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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(jī)理

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《Corrosion?Science》上發(fā)表論文。

2025-04-01

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(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。

2.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)。

3.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，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。

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