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《碳化硅_SiC_基材料的高温氧化和腐蚀_潘牧》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第12卷第2期腐蚀科学与防护技术Vol.12No.22000年03月CORROSIONSCIENCEANDPROTECTIONTECHNOLOGYMar.2000*碳化硅(SiC)基材料的高温氧化和腐蚀潘牧南策文(武汉工业大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070)摘要评述了近年来SiC材料氧化和腐蚀研究的进展,分析讨论SiC腐蚀氧化机理、影响因素、气氛和融盐等的影响,比较了SiC材料在不同条件下的氧化腐蚀情况,同时指出了存在的问题.关键词碳化硅氧化腐蚀中图分类号TG174.45文献标识码A文章编号1002-6495(2000)02-0109-05HIGH
2、TEMPERATUREOXIDATIONANDCORROSIONOFSiC-BASEDMATERIALSPANMu,NANCewen(StateKeyLaboratoryofAdvanceTechnologyforMaterialSynthesisandProcessing,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,430070)ABSTRACTThedevelopmentofresearchonoxidationofSiC-basedmaterialsisreviewed.Theoxidationmechanismandtheeffe
3、ctofenvironmentarediscussed.KEYWORDSSiC,oxidation,corrosion碳化硅材料具有比金属和金属间化合物好的高天器鼻端和边缘用CPC复合材料的升级替代材[10]温强度和抗蠕变性能,比氧化物陶瓷好的热导率和料,目标是在1000~1500e温度下长期使用.为[1]抗热震性能.碳化硅材料家族主要包括SiC及以解决目前使用的CPC复合材料的高温氧化问题,采SiC为主相的材料、SiC纤维增强陶瓷材料以及CVD用了CVD沉积碳化硅涂层表面用玻璃密封剂处理-SiC,它们得到了较广泛的应用.SiC基材料已被用的办法.所有这些碳化硅
4、材料的应用目标都是在高[2~4]来制作热交换器,这种热交换器与金属热交换温恶劣环境下,因此材料的抗环境侵蚀性能及其提器相比可以在氧化气氛下用于更高的温度环境,从高抗环境侵蚀性能的措施引起了广泛的关注,是目而大幅度降低使用天然气或燃油的工业窑炉的操作前陶瓷材料研究的热点之一.成本,能源利用率可提高20%~30%,并可降低烟碳化硅材料在普通条件下(如大气中1000~气排放.碳化硅基材料如氮化硅结合碳化硅作为窑2000e)具有较好的抗氧化性能,这是由于在高温条[5~7][8]具用材料在高炉、高速烧嘴套管、铝熔炼炉窑件下碳化硅材料表面产生了一层非常薄的、致密的、[9]具
5、等场合下已开始得到应用,并取得很好的经济结合牢固的SiO2膜,氧在SiO2膜中的扩散系数非常效益,如在高炉上使用氮化硅结合碳化硅耐火砖后,小,因此碳化硅材料的氧化非常缓慢.在这种条件下高炉的炉龄由原来4~6年延长到10年以上,并且碳化硅材料的缓慢氧化称作钝性氧化(Passive有希望更长.陶瓷基复合材料特别是耐火纤维Oxidation).但在某些条件下,如在足够高的温度下(Nicalon,NextelorC)增强的SiC材料将成为目前航或较低的氧分压下,SiC表面上会生成一种挥发性的SiO,或者生成的SiO2膜被环境腐蚀,这导致碳化硅材料被快速氧化(活性氧化,A
6、ctiveOxidation).*国家自然科学基金资助项目(59602008)收到初稿:1999-03-08,收到修改稿:1999-04-27而碳化硅材料在使用过程中经常会遇到这种环境.作者简介:潘牧,男,1964年出生,副教授,博士近些年对碳化硅材料的氧化机理的研究已有许多工作,但由于碳化硅材料氧化问题的复杂性和实110腐蚀科学与防护技术12卷验条件要求苛刻,仍有许多基本问题尚未解决.SiC的氧化动力学虽然受到了广泛的关注,但远没有研究清楚.多数的研究仅报道了抛物线型氧1钝性氧化化动力学,即氧化速率受氧在SiO2膜中扩散的控[12]碳化硅材料在高温氧化气氛中表
7、面生成一层致制,用Dea-lGrove模型表示为:密的SiO2膜,氧在这层膜中的扩散非常慢,因此碳2[11]X+AX=B(t+P)(2)化硅的氧化也非常慢,这种氧化称为钝性氧化.其中X为SiO2膜的厚度,t是时间,A、B、S是经钝性氧化的反应式为:验常数,其中B称作抛物线反应速度常数.根据这3SiC(s)+O2ySiO2(s)+CO(g)(1)2个模型,SiC氧化动力学应与硅的氧化动力学规律表层SiC到SiO2的转变导致材料的净重增加,一致,但SiC氧化反应激活能为134~498[11,13]这是钝性氧化的特征之一.kJPmol,远高于硅氧化反应时的激活能(约1
8、19[12]1.1氧化过
