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High-temperature corrosion of sintered RE_(2)Si_(2)O_(7)(RE=Yb and Ho)environmental barrier coating materials by volcanic ash
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作者 Ayahisa Okawa Son Thanh Nguyen +7 位作者 Tadachika Nakayama Thi-Mai-Dung Do Hisayuki Suematsu Shu Yin Takuya Hasegawa Tsuneo Suzuki Takashi Goto Koichi Niihara 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期1628-1638,共11页
Rare-earth silicates are promising environmental barrier coatings(EBCs)that can protect SiC_(f)/Si C_(m)substrates in next-genera tion gas turbine blades.Notably,RE_(2)Si_(2)O_(7)(RE=Yb and Ho)shows potential as an EB... Rare-earth silicates are promising environmental barrier coatings(EBCs)that can protect SiC_(f)/Si C_(m)substrates in next-genera tion gas turbine blades.Notably,RE_(2)Si_(2)O_(7)(RE=Yb and Ho)shows potential as an EBC due to its coefficient of thermal expansion(CTE)compatible with substrates and high resistance to water vapor corrosion.The target operating temperature for next-generation tur bine blades is 1400°C.Corrosion is inevitable during adhesion to molten volcanic ash,and thus,understanding the corrosion behavior o the material is crucial to its reliability.This study investigates the high-temperature corrosion behavior of sintered RE_(2)Si_(2)O_(7)(RE=Yb and Ho).Samples were prepared using a solid-state reaction and hot-press method.They were then exposed to volcanic ash at 1400°C for 224,and 48 h.After 48 h of exposure,volcanic ash did not react with Yb_(2)Si_(2)O_(7)but penetrated its interior,causing damage.Meanwhile Ho_(2)Si_(2)O_(7)was partially dissolved in the molten volcanic ash,forming a reaction zone that prevented volcanic ash melts from penetrating the interior.With increasing heat treatment time,the reaction zone expanded,and the thickness of the acicular apatite grains increased The Ca:Si ratios in the residual volcanic ash were mostly unchanged for Yb_(2)Si_(2)O_(7)but decreased considerably over time for Ho_(2)Si_(2)O_(7).Th Ca in volcanic ash was consumed and formed apatite,indicating that RE^(3+)ions with large ionic radii(Ho>Yb)easily precipitated apatit from the volcanic ash. 展开更多
关键词 environmental barrier coating volcanic ash rare-earth disilicate CORROSION
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Oxidation Performance of Ytterbium Disilicate/Silicon Environmental Barrier Coating via Optimized Air Plasma Spraying 被引量:1
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作者 Yingjie Jian Yanfei Wang +1 位作者 Rongjun Liu Fan Wan 《Journal of Materials Science and Chemical Engineering》 2021年第4期19-26,共8页
