Y2O3-Al2O3-SiO2(YAS )玻璃陶瓷在1350℃水氧环境中的长期腐蚀行为和机理
西北工业大学热结构复合材料科学与技术实验室范尚武教授团队在期刊《Corrosion Science》上发表论文。
DOI：10.1016/j.ceramint.2023.06.089
西北工业大学热结构复合材料科学与技术实验室范尚武教授团队在期刊《Ceramics International》上发表了题为“Corrosion behavior and mechanism of the Y2O3–Al2O3–SiO2 system during long-term corrosion in water-oxygen environment at 1350℃ ”的论文。研究分析了高温水-氧气氛中(1350℃)长期腐Y2O3-Al2O3-SiO2(YAS)玻璃陶瓷的机理。Y2O3-Al2O3-SiO2 (YAS)玻璃陶瓷具有许多优异的性能，例如抗氧化、高温下高硬度和化学耐久性等，可以用作高温环境下的保护涂层。因此，研究Y2O3-Al2O3-SiO2 (YAS)玻璃陶瓷的微观结构演变和腐蚀机理对于其在高温水氧腐蚀环境中的应用至关重要。1.YSA玻璃陶瓷制备方法：11.1% Y2O3-12.3% Al2O3-76.6% SiO2(mol%)粉末与酒精混合进行磁混合，研磨得到均匀的粉末。5°C/min的加热速率加热至1650°C，加热120分钟然后淬火以获得玻璃样品，随后磨成粒径小于30 μm的玻璃粉。将粉末冷压成尺寸为8.0 × 8.0 × 3.0 mm3的原始坯料，然后在1370°C下热处理2小时，以获得高度预结晶的YAS玻璃陶瓷。2.水氧实验：温度为1350℃，50 vol% H2O + 50 vol% O2的水氧环境中进行测试，载气流速为200ml/min。在有效保温区内分别腐蚀5、30、60和100小时。Ø初始阶段：表面层中的方石英被破坏，Y2Si2O7 和莫来石分解为 Y2O3 和 Al2O3，腐蚀速率较慢。
Ø中间阶段： 残余玻璃相迅速结晶，导致 Y2Si2O7 和莫来石晶体生长，玻璃相减少。
Ø最终阶段： YAS 玻璃相完全结晶，不再包含自修复相，表面腐蚀和内部结晶引起的内部应力导致陶瓷开裂，腐蚀气体容易渗透到陶瓷内部，反应面积增大，腐蚀速率增加。
SiO2、 Y2Si2O7与蒸汽反应时，主要消耗 Si，导致陶瓷中某些富Si区域“硅耗尽”，形成YAl1.4Si1.7O7。天津中环电炉推出新款高温高速水氧腐蚀设备，工作温度最高可达1600℃。集成度高，对于气体及水蒸气流量稳定可控，水蒸气流速可高达150m/s。本产品利用实验测试方法，准确模拟涡轮发动机、燃气汽轮机合金及涂层的极端服役环境，针对材料的热腐蚀、水蒸气氧化腐蚀进行循环测试，以正确评价材料的热化学稳定性。
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