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SiCw/SiC-Si-Y復合材料的制備及1500 °C水氧腐蝕性能研究
發布時間：
2025-10-20
西北工業大學熱結構復合材料科學與技術實驗室成來飛教授團隊在期刊《Journal of Materials Research and Technology》上發表了題為“?Fabrication of SiCw/SiC-Si-Y composites and their?resistance to water-oxygen corrosion at 1500℃”的論文。主要研究了一種新型碳化硅基復合材料SiCw/SiC-Si-Y，并重點評估了其在1500℃高溫水氧環境下的耐腐蝕性能。
SiCw/SiC-Si-Y復合材料的制備及1500 °C水氧腐蝕性能研究
DOI：10.1016/j.jmrt.2023.04.150
西北工業大學熱結構復合材料科學與技術實驗室成來飛教授團隊在期刊《Journal of Materials Research and Technology》上發表了題為“ Fabrication of SiCw/SiC-Si-Y composites and their resistance to water-oxygen corrosion at 1500℃”的論文。主要研究了一種新型碳化硅基復合材料SiCw/SiC-Si-Y，并重點評估了其在1500℃高溫水氧環境下的耐腐蝕性能。
研究背景
航天發動機的熱端部件需要在高溫、高速水蒸汽及氧氣的極端環境下工作。陶瓷基復合材料由于其高溫性能優異，其中SiCw/SiC復合材料在高溫結構應用中尤為突出。以往的相關研究主要集中在此類材料的力學性能上，對于其在高溫-水氧環境下的腐蝕行為研究較少。通過基體改性策略，將釔引入SiC基體中，使其在高溫水氧腐蝕時能生成耐腐蝕的稀土硅酸鹽保護層，從根本上提升復合材料的本征耐腐蝕性。
研究方法
- SiCw/SiC-Si-Y材料的制備方法：
- SiCw (32 vol%), PEG (2 wt%), TMAH (4 wt%), AM (10 wt%), Bis (1 wt%)放入去離子水球磨6-10h。APS(APS: AM 1 / 4質量比1:60)加入漿料中，快速攪拌30 s。隨后倒入模具放入馬弗爐80℃加熱10-20min，再干燥。
- PCS/二甲苯溶液（質量比為1:40）滲透到SiCw預制體中真空滲濾1 h。最后，將SiCw預制件放入管式爐中，分別在220℃和900℃的溫度下對PCS進行固化和熱解2 h。
- 將質量比為 1:2 的酚醛樹脂/乙醇溶液通過真空浸漬工藝注入到 SiCw 前體中，并在150℃下固化3h。然后，在氬氣氛圍下將酚醛樹脂在900℃下進行熱解2h。上述步驟重復進行，直至碳的體積分數約為30%，孔隙率約為 32%。最后，在1650℃的真空條件下，將 Si-Y合金熔體注入SiCw/C前體中0.5h。
- 水氧實驗：溫度為1500℃，該混合氣體的分壓為P(H2O): P(O2): P(Ar)=30: 20: 50，氣體流速為50ml/min。總腐蝕時間為20h，分別在1h，5h，10h和20h拿出稱重。
- 腐蝕機理 ：
- 引入的釔在腐蝕初期與氧氣反應生成Y?Si?O?，隨后進一步與水汽反應轉變為Y?SiO?。
- 保護層：Y?SiO?具有高熔點、低氧滲透率和高化學穩定性的特點。該保護層有效阻隔了水氧蒸汽向材料內部滲透（深度僅~30μm）
- 防腐蝕：腐蝕過程中生成的Y?SiO?填補了部分孔隙，使復合材料開孔率從2.76%降至1.39%，結構更為致密。
研究結果
兼具優異力學性能和超凡耐1500°C水氧腐蝕性能的SiCw/SiC–Si–Y復合材料在腐蝕環境中能原位自生穩定的Y?SiO?保護層，實現了“主動防護”，在航空航天高溫熱結構部件領域具有巨大的應用潛力。
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