检索结果-南通市图书馆

作者：楼思余上海交通大学

学位级别：硕士

随着对燃气轮机效率要求的日益增高,燃气仓内的工作温度越来越高,这导致燃气仓内硅酸盐沉积物(CMAS)侵蚀问题日益严重。传统的8YSZ(8 wt.%氧化钇稳定氧化锆)热障涂层已被证实不能抵抗CMAS的腐蚀。YSZ/AlO复合材料能够有效缓解CMAS的腐... 详细信息

随着对燃气轮机效率要求的日益增高,燃气仓内的工作温度越来越高,这导致燃气仓内硅酸盐沉积物(CMAS)侵蚀问题日益严重。传统的8YSZ(8 wt.%氧化钇稳定氧化锆)热障涂层已被证实不能抵抗CMAS的腐蚀。YSZ/AlO复合材料能够有效缓解CMAS的腐蚀深度,有望成为CMAS防护层或者新一代热障涂层的候选材料。本文采用固相反应法制备了不同成分的陶瓷粉末,利用多孔无压烧结陶瓷块体研究了不同含量AlO对CMAS沉积物的防护作用。并利用大气等离子喷涂技术制备了YSZ传统陶瓷层和YSZ/AlO复合陶瓷层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等技术分析研究了复合陶瓷层的微观结构以及CMAS腐蚀行为。实验结果表明,复合涂层中的AlO与CMAS熔融物接触后迅速反应并生成钙长石、尖晶石等高熔点化合物,形成致密阻隔层,阻止CMAS的进一步渗入。并且AlO含量决定了复合涂层阻隔CMAS的效果,结合TBC陶瓷层对隔热性能的要求,本文提出最优复合涂层的组分为70 wt.%YSZ+30 wt.%AlO。大气等离子YSZ/AlO复合涂层的微观结构呈层状结构,这可以有效地缓解涂层内垂直裂纹的生长,提高涂层的热稳定性。通过对复合涂层的热导率计算,发现热障涂层的微观结构对涂层热导率的影响远大于AlO掺杂对涂层的影响,在高温下复合涂层的热导率的计算值约为1.0 W·m·K(1000℃)。本文通过实验和理论计算系统地探究了YSZ/AlO复合涂层的抗CMAS腐蚀性、热导率及热膨胀系数等综合性能,论证了其应用于下一代热障涂层的可行性。

关键词：热障涂层 CMAS 氧化铝氧化钇稳定氧化锆大气等离子喷涂

CMAS对YSZ涂层腐蚀引起的结构变化及其相变分布

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无机材料学报 2021年第10期36卷 1059-1066页

作者：樊文琪宋雪梅黄怡玲常程康上海应用技术大学材料科学与工程学院上海201418 中国科学院上海硅酸盐研究所无机材料分析测试中心上海200050

为了研究高温环境中钙镁铝硅酸盐(CMAS)对氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)涂层的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)等手段对涂层腐蚀前后的微观结构和相变进行了分析测试。... 详细信息

为了研究高温环境中钙镁铝硅酸盐(CMAS)对氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)涂层的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)等手段对涂层腐蚀前后的微观结构和相变进行了分析测试。研究结果表明:高温环境中CMAS腐蚀YSZ涂层从顶部到底部呈现层裂、致密、较致密以及层状结构的特征。在YSZ涂层的顶部发生了熔融/再结晶现象,导致涂层的t-ZrO_(2)相转变为m-ZrO_(2)相,从顶部至底部相变程度依次减弱。研究还发现,由于熔融的CMAS更易沿着涂层的晶界进行渗透和侵蚀,CMAS诱导相变主要发生在晶界处。

关键词： CMAS YSZ 层裂致密熔融/再结晶相变

SiCf/SiC复合材料Y-Al-Si-O微晶玻璃涂层的制备与性能

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SiCf/SiC复合材料Y-Al-Si-O微晶玻璃涂层的制备与性能

作者：路保福长安大学

学位级别：硕士

具备比强度高、比模量高、抗氧化和密度低等特性的SiC/SiC复合材料逐渐成为制备航空燃气发动机热端构件的热点材料。在发动机实际服役的燃气环境中,SiC/SiC性能会急剧衰退。在SiC/SiC表面制备环境障碍涂层(Environmental barrier coatin... 详细信息