<div style="text-align:justify;"> Environmental barrier coatings (EBCs) play a critical role in mitigating the degradation of SiC<sub>f</sub>/SiC ceramic matrix composites (CMCs) in complex... <div style="text-align:justify;"> Environmental barrier coatings (EBCs) play a critical role in mitigating the degradation of SiC<sub>f</sub>/SiC ceramic matrix composites (CMCs) in complex combustion environment, and improve the service life of thermal engine components. In this paper, by adjusting the parameters of atmospheric plasma spraying (APS), the spraying process of ytterbium disilicate (Yb<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub>) under a lower power has been optimized. A two-layer EBC system consisting of ytterbium disilicate and silicon is prepared on the SiC<sub>f</sub>/SiC composite substrate by using optimized technological parameters. The thermal resistance and water oxygen corrosion resistance of such two-layer EBC system are investigated. The results indicate that the current ytterbium disilicate/silicon EBC system exhibits good phase stability, excellent water vapor and oxygen corrosion resistance. However, the exposed silicon bonding layer tends to generate an excessive thermal growth oxide (TGO) layer known as SiO<sub>2</sub>, leading to an early spallation of the coating. </div> 展开更多
关键词 environmental barrier coating Air Plasma Spraying Ytterbium Disilicate SiCf/SiC Composites
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Realizing the excellent oxidation resistance of an environmental barrier coating through aluminum surface modification
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作者 Lin Dong Wen-Qi Yang +2 位作者 Lin Chen Guan-Jun Yang Chang-Jiu Li 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期976-986,共11页
The lifetime of Si-based environmental barrier coatings(EBCs)is constrained by thermally grown SiO_(2)oxidelayer(SiO_(2)-TGO),which can cause premature cracking and spalling.To address this issue,a new approach for su... The lifetime of Si-based environmental barrier coatings(EBCs)is constrained by thermally grown SiO_(2)oxidelayer(SiO_(2)-TGO),which can cause premature cracking and spalling.To address this issue,a new approach for surfacemodification using aluminum is proposed.The oxidation performance was examined in a 50 vol%H_(2)O-50 vol%O_(2)environment at 1350℃for up to 300 h.The results indicate that a dense ytterbium aluminum garnet(YbAG)layer wasformed after modification,decreasing the porosity by 80%.Due to the elimination of fast diffusion channels and the lowoxygen permeability of YbAG,aluminum modification significantly reduced the growth rate of SiO_(2)-TGO by nearly twoorders of magnitude.Consequently,its thickness decreased by more than 70%after 300 h of exposure.A diffusioncontrolled oxidation mechanism indicates that the modified dense surface is equivalent to an initial SiO_(2)layer with a specificthickness,causing a shift in the oxidation time and increasing the oxidation resistance.This research provides valuableinsights for designing Si-based EBC with improved lifetimes. 展开更多
关键词 environmental barrier coating(EBC) OXIDATION MODIFICATION diffusion CRACKING
原文传递
航机CMC热端部件用热喷涂涂层的机遇与挑战
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作者 陶顺衍 杨加胜 +5 位作者 邵芳 吴应辰 赵华玉 董绍明 张翔宇 熊瑛 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1077-1083,共7页
