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Y-YbB4改性SiCf-SiC復(fù)合材料抗水氧腐蝕性能增強(qiáng)

西北工業(yè)大學(xué)熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室王晶研究員團(tuán)隊(duì)在期刊《Ceramics?International》上發(fā)表了論文。主要研究了Y/YbB4改性SiCf/SiC復(fù)合材料在高溫水氧環(huán)境下的抗腐蝕性能，并與傳統(tǒng)的CVI-SiCf/SiC復(fù)合材料進(jìn)行了對(duì)比。

2026-01-05

DOI：10.1016/j.ceramint.2023.08.354

西北工業(yè)大學(xué)熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室王晶研究員團(tuán)隊(duì)在期刊《Ceramics International》上發(fā)表了題為“Y/YbB4-modified SiCf/SiC composites with enhanced water-oxygen corrosion resistance”的論文。主要研究了Y/YbB₄改性SiCf/SiC復(fù)合材料在高溫水氧環(huán)境下的抗腐蝕性能，并與傳統(tǒng)的CVI-SiCf/SiC復(fù)合材料進(jìn)行了對(duì)比。

研究背景

SiCf/SiC復(fù)合材料是輕質(zhì)、高強(qiáng)度的高溫結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱結(jié)構(gòu)部件。然而，當(dāng)其在富含水蒸氣的高溫環(huán)境中服役時(shí)，SiC基體氧化生成的SiO?會(huì)與水蒸氣反應(yīng)生成揮發(fā)性硅醇Si(OH)?，該物質(zhì)易被高速氣流帶走，導(dǎo)致材料快速腐蝕、性能退化甚至結(jié)構(gòu)失效。

本研究首次提出采用Y/YbB?同步改性SiCf/SiC復(fù)合材料，通過(guò)漿料浸滲與反應(yīng)熔滲結(jié)合工藝，制備出低孔隙率、高致密、耐水氧腐蝕的新型復(fù)合材料。

研究方法

1、制備多孔SiCf/SiC預(yù)成型體

2、Y/YbB?與樹(shù)脂碳的引入

3、Si-Y合金反應(yīng)熔滲

水氧實(shí)驗(yàn)

在1200℃高溫下，50 vol% H₂O + 50 vol% O₂的水氧混合物的流速是20 mL/min，實(shí)驗(yàn)時(shí)間分別是1，5，10，25，50，100h。

保護(hù)機(jī)制

1、物理屏障作用：致密基體阻礙水氧滲透

2、化學(xué)保護(hù)層：腐蝕過(guò)程中生成穩(wěn)定的Y/Yb硅酸鹽，抑制基體進(jìn)一步腐蝕

研究結(jié)果

1、成功制備出低孔隙率（3.2%）、高致密的Y/YbB?改性SiCf/SiC復(fù)合材料，采用SI+RMI工藝實(shí)現(xiàn)有效基體改性。

2、抗水氧腐蝕性能顯著提升，1200°C腐蝕100 h后強(qiáng)度保持率達(dá)76.84%，較傳統(tǒng)CVI工藝復(fù)合材料提高15.71%。

3、材料在腐蝕后仍保持偽塑性斷裂行為，說(shuō)明改性未損害其韌性，適用于高溫高濕服役環(huán)境。

中環(huán)電爐設(shè)備

高溫靜態(tài)水氧腐蝕設(shè)備利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法,準(zhǔn)確模擬渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對(duì)材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，以正確評(píng)估材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性。該設(shè)備由進(jìn)氣控制系統(tǒng)、進(jìn)液控制系統(tǒng)、均勻汽化裝置、伴熱管路及加熱反應(yīng)器等部分組成。主要適用于高溫?zé)嵴贤繉?、?fù)合材料，合金等領(lǐng)域。

設(shè)備特點(diǎn)

·◆?精準(zhǔn)控制進(jìn)液量

·◆?液態(tài)水的均勻汽化和氣體混合

·◆?載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml（靜態(tài)）

·◆?最高溫度可選：1200℃/1600℃

·◆?可預(yù)設(shè)多組工藝，每組50段程序控制