具备比强度高、比模量高、抗氧化和密度低等特性的SiC/SiC复合材料逐渐成为制备航空燃气发动机热端构件的热点材料。在发动机实际服役的燃气环境中,SiC/SiC性能会急剧衰退。在SiC/SiC表面制备环境障碍涂层(Environmental barrier coating,EBC)是防止其在燃气环境下性能衰退的主要途径。目前,广泛应用的稀土硅酸盐EBC存在制备温度过高和缺陷过多等缺陷,需要发展新的EBC材料及制备工艺。此外,稀土硅酸盐EBC易遭受Calcium-magnesium aluminosilicate(CMAS)熔盐腐蚀而失效,必须改善稀土硅酸盐耐CMAS腐蚀性能。本研究制备了Y-Al-Si-O(YAS)玻璃,并以YAS为原料通过浆料法制备了EBC,对涂层进行了耐腐蚀测试,研究了YAS微晶玻璃的耐CMAS腐蚀性能。主要研究内容与结果如下:(1)采用熔融急冷法制备了5种YAS玻璃,均保持无定形态。随着YO含量的提高,玻璃中Si-O-Si/Al键的稳定性减弱。随着Al/Si的减小,玻璃的网络结构趋向解聚。这些结构的变化使玻璃在加热时易产生形核析晶。玻璃的熔融温度在1380～1400℃,在热处理过程中会析出YSiO和3AlO·2SiO晶体。(2)采用浆料涂刷法制备了YAS微晶玻璃涂层,涂层与SiC/SiC结合紧密。其中5#YAS微晶玻璃涂层与SiC/SiC紧密结合,涂层中气孔为闭气孔,不影响涂层防护作用;涂层渗入SiC/SiC并愈合了复合材料的缺陷,有基体改性之效。YAS微晶玻璃涂层在高温空气和水氧环境下均保持结构完整且与SiC/SiC结合良好。在高温空气环境下,涂层晶化程度增大;在高温水氧环境下,涂层表面产生晶粒带,内部晶粒交错堆叠,有助于提高微晶玻璃涂层的耐温性能。(3)通过烧结法制备了CMAS,其熔融温度为～1225℃,研究了YAS和CMAS的反应规律。在YAS和CMAS粉末本征反应条件下,反应产物包括CaY(SiO)(CYCS)和Ca AlSiO(Anorthite),其中Al含量较高的1,2和3#YAS-CMAS混合粉的反应产物中Anorthite的特征峰比4和5#YAS-CMAS混合粉的强。在界面腐蚀情况下,5组YAS被CMAS腐蚀的深度及反应行为分为两类,且符合光学碱度(OB,Λ)理论计算。高OB YAS(1,2和3#YAS)被CMAS腐蚀的深度较低,且随着Δ变小,腐蚀深度减小;YAS腐蚀后原位生成Anorthite层。低OB YAS(4和5#YAS)被CMAS腐蚀的深度较大,在～1270℃首先生成CYCS层,CYCS层对后续腐蚀反应有一定的屏障作用;在温度升高后,CYCS层在YAS一侧转变生成无定形相;随着Δ减小,CYCS层的晶粒尺寸减小,连续性减弱,腐蚀深度加大。(4)通过光学碱度计算结合实验,成功预测了不同组分的YAS的耐CMAS腐蚀性能。当光学碱度高于Λ,尤其是Δ小的YAS具有优异的耐CMAS腐蚀性能。

关键词： Y-Al-Si-O 微晶玻璃环境屏障涂层 CMAS 耐腐蚀性能

基于第一性原理研究纳米YSZ表面活性及其与CMAS的润湿机制

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基于第一性原理研究纳米YSZ表面活性及其与CMAS的润湿机制

作者：李冰天南昌航空大学

学位级别：硕士

氧化钇部分稳定的氧化锆(Yttria-stabilized Zirconia,简称YSZ)广泛用作航空发动机热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)材料。然而,外界环境带入的沉积物(主要成分为CaO、MgO、AlO、SiO,简称CMAS)会严重腐蚀热障涂层,引起热障涂层... 详细信息