随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能... 随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能不足等问题,发动机CMC热端部件用热喷涂涂层成为亟待解决的技术瓶颈。本文结合国外航空发动机热端部件选材方案的更迭及工程应用实例,分析了发动机热端部件采用高温合金+气膜冷却+热障涂层方案的技术局限性,明确了CMC+适量气膜冷却+环境障碍涂层方案的技术优势;综述了CMC用热与环境障碍涂层(Thermal and Environmental Barrier Coatings, TEBCs)和环境障碍可磨耗封严涂层(Environmental Barrier Coatings-Abradable Sealing Coatings, EBCs-ASCs)的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者的研究成果;辨析了面向更高温燃气来流时热喷涂环境障碍涂层面临的机遇与挑战,为后续TEBCs的组分和结构设计以及制备明确了方向,并对今后研究工作的重点进行了展望。 展开更多
关键词 热喷涂 环境障碍涂层 热与环境障碍涂层 可磨耗封严涂层 陶瓷基复合材料 专题评述
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CMC-EBC损伤耦合机理及一体化设计研究进展
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作者 方光武 谢浩元 +2 位作者 张华军 高希光 宋迎东 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期647-661,共15页
陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后,综述了CMC-EBC在服役... 陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后,综述了CMC-EBC在服役环境下的主要损伤模式与失效机理,总结发现CMC预制体结构、孔洞缺陷和EBC内裂纹等损伤演化相互影响,这种细观损伤模式的耦合是决定其寿命的关键因素之一,但目前的机理研究主要集中于涂层本身性能及其受环境因素的影响,缺乏对涂层和复合材料编制结构在损伤演化过程中协同效应的考虑。接下来,详细分析了CMC-EBC的失效模拟与预测模型研究的历史与现状,指出其中存在的问题,包括环境因素建模方法和损伤耦合演化模拟技术。目前大部分工作致力于分别开发CMC和EBC的失效模型,而对于CMC-EBC构件的失效预测应考虑其损伤演化与微观结构之间的相互耦合影响。最后,对CMC-EBC材料体系研发与服役性能预测方法进行了展望,认为CMC本体和EBC失效模式相互耦合,开展结构功能一体化设计和分析是CMC-EBC构件研究的趋势。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 环境障碍涂层 损伤耦合 失效模型 一体化设计 综述
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碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层结合强度 被引量:1
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作者 苏超群 邓龙辉 +9 位作者 刘若愚 蒋佳宁 云海涛 李归 苗小锋 陈文博 易出山 刘俐 董淑娟 曹学强 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期198-206,共9页
SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性... SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中,其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标,但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素,包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限,以及Si黏结层的制备工艺等,获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中,基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位,其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa,它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似,均低于同样工艺制备的莫来石或Yb2Si2O7涂层。 展开更多
关键词 碳化硅 复合材料 环境障涂层 结合强度
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高熵碳化物材料研究进展
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作者 何忠书 丁方政 +7 位作者 玄伟东 张强 赵云松 宋浩睿 邵冠兰 陈建国 王保军 任忠鸣 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期87-99,共13页
高熵陶瓷是近年来得到快速发展的新型材料,吸引了许多研究者的关注,具有的高熵效应赋予了其优异的性能。其中高熵碳化物具有优异的硬度、断裂韧性、隔热性能与抗腐蚀性能,在环境障涂层、热障涂层等领域具有广阔的应用前景。本文详细介... 高熵陶瓷是近年来得到快速发展的新型材料,吸引了许多研究者的关注,具有的高熵效应赋予了其优异的性能。其中高熵碳化物具有优异的硬度、断裂韧性、隔热性能与抗腐蚀性能,在环境障涂层、热障涂层等领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了高熵碳化物的预测理论、合成方法,同时对其抗氧化性能、力学性能、耐腐蚀性能以及隔热性能等方面进行了综述,指出了高熵碳化物在制备应用方面面临的问题,最后展望了高熵碳化物的发展方向。 展开更多
关键词 高熵碳化物 合成方法 环境障涂层 热障涂层 力学性能 隔热性能 耐腐蚀性能
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先进航空发动机高温功能涂层研究进展
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作者 王一丹 郭谦 +9 位作者 周琪杰 张晨宇 宋炳儒 乔娇 樊东渊 何健 何雯婷 郭洪波 宫声凯 徐惠彬 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期48-69,共22页
