硅基陶瓷復(fù)合材料,例如碳化硅連續(xù)纖維（SiCf）增強(qiáng)碳化硅（SiC）基復(fù)合材料（SiCf/SiC CMC）是未來燃?xì)廨啓C(jī)高溫結(jié)構(gòu)部件的重要候選材料,其應(yīng)用在高溫燃?xì)猸h(huán)境中須在基體表面施加熱障/環(huán)境屏障涂層（T/EBC）以提高基體的環(huán)境耐蝕性。T/EBC材料篩選和涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足一系列嚴(yán)苛的條件,包括良好的高溫穩(wěn)定性,優(yōu)異的隔熱性能,良好的抗氧化性能和抗低熔點(diǎn)氧化物腐蝕性能,與基體之間匹配的熱膨脹系數(shù)、化學(xué)相容性等。其中,低熱導(dǎo)率和適宜的熱膨脹系數(shù)是T/EBC材料篩選的首要條件。目前先進(jìn)T/EBC采用復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層的設(shè)計,其中稀土硅酸鹽陶瓷材料被用作擴(kuò)散阻擋層提高涂層體系的抗水蒸氣腐蝕能力,吸引了廣泛的關(guān)注。稀土硅酸鹽陶瓷家族龐大,晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不同稀土元素可以形成復(fù)雜的多晶型結(jié)構(gòu),然而關(guān)于其本征熱學(xué)性能機(jī)理的研究較少。因此,為了推進(jìn)稀土硅酸鹽陶瓷應(yīng)用于T/EBC涂層體系,優(yōu)化成分設(shè)計,須對其熱學(xué)性能及聲子行為進(jìn)行深入的研究。在理解其微觀機(jī)制的基礎(chǔ)上,結(jié)合“聲子工程”概念探究其作為T/EBC的性能優(yōu)化方案。本論文研究工作以此為背景,主要圍繞以下方面展開:采用第一性原理方法研究雙硅酸鹽β-... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２髙溫合金葉片與熱障涂層防護(hù)示意圖⑵??

ｗ?＂ＴＳｈｒｏｕｄｓ??Ｕ?漂??Ｎｏｚｚｌｅｓ?Ｗ??圖１．３?ＧＥ９Ｘ發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件采用ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ示意圖??ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在干燥的環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性，其表面通過氧化生成致??密的Ｓｉ０２膜可以作為擴(kuò)散阻擋層，有效防止基體進(jìn)一步氧化。然而，在含有高??流速水蒸氣的高溫燃?xì)猸h(huán)境中，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ表面的Ｓｉ〇２膜將與水蒸氣反應(yīng)生??成揮發(fā)性的氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)而被不斷沖刷，裸露的陶瓷基體將進(jìn)一步氧化，與水蒸氣??發(fā)生反應(yīng)［１３＿１５］。如此循環(huán)將導(dǎo)致基體表面退化，反應(yīng)機(jī)理如圖１．４所示。??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｇａｓ??Ｓｉ〇２（ｓ）＋２Ｈ．Ｏ（ｇ）＝Ｓｉ（ＯＨ）４（ｇ）??｜?〇２?ＡＳｉＣ（ｓ）＋２／３〇２（ｇ）＝Ｓｉ〇２（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）???—??—Ｉ??圖１．４?ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ與水蒸氣反應(yīng)機(jī)制示意圖??此外，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在含有Ｎａ，Ｖ，?Ｓ等元素的燃?xì)猸h(huán)境中易發(fā)生熱腐蝕［１６＿??１９１。這些元素在燃?xì)猸h(huán)境中生成具有腐蝕性的氧化物Ｎａ２〇，?Ｖ２Ｏ５，ＳＣｈ，?Ｓ〇３等??將沉積在Ｓｉ〇２保護(hù)膜上

流速水蒸氣的高溫燃?xì)猸h(huán)境中，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ表面的Ｓｉ〇２膜將與水蒸氣反應(yīng)生??成揮發(fā)性的氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)而被不斷沖刷，裸露的陶瓷基體將進(jìn)一步氧化，與水蒸氣??發(fā)生反應(yīng)［１３＿１５］。如此循環(huán)將導(dǎo)致基體表面退化，反應(yīng)機(jī)理如圖１．４所示。??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｇａｓ??Ｓｉ〇２（ｓ）＋２Ｈ．Ｏ（ｇ）＝Ｓｉ（ＯＨ）４（ｇ）??｜?〇２?ＡＳｉＣ（ｓ）＋２／３〇２（ｇ）＝Ｓｉ〇２（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）???—??—Ｉ??圖１．４?ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ與水蒸氣反應(yīng)機(jī)制示意圖??此外，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在含有Ｎａ，Ｖ，?Ｓ等元素的燃?xì)猸h(huán)境中易發(fā)生熱腐蝕［１６＿??１９１。這些元素在燃?xì)猸h(huán)境中生成具有腐蝕性的氧化物Ｎａ２〇，?Ｖ２Ｏ５，ＳＣｈ，?Ｓ〇３等??將沉積在Ｓｉ〇２保護(hù)膜上，并與之反應(yīng)生成熔點(diǎn)較低的液態(tài)硅化物，進(jìn)而在材料??表面留下凹坑或者在晶界等缺陷部位造成局部侵蝕（如圖１．５所示）【２Ｑ】，降低基??體材料性能。為了提高ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ結(jié)構(gòu)部件在極端環(huán)境中的耐蝕性，需要在??基體表面施加環(huán)境屏障涂層（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ?ｂａｒｒｉｅｒ?ｃｏａｔｉｎｇ，?ＥＢＣ）。??３??

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]高優(yōu)值half-Heusler熱電材料的能帶工程與聲子工程[D]. 付晨光.浙江大學(xué) 2016



本文編號：3221014