氧化钇部分稳定的氧化锆(Yttria-stabilized Zirconia,简称YSZ)广泛用作航空发动机热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)材料。然而,外界环境带入的沉积物(主要成分为CaO、MgO、AlO、SiO,简称CMAS)会严重腐蚀热障涂层,引起热障涂层服役寿命大幅度下降。因此如何提高热障涂层表面抗CMAS腐蚀能力是提升其使用寿命的关键技术之一。本文采用密度泛函理论(Density functional theory,简称DFT)计算方法,系统研究了熔融CMAS在YSZ块体表面和纳米微表面的润湿能力,通过粘附功、表面张力、黏度等参数探索了CMAS/YSZ的润湿性机制,获得具有疏熔融CMAS的YSZ表面,从而提高YSZ抗CMAS腐蚀能力,得到以下结论:(1)通过研究纳米YSZ晶体的表面活性发现,YSZ块体表面与纳米微表面的表面能变化趋势为:E[(010×010)]>E[(111×010)]>E[(101×010)]>E[(111×101)]>E[(101×101)]>E(111)块体表面>E(101)块体表面>E(010)块体表面,其中,纳米微表面模型E[(010)×(010)](4×4))表面能最大达到6.7667Jm,是块体表面YSZ(111)最大表面能1.3964 Jm的5倍,从而纳米微表面化学活性强于块体表面。电子结构分析显示,纳米微表面YSZ[(010×010)]的高活性来源于其更高的费米能级能量-1.8403eV,更宽的赝能隙,以及最大的表面原子键长Δd(O-Zr)(0.03?)和表面原子电荷ΔQ(O-Zr)(0.26)。同时发现了YSZ纳米微表面与块体表面表面能存在一定的函数关系,即Y=N×B,其中B是两个组成块体表面表面能的平均值,N是一个正整数,Y为纳米微表面的表面能。(2)CMAS熔体在YSZ块体表面的润湿动力学模拟发现,接触角变化趋势为YSZ(110)YSZ(001)>YSZ(111)>YSZ(101)>YSZ(010),表明CMAS熔体在YSZ(110)的润湿性最好,在YSZ(010)表面的润湿性最差。对其表面张力和黏度计算,发现CMAS/YSZ(110)的表面张力(γ=0.27 Jm)小于CMAS/YSZ(010)(γ=0.37 Jm),黏度系数值却非常接近。从原子角度考察CMAS/YSZ(110)与CMAS/YSZ(010)润湿性差异本质,发现在高温环境下,疏熔融CMAS性的CMAS/YSZ(010)界面Ca、Mg、Al、Si、O离子分布没有明显的变化,而亲熔融CMAS性的CMAS/YSZ(110)界面离子,特别是Mg、Si和O离子重新分布,其中Mg离子渗透到YSZ表层,而Si离子和O离子更接近YSZ(110)表面。CMAS/YSZ界面离子分布的差异源于YSZ(110)表面比YSZ(010)表面具有更多的氧原子,从而表现出更高的活性。(3)CMAS熔体在YSZ纳米微表面的润湿动力学模拟发现,接触角变化趋势为YSZ[(101×101)]>YSZ[(010×101)]>YSZ[(010×010)],粘附功的变化趋势为:YSZ[(101×101)]CMAS在YSZ[(010×010)]的润湿性最好,在YSZ[(101×101)]表面的润湿性最差,但CMAS在YSZ纳米微表面的润湿角都小于38°±2°,表现出良好的亲熔融CMAS性。从原子角度考察熔融CMAS在YSZ纳米微表面与熔融CMAS在YSZ块体表面润湿性的差异,发现在高温环境下,CMAS/YSZ界面中Y元素从YSZ中析出,向CMAS熔体中偏聚;而CMAS中Ca、Si两元素向YSZ中偏聚,同时CMAS/YSZ接触的高活性位点完全熔化,导致CMAS在YSZ纳米微表面相对其在YSZ块体表面表现出更好的润湿性。

关键词： YSZ热障涂层 CMAS 第一性原理纳米微表面润湿性微观机制

Cf/SiC表面Si/(Er2SiO5，Er2Si2O7)/热障涂层的CMAS热腐蚀行为研究

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Cf/SiC表面Si/(Er2SiO5，Er2Si2O7)/热障涂层的CMAS热腐蚀行为研究

作者：朱林程哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是航空航天、武器装备等领域极有发展潜力的热端材料。然而在工作温度高于1200℃时,大气中的环境沉积物(CMAS)会熔化并腐蚀热端部件,这大大的制约了C/SiC的发展和应用前景。本文采用ErSiO,ErSiO... 详细信息

