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Y-YbB4改性SiCf-SiC復合材料抗水氧腐蝕性能增強

西北工業大學熱結構復合材料科學與技術實驗室王晶研究員團隊在期刊《Ceramics?International》上發表了論文。主要研究了Y/YbB4改性SiCf/SiC復合材料在高溫水氧環境下的抗腐蝕性能，并與傳統的CVI-SiCf/SiC復合材料進行了對比。

2026-01-05

DOI：10.1016/j.ceramint.2023.08.354

西北工業大學熱結構復合材料科學與技術實驗室王晶研究員團隊在期刊《Ceramics International》上發表了題為“Y/YbB4-modified SiCf/SiC composites with enhanced water-oxygen corrosion resistance”的論文。主要研究了Y/YbB₄改性SiCf/SiC復合材料在高溫水氧環境下的抗腐蝕性能，并與傳統的CVI-SiCf/SiC復合材料進行了對比。

研究背景

SiCf/SiC復合材料是輕質、高強度的高溫結構材料，廣泛用于航空發動機的熱結構部件。然而，當其在富含水蒸氣的高溫環境中服役時，SiC基體氧化生成的SiO?會與水蒸氣反應生成揮發性硅醇Si(OH)?，該物質易被高速氣流帶走，導致材料快速腐蝕、性能退化甚至結構失效。

本研究首次提出采用Y/YbB?同步改性SiCf/SiC復合材料，通過漿料浸滲與反應熔滲結合工藝，制備出低孔隙率、高致密、耐水氧腐蝕的新型復合材料。

研究方法

1、制備多孔SiCf/SiC預成型體

2、Y/YbB?與樹脂碳的引入

3、Si-Y合金反應熔滲

水氧實驗

在1200℃高溫下，50 vol% H₂O + 50 vol% O₂的水氧混合物的流速是20 mL/min，實驗時間分別是1，5，10，25，50，100h。

保護機制

1、物理屏障作用：致密基體阻礙水氧滲透

2、化學保護層：腐蝕過程中生成穩定的Y/Yb硅酸鹽，抑制基體進一步腐蝕

研究結果

1、成功制備出低孔隙率（3.2%）、高致密的Y/YbB?改性SiCf/SiC復合材料，采用SI+RMI工藝實現有效基體改性。

2、抗水氧腐蝕性能顯著提升，1200°C腐蝕100 h后強度保持率達76.84%，較傳統CVI工藝復合材料提高15.71%。

3、材料在腐蝕后仍保持偽塑性斷裂行為，說明改性未損害其韌性，適用于高溫高濕服役環境。

中環電爐設備

高溫靜態水氧腐蝕設備利用實驗室測試方法,準確模擬渦輪發動機工作環境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進行循環測試，以正確評估材料的熱化學穩定性。該設備由進氣控制系統、進液控制系統、均勻汽化裝置、伴熱管路及加熱反應器等部分組成。主要適用于高溫熱障涂層、復合材料，合金等領域。

設備特點

·◆?精準控制進液量

·◆?液態水的均勻汽化和氣體混合

·◆?載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml（靜態）

·◆?最高溫度可選：1200℃/1600℃

·◆?可預設多組工藝，每組50段程序控制