CMAS高温腐蚀硅酸铒材料的失效分析

目的研究CMAS在高温下对硅酸铒材料的腐蚀行为。方法通过固相反应合成高纯Er2SiO5和Er2Si2O7粉末,通过烧结获得Er2Si O5和Er2Si2O7块体。用35%Ca O-10%Mg O-7%Al2O3-48%SiO2(摩尔分数)的CMAS涂覆在烧结后的硅酸铒块体表面,将其在1300℃高温下进行不同时间的保温。利用X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM),分析腐蚀产物的物相组成和腐蚀后块体材料的显微组织。结果在1300℃高温下,熔融态CMAS沿硅酸铒块体材料表面的微裂纹和孔隙渗入内部。宏观形貌表明,CMAS在很短时间内就完全渗入Er2Si O5块体内部,表面并未发现玻璃态的CMAS,而Er2Si2O7块体表面中心处却残留有缩聚的玻璃态CMAS。熔融CMAS与稀土铒硅酸盐反应,生成了柱状磷灰石相Ca2Er8(SiO4)6O2。CMAS熔化后,对Er2SiO5/Er2Si2O7有很好的润湿性,Er2SiO5/Er2Si2O7与熔化的CMAS紧密接触并发生溶解,Er和Si会进入到熔融的CMAS中,磷灰石相Ca2Er8(SiO4)6O2从CMAS熔融物中结晶出来。Er2Si2O7块体经CMAS渗透后,生成的磷灰石相比较致密,能有效阻止CMAS通过柱状晶间隙或者孔洞继续大量渗入,CMAS的渗透速率明显降低,渗透深度比同腐蚀时间下对Er2SiO5的要小。结论稀土铒双硅酸盐Er2Si2O7可以有效阻止CMAS渗入,表现出更好的CMAS腐蚀抗性。