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是航空航天、武器装备等领域极有发展潜力的热端材料。然而在工作温度高于1200℃时,大气中的环境沉积物(CMAS)会熔化并腐蚀热端部件,这大大的制约了C/SiC的发展和应用前景。本文采用ErSiO,ErSiO稀土硅酸盐陶瓷作为涂层材料,研究CMAS对两种稀土铒硅酸盐的腐蚀行为。本文通过固相合成法首先制备ErSiO,ErSiO粉末,对该粉末进行喷雾干燥处理后进行高温烧结制备块体。通过大气等离子喷涂法在C/SiC基体表面制备ErSiO,ErSiO陶瓷涂层,然后分别研究CMAS对硅酸铒块体及涂层的腐蚀行为。由CMAS对稀土铒硅酸盐块体的高温腐蚀试验发现,由于CMAS对稀土铒硅酸盐有较好的润湿性,ErSiO,ErSiO中的Er及Si元素会被溶解到CMAS中,并析出柱状的CaEr(SiO)O磷灰石相,这种磷灰石相具有阻挡CMAS进一步侵蚀涂层的作用。试验发现在与CMAS反应后ErSiO相比ErSiO生成CaEr(SiO)O磷灰石相的速度更快。由CMAS对稀土铒硅酸盐涂层的高温腐蚀试验发现,在腐蚀8h后CMAS渗透ErSiO涂层深度仅为5μm,在腐蚀48h后,未脱落的涂层部分CMAS渗透深度约20μm。在CMAS腐蚀ErSiO涂层48h后,CMAS渗透深度大概为200μm,几乎渗透整个涂层。ErSiO涂层相比ErSiO涂层表现出优异的抗CMAS性能。CMAS对两种稀土铒硅酸盐涂层腐蚀过程中:CMAS与ErSiO快速反应并生成致密的CaEr(SiO)O磷灰石相反应层,封堵住涂层表面孔洞及微裂纹,能有效阻止CMAS进一步渗透。CMAS与ErSiO反应很慢,随着时间延长,CMAS将完全与ErSiO涂层反应,所形成的CaEr(SiO)O磷灰石相反应层极不致密,抗CMAS腐蚀效果较差。

关键词： CMAS Er2SiO5 Er2Si2O7 失效抗腐蚀性腐蚀机理

LaPO4陶瓷的制备及其抗CMAS腐蚀性能

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LaPO4陶瓷的制备及其抗CMAS腐蚀性能

作者：双迎钗内蒙古工业大学

学位级别：硕士

陶瓷热障涂层(TBCs)因其具有较低的热导率,高熔点,耐腐蚀等优异性能,被广泛应用于燃气轮机热端部件的高温防护。现今应用最为广泛的TBCs材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ,8wt.%yttria partially stabilized zirconia)。但是YSZ涂层由于... 详细信息

陶瓷热障涂层(TBCs)因其具有较低的热导率,高熔点,耐腐蚀等优异性能,被广泛应用于燃气轮机热端部件的高温防护。现今应用最为广泛的TBCs材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ,8wt.%yttria partially stabilized zirconia)。但是YSZ涂层由于在1200C以上发生高温相变和烧结,已经无法满足下一代高性能航空发动机涡轮叶片的设计是使用要求。因此,开发新型热障涂层材料已经成为研制下一代高性能航空发动机的关键课题。LaPO作为TBCs候选材料之一受到越来越多的关注。本文使用La(NO)+NHHPO作为原料,采用化学沉淀法制备了LaPO前驱体。采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了LaPO陶瓷块材。将CMAS(CaO-MgO-AlO-SiO)粉末涂覆在LaPO陶瓷表面,研究了不同条件对LaPO陶瓷块材抗CMAS腐蚀性能的影响。使用XRD、SEM对LaPO粉末、块材及CMAS腐蚀产物的相组成、显微结构,以及使用高温热膨胀仪、激光导热仪对块材热膨胀性能、热导率性能进行了研究。化学共沉淀法制备的LaPO前驱体经1000℃煅烧后得到了结晶完全、粒径为00nm的球形单斜相LaPO粉末。采用放电等离子烧结方法(SPS)在1300℃制备出致密度为98.89%且具有织构的LaPO陶瓷块材。LaPO陶瓷块材的热膨胀系数在1200℃下为9.56×10K,热导率在1000℃下为1.24W/(m·K),经1450℃长时间热处理后热膨胀系数及热导率分别为10.25×10K和1.5W/(m·K)。CMAS腐蚀研究结果表明:两种腐蚀介质CMAS(混合氧化物)和CMAS(非晶态)的低共熔点都在1200℃左右,采用CMAS(混合氧化物)作为腐蚀物更利于研究腐蚀机理。1200℃时CMAS(混合氧化物)开始腐蚀LaPO陶瓷块材,1250℃下CMAS(氧化物)完全熔融粘结在陶瓷表面,主要腐蚀产物为CaAlSiO、CaSiO、CaLa(PO)和CaLa(SiO)O。1250℃下腐蚀结果表明,热处理初期腐蚀速率随时间的增加而增加,4h后腐蚀速率逐渐降低,CaLa(SiO)O形成的致密腐蚀产物层阻挡了CMAS的渗透。CMAS腐蚀LaPO陶瓷块材的作用过程为:CMAS渗入块材→CMAS与LaPO发生化学反应→其中一种生成物自身形成致密层,另一种产物继续与LaPO发生反应→反应完全,形成新腐蚀层。LaPO由于表面的不润湿性及形成的新相腐蚀产物层能有效地抑制CMAS向涂层内部的进一步渗入,表现出了较为优异的抗CMAS腐蚀性能。