航空发动机是飞机的“心脏”。先进航空发动机正在向高推重比、高效率、低油耗和长寿命方向发展。以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为代表的高温功能涂层应用于航空发动机关键热端部件,起着提升发动机服役性能、服役寿命... 航空发动机是飞机的“心脏”。先进航空发动机正在向高推重比、高效率、低油耗和长寿命方向发展。以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为代表的高温功能涂层应用于航空发动机关键热端部件,起着提升发动机服役性能、服役寿命和安全可靠性的重要作用。本文以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为例,系统概述了近年来国内外以及北京航空航天大学在高温功能涂层材料设计、涂层制备科学与技术、涂层性能评价表征等方面的研究进展,并展望了先进航空发动机新型高温功能涂层所面临的挑战和发展动向。未来先进高温功能涂层的研究重点将集中在多功能复合涂层、极端环境适应性和工艺适配性等方面。 展开更多
关键词 热障涂层 热/环境障复合涂层 高温隐身涂层 涂层制备技术
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硅基聚合物耐高温衍生陶瓷涂层制备与应用研究进展
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作者 陈科吉 李鹏飞 +2 位作者 徐彩虹 吴子剑 张宗波 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期12-23,共12页
随着航空航天领域的不断发展,金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能,可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来,聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一... 随着航空航天领域的不断发展,金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能,可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来,聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一种无机涂层制备的新方法。该方法具有制备工艺简便、涂层功能拓展性强等特点,得到了研究者越来越多的关注。本文主要综述了硅基聚合物前驱体转化陶瓷涂层的研究进展。首先从聚合物陶瓷涂层的制备展开,简要介绍了硅基聚合物前驱体、填料种类以及涂覆工艺和裂解方式对涂层结构以及性能的影响。随后,重点讨论了聚合物前驱体转化陶瓷涂层在耐高温防护领域,包括抗氧化、环境障、热障涂层的应用进展。最后,指出了聚合物陶瓷涂层在涂层性能提升及缺陷控制等方面的问题,并对其发展方向进行了展望,例如通过在硅基前驱体中引入Hf,Zr,Ta等超高温元素,提高陶瓷涂层的耐温等级,以及发展高效的陶瓷化新技术,从而提高陶瓷转化效率及涂层适用性范围等。 展开更多
关键词 聚合物前驱体转化法 陶瓷涂层 高温防护 抗氧化 环境障 热障
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热/环境障涂层用稀土铪酸盐的制备与性能研究现状
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作者 孙之芃 任雨桐 +5 位作者 廖贵秀 何灵 潘玲 周伟 肖鹏 李杨 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期16-27,共12页
归纳总结稀土铪酸盐材料的种类、制备方法、热学性能、力学性能以及抗低熔点氧化物熔盐腐蚀(CMAS)和高温水蒸气腐蚀的研究进展。现有研究表明,稀土铪酸盐具有低热导率、优异的高温相稳定性以及较好的抗CMAS腐蚀性能等特点,在T/EBC涂层... 归纳总结稀土铪酸盐材料的种类、制备方法、热学性能、力学性能以及抗低熔点氧化物熔盐腐蚀(CMAS)和高温水蒸气腐蚀的研究进展。现有研究表明,稀土铪酸盐具有低热导率、优异的高温相稳定性以及较好的抗CMAS腐蚀性能等特点,在T/EBC涂层领域展现了较好的应用前景。但为了克服单一稀土铪酸盐在抗水蒸气腐蚀和CMAS方面的局限,未来仍需针对多稀土组元/高熵化的稀土铪酸盐开展系统研究,进一步明晰组元引起的晶格畸变对材料理化性能的影响机制,探索防热、抗水蒸气腐蚀和抗CMAS等功能一体化的铪酸盐热-力-化多性能耦合调控方法及对应的材料制备工艺。 展开更多
关键词 稀土铪酸盐 热/环境障涂层 力学性能 热学性能 抗腐蚀性能
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大气等离子喷涂Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层的制备与水氧腐蚀行为
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作者 崔永静 郭孟秋 +4 位作者 马玉洁 周邦阳 范尚武 焦健 成来飞 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期37-45,共9页
以固相烧结法制备的Yb_(2)Si_(2)O_(7)粉体作为原材料,采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层... 以固相烧结法制备的Yb_(2)Si_(2)O_(7)粉体作为原材料,采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb_(2)Si_(2)O_(7)三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层的显微组织、相结构和力学性能。结果表明:粉体材料由83%Yb_(2)Si_(2)O_(7)相和17%Yb_(2)SiO_(5)相(质量分数)组成,等离子喷涂获得的Yb_(2)Si_(2)O_(7)层孔隙率为(6.61±0.65)%,涂层结合强度达(22.82±3.55)MPa,涂层断裂韧度达(1.98±0.12)MPa·m1/2。此外,涂层1350℃条件下水氧耦合腐蚀测试结果显示Yb_(2)Si_(2)O_(7)单斜相含量先降低后提高,硅黏结层高温氧化形成的热生长氧化物SiO_(2)与Mullite+BSAS界面相容,未发现Mullite+BSAS与Yb_(2)Si_(2)O_(7)层互扩散现象,硅层的损耗是涂层使用寿命的主要限制环节。 展开更多
关键词 环境障涂层 等离子喷涂 碳化硅陶瓷基复合材料 Yb_(2)Si_(2)O_(7)
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大气等离子喷涂Y_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的CMAS腐蚀抗力
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作者 李捷 罗志新 +3 位作者 崔阳 张广珩 孙鲁超 王京阳 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期671-680,I0001,I0002,共12页
