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Y2O3-Al2O3-SiO2(YAS )玻璃陶瓷在1350℃水氧環(huán)境中的長(zhǎng)期腐蝕行為和機(jī)理

發(fā)布時(shí)間：

2025-04-17

西北工業(yè)大學(xué)熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室范尚武教授團(tuán)隊(duì)在期刊《Ceramics International》上發(fā)表了題為“Corrosion behavior and mechanism of the Y2O3–Al2O3–SiO2?system during long-term corrosion in water-oxygen environment at 1350℃?”的論文。研究分析了高溫水-氧氣氛中(1350℃)長(zhǎng)期腐Y2O3-Al2O3-SiO2 ?(YAS)玻璃陶瓷的機(jī)理。

Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂(YAS )玻璃陶瓷在1350℃水氧環(huán)境中的長(zhǎng)期腐蝕行為和機(jī)理

DOI：10.1016/j.ceramint.2023.06.089

西北工業(yè)大學(xué)熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室范尚武教授團(tuán)隊(duì)在期刊《Ceramics International》上發(fā)表了題為“Corrosion behavior and mechanism of the Y₂O₃–Al₂O₃–SiO₂ system during long-term corrosion in water-oxygen environment at 1350℃ ”的論文。研究分析了高溫水-氧氣氛中(1350℃)長(zhǎng)期腐Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂

(YAS)玻璃陶瓷的機(jī)理。

研究背景

Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ (YAS)玻璃陶瓷具有許多優(yōu)異的性能，例如抗氧化、高溫下高硬度和化學(xué)耐久性等，可以用作高溫環(huán)境下的保護(hù)涂層。因此，研究Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ (YAS)玻璃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)演變和腐蝕機(jī)理對(duì)于其在高溫水氧腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用至關(guān)重要。

研究方法

YSA玻璃陶瓷制備方法：11.1% Y₂O₃-12.3% Al₂O₃-76.6% SiO₂(mol%)粉末與酒精混合進(jìn)行磁混合，研磨得到均勻的粉末。5°C/min的加熱速率加熱至1650°C，加熱120分鐘然后淬火以獲得玻璃樣品，隨后磨成粒徑小于30 μm的玻璃粉。將粉末冷壓成尺寸為8.0 × 8.0 × 3.0 mm³的原始坯料，然后在1370°C下熱處理2小時(shí)，以獲得高度預(yù)結(jié)晶的YAS玻璃陶瓷。
水氧實(shí)驗(yàn)：溫度為1350℃，50 vol% H₂O + 50 vol% O₂的水氧環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，載氣流速為200ml/min。在有效保溫區(qū)內(nèi)分別腐蝕5、30、60和100小時(shí)。
腐蝕機(jī)理：

初始階段：表面層中的方石英被破壞，Y₂Si₂O₇ 和莫來石分解為 Y₂O₃ 和 Al₂O₃，腐蝕速率較慢。
中間階段：殘余玻璃相迅速結(jié)晶，導(dǎo)致 Y₂Si₂O₇ 和莫來石晶體生長(zhǎng)，玻璃相減少。
最終階段： YAS 玻璃相完全結(jié)晶，不再包含自修復(fù)相，表面腐蝕和內(nèi)部結(jié)晶引起的內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致陶瓷開裂，腐蝕氣體容易滲透到陶瓷內(nèi)部，反應(yīng)面積增大，腐蝕速率增加。

研究結(jié)果

SiO₂、 Y₂Si₂O₇與蒸汽反應(yīng)時(shí)，主要消耗 Si，導(dǎo)致陶瓷中某些富Si區(qū)域“硅耗盡”，形成YAl_1.4Si_1.7O₇。

天津中環(huán)推出新款高溫高速水氧腐蝕設(shè)備，工作溫度最高可達(dá)1600℃。集成度高，對(duì)于氣體及水蒸氣流量穩(wěn)定可控，水蒸氣流速可高達(dá)150m/s。本產(chǎn)品利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，準(zhǔn)確模擬渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)馄啓C(jī)合金及涂層的極端服役環(huán)境，針對(duì)材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，以正確評(píng)價(jià)材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性。