消耗缓慢,从而导致涂层渗透与腐蚀现象严重。本研究结果可为稀土硅酸盐环境障碍涂层体系的设计和应用提供科学基础支撑。更多还原