探索能够有效抵抗1300℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate,CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3)体... 探索能够有效抵抗1300℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate,CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3)体系,采用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying,APS)技术制备了具有共晶成分的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。通过在1100、1300和1500℃对制备态涂层进行热处理,获得了具有不同微观结构的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。利用不同表征手段研究了YAG/Al_(2)O_(3)涂层抵抗1300℃CMAS腐蚀的性能及微观结构对涂层腐蚀抗性的影响。研究结果发现,经不同温度热处理的YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS的反应产物均为石榴石结构固溶体、CaAl_(2)Si_(2)O_(8)和Ca_(2)MgSi_(2)O_(7)。腐蚀机制研究发现,1100℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS反应界面的近连续分布石榴石固溶体层可有效阻隔CMAS腐蚀元素的扩散;1500℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层晶粒尺寸的增加及晶界数量的减少可降低涂层材料在CMAS中的溶解速率,二者均可通过影响腐蚀过程中的离子传输速率而影响各生成物的竞争析出,进而提升涂层的CMAS腐蚀抗力。本工作为YAG/Al_(2)O_(3)涂层热处理工艺优化提供了借鉴,并为通过微观结构优化调控YAG/Al_(2)O_(3)涂层的CMAS腐蚀抗力提供了新思路。 展开更多
关键词 YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3) 大气等离子喷涂 环境障涂层 CMAS腐蚀抗力 晶界腐蚀 热处理温度
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双硅酸镱环境障涂层的高温水氧腐蚀机理研究
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作者 胡祥鹏 蒋文昊 李彪 《材料保护》 CAS CSCD 2024年第3期63-69,共7页
陶瓷基复合材料构件在航空发动机燃气环境中面临严重的水氧腐蚀退化问题,在构件表面采用环境障涂层进行热防护是提高陶瓷基复合材料部件的高温性能、延长其使用寿命的有效措施。环境障涂层的高温稳定性对部件的结构完整性具有重要影响... 陶瓷基复合材料构件在航空发动机燃气环境中面临严重的水氧腐蚀退化问题,在构件表面采用环境障涂层进行热防护是提高陶瓷基复合材料部件的高温性能、延长其使用寿命的有效措施。环境障涂层的高温稳定性对部件的结构完整性具有重要影响。为了探明环境障涂层在高温下的水氧腐蚀失效行为和机理,针对大气等离子喷涂(APS)Yb_(2)Si_(2)O_(7)/莫来石/硅体系的环境障涂层系统,开展了其在1350℃、90%(体积分数)H_(2)O-10%O_(2)水/氧蒸汽环境中的静态高温水氧腐蚀试验,采用XRD、SEM、EDS等材料表征分析手段,研究涂层在高温静态水氧腐蚀环境中的失效行为,获得EBCs涂层微观结构及物相在腐蚀过程中的演变规律,揭示EBCs涂层的失效机理。结果表明:表面的Yb_(2)Si_(2)O_(7)与环境中的氧化剂(主要为水)反应生成挥发性物质Si(OH)_(4),导致Yb_(2)Si_(2)O_(7)被不断消耗,莫来石层中的Si元素与Yb_(2)Si_(2)O_(7)层中的稀土元素发生互扩散,使得高温化学反应过程和机理十分复杂;在经历500 h腐蚀后,涂层出现鼓包脱落而失效。 展开更多
关键词 环境障涂层 高温 水氧腐蚀
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高温燃气环境下SiCf/SiC和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料力学性能及损伤
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作者 王子媛 曹鑫鑫 +3 位作者 蒋婷 洪智亮 张程煜 朱旺 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期46-56,共11页
航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境,将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃,形成高温... 航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境,将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃,形成高温高速燃烧气体对材料进行考核。对SiC_(f)/SiC复合材料分别进行1200℃燃气环境10 h氧化实验和1000次热冲击实验,探究环境屏障涂层(environmental barrier coating,EBC)对SiC_(f)/SiC复合材料的防护作用。对燃气环境考核后的SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料进行单轴拉伸强度测试,并利用扫描电镜对其断口及截面微观形貌进行观察。结果表明:在燃气环境下氧化10 h后,SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料内部没有发生明显的界面层及纤维氧化,单轴拉伸强度下降不到2%;在燃气环境下经过1000次热冲击后,在SiC_(f)/SiC复合材料内部形成多处微裂纹并发生了界面层的氧化腐蚀,单轴拉伸强度下降41.3%;EBC涂层可以有效保护SiC_(f)/SiC复合材料免受高温燃气的氧化腐蚀,SiC_(f)/SiC-EBC复合材料在经过1000次热冲击后的单轴拉伸强度下降16.6%。 展开更多
关键词 航空发动机 SiC_(f)/SiC复合材料 环境屏障涂层 高温燃气 剩余强度
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二硅化钼改性硅酸镱环境障涂层的高温抗氧化行为及机理
