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论文分享--Y-YbB4改性SiCf-SiC复合材料抗水氧腐蚀性能增强
2026-01-13
- YbB4改性SiCf-SiC复合材料抗水氧腐蚀性能增强
DOI：10.1016/j.ceramint.2023.08.354
西北工业大学热结构复合材料科学与技术实验室王晶研究员团队在期刊《Ceramics International》上发表了题为“Y/YbB4-modified SiCf/SiC composites with enhanced water-oxygen corrosion resistance”的论文。主要研究了Y/YbB4改性SiCf/SiC复合材料在高温水氧环境下的抗腐蚀性能，并与传统的CVI-SiCf/SiC复合材料进行了对比。
研究背景
SiCf/SiC复合材料是轻质、高强度的高温结构材料，广泛用于航空发动机的热结构部件。然而，当其在富含水蒸气的高温环境中服役时，SiC基体氧化生成的SiO₂会与水蒸气反应生成挥发性硅醇Si(OH)₄，该物质易被高速气流带走，导致材料快速腐蚀、性能退化甚至结构失效。
本研究首次提出采用Y/YbB₄同步改性SiCf/SiC复合材料，通过浆料浸渗与反应熔渗结合工艺，制备出低孔隙率、高致密、耐水氧腐蚀的新型复合材料。。
研究方法
- 制备多孔SiCf/SiC预成型体
- Y/YbB₆与树脂碳的引入
- Si-Y合金反应熔渗
水氧实验
在1200℃高温下，50 vol% H2O + 50 vol% O2的水氧混合物的流速是20 mL/min，实验时间分别是1，5，10，25，50，100h。
保护机制
- 物理屏障作用：致密基体阻碍水氧渗透
- 化学保护层：腐蚀过程中生成稳定的Y/Yb硅酸盐，抑制基体进一步腐蚀
研究结果
- 成功制备出低孔隙率（3.2%）、高致密的Y/YbB₄改性SiCf/SiC复合材料，采用SI+RMI工艺实现有效基体改性。
- 抗水氧腐蚀性能显著提升，1200°C腐蚀100 h后强度保持率达76.84%，较传统CVI工艺复合材料提高15.71%。
- 材料在腐蚀后仍保持伪塑性断裂行为，说明改性未损害其韧性，适用于高温高湿服役环境。
高温静态水氧腐蚀设备利用实验室测试方法,准确模拟涡轮发动机工作环境的高温、高水蒸气分压和水蒸气速度，针对材料的热腐蚀、水蒸气氧化腐蚀进行循环测试，以正确评估材料的热化学稳定性。该设备由进气控制系统、进液控制系统、均匀汽化装置、伴热管路及加热反应器等部分组成。主要适用于高温热障涂层、复合材料，合金等领域。
设备特点
·精准控制进液量
·液态水的均匀汽化和气体混合
·载气多量程可选：300ml/1000ml/3000ml（静态）
·最高温度可选：1200℃/1600℃
·可预设多组工艺，每组50段程序控制
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