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

發(fā)布時間:

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)實驗室范尚武教授團隊在期刊《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℃)長期腐Y2O3-Al2O3-SiO2 ?(YAS)玻璃陶瓷的機理。

Y2O3-Al2O3-SiO2(YAS )玻璃陶瓷在1350℃水氧環(huán)境中的長期腐蝕行為機理

DOI10.1016/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)實驗室范尚武教授團隊在期刊《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-氧氣氛中(1350℃)長期腐Y2O3-Al2O3-SiO2

 (YAS)玻璃陶瓷機理

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)演變和腐蝕機理對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

  1. 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,以獲得高度預(yù)結(jié)晶的YAS玻璃陶瓷。
  2. 水氧實驗:溫度為1350℃,50 vol% H2O + 50 vol% O2的水氧環(huán)境中進行測試,載氣流速為200ml/min。在有效保溫區(qū)內(nèi)分別腐蝕53060100小時。
  3. 腐蝕機理 
  • 初始階段:表面層中的方石英被破壞,Y2Si2O7 和莫來石分解為 Y2O3  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,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,主要消耗 Si,導(dǎo)致陶瓷中某些富Si區(qū)域硅耗盡,形成YAl1.4Si1.7O7

 

天津中環(huán)推出款高溫高速水氧腐蝕設(shè)備,工作溫度最高可達1600℃。集成度高,對于氣體及水蒸氣流量穩(wěn)定可控,水蒸氣流速可高達150m/s。本產(chǎn)品利用實驗測試方法,準(zhǔn)確模擬渦輪發(fā)動機、燃氣汽輪機合金及涂層的極端服役環(huán)境,針對材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進行循環(huán)測試,以正確評價材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性。

 

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