Y2O3改性SiC陶瓷高温水氧行为研究

作者：张俊敏; 陈小武^*; 杨金山; 张翔宇; 阚艳梅; 廖春景; 胡建宝; 周海军; 董绍明^*

来源：中国材料进展, 2023, 42(06): 456-463.

• SiC陶瓷
• 高温水氧环境
• 水氧行为
• 耐水氧侵蚀机理
• 连续Y2Si2O7层

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)因高温水氧侵蚀致使力学性能急剧下降，限制了其热端部件在航空发动机中的长寿命服役。研究证实，该侵蚀主要表现为SiC基体和纤维与水、氧气反应生成气相Si(OH)4,导致质量耗散。因此，从组分、结构调控角度提升SiC耐水氧侵蚀性能已成为研究热点。对比研究了添加和未添加Y2O3对SiC陶瓷水氧侵蚀行为的影响。与SiC陶瓷相比，SiC-Y2O3陶瓷的氧化速率及挥发速率均明显下降，且随着氧化温度的升高，两者差距愈发明显，可见添加Y2O3后SiC陶瓷的耐水氧侵蚀性能得到明显改善。氧化后的陶瓷微观结构表明，SiC-Y2O3陶瓷氧化层明显更薄且更致密，进一步分析表明这主要由Y组分在陶瓷表面的迁移以及聚集所致。在侵蚀过程中，陶瓷内部的Y2O3会向SiC陶瓷表面迁移，并与SiO2反应形成β-Y2Si2O7,并逐渐聚集形成连续的Y2Si2O7层。因此，在氧化层与SiC陶瓷交界处形成了一个富Y2Si2O7/富Y2O3层。多层含Y氧化层在陶瓷表面形成水氧阻挡屏障，有效抑制了水氧介质向陶瓷内部的渗透与侵蚀。该研究结果为SiCf/SiC复合材料的耐水氧结构设计与调控提供了重要思路。

• 单位
  上海科技大学; 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室; 中国科学院上海硅酸盐研究所