(YbLuTmY)SiO环境障涂层材料的制备及其性能

作     者：何翰伟 郭星晔 周正 吴旭 吴杨 

作者机构：北京工业大学材料科学与工程学院 北京市生态环境材料及其评价工程技术研究中心 

出 版 物：《中国表面工程》 (China Surface Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(51901006) 

主　　题：环境障涂层 高熵焦硅酸盐 无压烧结 热学性能 高温水蒸气腐蚀 

摘      要：环境障涂层（EBCs）可以有效保护Si C陶瓷基复合材料（CMC-SiC）免受航空发动机高温水氧环境中的腐蚀。稀土焦硅酸盐（RE2Si2O7）因其与SiC基体匹配的热膨胀系数和良好的高温性能，成为理想的EBC候选材料之一，然而其耐高温水蒸气腐蚀性能尚无法满足其服役需求，有待进一步优化。取四种稀土元素设计并制备一种新型高熵焦硅酸盐硅陶瓷(Yb0.25Lu0.25Tm0.25Y0.25)2Si2O7((4RE0.25)2Si2O7)。稀土元素Yb和Lu对应的焦硅酸具有单一的β相结构以及优秀的抗高温水氧腐蚀性能，稀土元素Tm和Y的焦硅酸也具有β相结构，以及较低的热导率。试验结果表明，采用无压烧结成功制备出具有单斜β相的(4RE0.25)2Si2O7块材，差示扫描量热法（DSC）曲线无明显的吸/放热峰，从室温到1300℃保持平直，具有良好的相稳定性。(4RE0.25)2Si2O7具有较低的热膨胀系数(CTE,2.66×10-6～3.84×10-6℃-1)和热扩散系数（0.41～0.92 mm2/s）。在1 300℃，90%Air-10%H2O的气氛中腐蚀200 h，质量损失仅0.625 mg/cm2，远低于Yb2Si2O7的失重，(4RE0.25)2Si2O7表现出了较好的抗高温水蒸气腐蚀能力。设计并制备的新型(Yb0.25Lu0.25Tm0.25Y0.25)2Si2O7高熵硅酸盐陶瓷在热学性能和抗高温水氧腐蚀性能方面具有一定优势，有望成为一种潜在的高性能环境障涂层材料。