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作者 梁锐辉 钟鑫 +4 位作者 洪督 赵芳霞 牛亚然 张振忠 郑学斌 《热喷涂技术》 2024年第1期100-108,共9页
新一代高推重比航空发动机的发展对环境障涂层(EBCs)的服役寿命和温度提出了苛刻的要求。稀土硅酸盐作为EBCs材料应用于面层,在服役过程中易产生纵向裂纹,为腐蚀性介质的侵蚀提供通道,严重影响EBCs的寿命。二硅化钼(MoSi_(2))具有优异... 新一代高推重比航空发动机的发展对环境障涂层(EBCs)的服役寿命和温度提出了苛刻的要求。稀土硅酸盐作为EBCs材料应用于面层,在服役过程中易产生纵向裂纹,为腐蚀性介质的侵蚀提供通道,严重影响EBCs的寿命。二硅化钼(MoSi_(2))具有优异的高温性能,有望改善稀土硅酸盐EBCs体系的高温性能。采用MoSi_(2)改性Yb_(2)SiO_(5)面层,通过真空等离子喷涂技术(VPS)分别制备了Yb_(2)SiO_(5)-XMoSi_(2)(X=0,5%和10%,体积分数)为面层,Yb_(2)Si_(2)O_(7)为中间层,Si为黏结层的三种环境障涂层体系。研究了涂层在1350℃长时间氧化前后显微结构演化过程。结果发现,掺杂MoSi_(2)涂层体系在高温氧化500 h后仍能保持结构完整且面层裂纹减少。原因在于,MoSi_(2)可消耗氧化剂,减缓涂层内部TGO的增长速率,反应产物Yb_(2)Si_(2)O_(7)与中间层成分一致,具有较好的化学相容性,有效改善了涂层体系的高温性能。 展开更多
关键词 环境障涂层 硅酸镱 MoSi_(2) 真空等离子喷涂 高温抗氧化行为
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陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能
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作者 袁世峰 郭婧 +3 位作者 郭孟秋 赵春玲 崔永静 焦健 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期82-94,共13页
随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙... 随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300℃高温氧化300 h保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。 展开更多
关键词 可磨耗环境障涂层 等离子喷涂 碳化硅陶瓷基复合材料 BSAS 高温性能
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Xenotime-type high-entropy(Dy_(1/7)Ho_(1/7)Er_(1/7)Tm_(1/7)Yb_(1/7)Lu_(1/7)Y_(1/7))PO_(4):A promising thermal/environmental barrier coating material for SiCf/SiC ceramic matrix composites 被引量:4
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作者 Peixiong Zhang Xingjun Duan +5 位作者 Xiaochang Xie Donghai Ding Tao Yang Xinmei Hou Yunsong Zhao Enhui Wang 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期1033-1045,共13页
Rare-earth phosphates(REPO4)are regarded as one of the promising thermal/environmental barrier coating(T/EBC)materials for SiCf/SiC ceramic matrix composites(SiC-CMCs)owing to their excellent resistance to water vapor... Rare-earth phosphates(REPO4)are regarded as one of the promising thermal/environmental barrier coating(T/EBC)materials for SiCf/SiC ceramic matrix composites(SiC-CMCs)owing to their excellent resistance to water vapor and CaO–MgO–Al_(2)O_(3)–SiO_(2)(CMAS).Nevertheless,a relatively high thermal conductivity(κ)of the REPO_(4) becomes the bottleneck for their practical applications.In this work,novel xenotime-type high-entropy(Dy_(1/7)Ho_(1/7)Er_(1/7)Tm_(1/7)Yb_(1/7)Lu_(1/7)Y_(1/7))PO4(HE(7RE_(1/7))PO_(4))has been designed and synthesized for the first time to solve this issue.HE(7RE_(1/7))PO_(4) with a homogeneous rare-earth element distribution exhibits high thermal stability up to 1750℃and good chemical compatibility with SiO_(2) up to 1400℃.In addition,the thermal expansion coefficient(TEC)of HE(7RE_(1/7))PO_(4)(5.96×10^(−6)℃^(−1) from room temperature(RT)to 900℃)is close to that of the SiC-CMCs.What is more,the thermal conductivities of HE(7RE_(1/7))PO_(4)(from 4.38 W·m^(−1)·K^(−1) at 100℃to 2.25 W·m^(−1)·K^(−1) at 1300℃)are significantly decreased compared to those of single-component REPO4 with the minimum value ranging from 9.90 to 4.76 W·m^(−1)·K^(−1).These results suggest that HE(7RE_(1/7))PO_(4) has the potential to be applied as the T/EBC materials for the SiC-CMCs in the future. 展开更多