关键词： LaPO4 热障涂层 CMAS

CMAS沉积物对等离子喷涂纳米热障涂层组织结构及力学性能影响

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东方汽轮机 2019年第1期 58-63页

作者：孙友贝李定俊范华邓力文东方汽轮机有限公司四川德阳618000

采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及纳米压痕等方法研究了在1 250℃下经不同热处理时间后CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2(CMAS)对纳米YSZ热障涂层组织结构及力学性能的影响。结果表明,不同热处理时间后CMAS渗入区均分为反应层和致密... 详细信息

采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及纳米压痕等方法研究了在1 250℃下经不同热处理时间后CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2(CMAS)对纳米YSZ热障涂层组织结构及力学性能的影响。结果表明,不同热处理时间后CMAS渗入区均分为反应层和致密层。其中,反应层中的四方相ZrO2转变为单斜相ZrO_2,从4 h到40 h,反应层和致密层的硬度增量分别约为14.3%和16.1%,弹性模量分别约为8.0%和9.1%,硬度和弹性模量大小均依次为:致密层>反应层>未涂CMAS的涂层。

关键词：纳米热障涂层 CMAS 组织结构力学性能纳米压痕

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稀土饵硅酸盐CMAS腐蚀研究

稀土饵硅酸盐CMAS腐蚀研究

稀土硅酸盐陶瓷的高温抗CMAS熔盐腐蚀机理研究

中国稀土学会2020学术年会暨江西(赣州)稀土资源绿色...

作者：邹兵林朱林程马宝霞张永秋曹学强稀土资源利用国家重点实验室中国科学院长春应用化学研究所哈尔滨理工大学材料科学与工程学院硅酸盐建筑材料国家重点实验室武汉理工大学

采用大气等离子喷涂技术在CSiC表面制备了Si/ErSiO和Si/ErSiO热障涂层。对ErSiO、ErSiO粉末块体及其CSiC表面涂层的1300℃高温CMAS腐蚀行为进行了研究。块体的腐蚀研究发现,熔融CMAS对硅酸铒材料具有很好的润湿性,ErSiO,ErSiO中的Er和S... 详细信息

采用大气等离子喷涂技术在CSiC表面制备了Si/ErSiO和Si/ErSiO热障涂层。对ErSiO、ErSiO粉末块体及其CSiC表面涂层的1300℃高温CMAS腐蚀行为进行了研究。块体的腐蚀研究发现,熔融CMAS对硅酸铒材料具有很好的润湿性,ErSiO,ErSiO中的Er和Si元素被溶解到CMAS中,达到一定浓度时反应析出CaEr(SiO)O磷灰石相;ErSiO块体相比ErSiO块体表现出更优异的抗CMAS效果。涂层的腐蚀研究发现,腐蚀8h后CMAS渗透ErSiO涂层深度约5μm,腐蚀48h后未脱落的涂层CMAS渗透深度约20μm,然而CMAS腐蚀ErSiO涂层48h其渗透深度高达200μm;ErSiO涂层相比ErSiO涂层表现出更优异的抗CMAS性能。对比CMAS对块体与涂层的腐蚀行为可知,ErSiO块体相比涂层烧结很不致密,存在较高孔隙率,CMAS通过孔隙直接渗透进入块体内部,未形成致密的磷灰石相反应层抵挡CMAS侵蚀,因此表现出与涂层试验不同的试验结果。从CMAS对ErSiO,ErSiO涂层的腐蚀机理得出,ErSiO涂层与CMAS快速反应形成一层致密的CaEr(Si O)O磷灰石相,具有较好的抗CMAS效果;ErSiO涂层由于与CMAS反应较慢,形成的CaEr(Si O)O磷相反应层很不致密,因此不能很好的抵抗CMAS侵蚀。

关键词：硅酸铒 CMAS 热腐蚀热障涂层 Cf/SiC

来源： cnki会议评论

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稀土硅酸盐陶瓷的高温抗CMAS熔盐腐蚀机理研究