关键词 high-entropy ceramics(HECs) (Dy_(1/7)Ho_(1/7)Er_(1/7)Tm_(1/7)Yb_(1/7))PO_(4)((7RE_(1/7))PO_(4)) thermal/environmental barrier coatings(T/ebcs) thermal expansion coefficient(TEC) thermal conductivity(κ)
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热障涂层抗CMAS腐蚀的表面改性研究进展
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作者 韩志勇 赖浩瀚 +1 位作者 张权 严慧羽 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期35-50,共16页
近年来,CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因,严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径,不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面,还能通过物... 近年来,CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因,严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径,不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面,还能通过物理屏障或化学牺牲层的形式来阻挡熔融CMAS的渗入与反应。重点围绕国内外表面改性技术提高热障涂层抗CMAS腐蚀性能方面取得的研究与突破,根据作用机理划分为机械法、物理表面改性、化学表面改性和电化学表面改性四大类,阐述了这4类改性技术的原理与应用,同时归纳了不同表面改性工艺的优缺点。探讨了第一性原理计算与有限元模拟在稀土氧化物掺杂的氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和钙钛矿等新型热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,以充分了解涂层微观组织结构和界面结构演变,为新型热障涂层的设计研究提供指导。最后,展望了TBCs在高温环境应用以及腐蚀防护的发展方向。 展开更多
关键词 热障涂层 硅酸盐环境沉积物(CMAS) 表面改性技术 材料计算与模拟 新型热障涂层陶瓷材料
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富铝CMAS对稀土硅酸盐环境障涂层的腐蚀行为与机制研究 被引量:2
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作者 范栋 钟鑫 +5 位作者 王亚文 张振忠 牛亚然 李其连 张乐 郑学斌 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期544-552,I0013,共10页
稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件,但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为... 稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件,但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为研究对象,采用大气等离子喷涂技术制备X1-Gd_(2)SiO_(5)、X^(2)-RE_(2)SiO_(5)(RE=Y,Er)涂层,并研究其在富Al_(2)O_(3)的CMAS熔盐环境(1400℃)的腐蚀行为与机制。结果表明,X^(2)-RE_(2)SiO_(5)(RE=Y,Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd_(2)SiO_(5)涂层,这与涂层材料的物相组成和晶体结构的稳定性等因素有关。经CMAS腐蚀25 h后,X1-Gd_(2)SiO_(5)涂层表面仅生成磷灰石相;X^(2)-RE_(2)SiO_(5)涂层不仅生成磷灰石相,涂层中的RE_(2)O_(3)还与CMAS中的Al_(2)O_(3)反应生成石榴石相。生成石榴石相可提高涂层表面CMAS中CaO、SiO_(2)的相对含量,促进磷灰石致密层的生成,从而改善其耐蚀性能。 展开更多
关键词 环境障涂层 稀土硅酸盐 CMAS腐蚀 腐蚀机理
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二硅化钼改性硅酸镱环境障涂层体系抗热震行为及机理 被引量:1
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作者 梁锐辉 钟鑫 +6 位作者 洪督 黄利平 吴一鸣 赵芳霞 牛亚然 张振忠 郑学斌 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期37-44,共8页
稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料,但在服役过程中,稀土硅酸盐面层易产生纵向裂纹,为腐蚀性介质进入EBCs体系内部提供通道,使硅黏结层发生氧化并产生裂纹,最终导致EBCs失效。二硅化钼(MoS... 稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料,但在服役过程中,稀土硅酸盐面层易产生纵向裂纹,为腐蚀性介质进入EBCs体系内部提供通道,使硅黏结层发生氧化并产生裂纹,最终导致EBCs失效。二硅化钼(MoSi_(2))具有优异的高温性能,有望改善稀土硅酸盐EBCs体系的高温稳定性。本工作采用MoSi_(2)改性Yb_(2)SiO_(5)面层,通过真空等离子喷涂技术(VPS)分别制备了以Yb2SiO5、Yb_(2)SiO_(5)-5%MoSi_(2)(体积分数,下同)和Yb_(2)SiO_(5)-10%MoSi_(2)作为面层,以Yb_(2)Si_(2)O_(7)作为中间层,以Si作为黏结层的三种环境障涂层体系,利用场发射扫描电子显微镜表征了涂层在1350℃热震前后的形貌变化。结果表明:掺杂MoSi_(2)不仅能改善涂层的损伤容限,还可消耗氧化性介质,减少其向涂层体系内部的扩散,使黏结层上TGO层厚度分别降低83%和88%,从而有效改善涂层体系的高温稳定性。 展开更多
关键词 环境障碍涂层 硅酸镱 MoSi_(2) 热震 真空等离子喷涂
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