陶瓷基复合材料环境障涂层研究进展.pdf

《陶瓷基复合材料环境障涂层研究进展.pdf》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、论坛FORUM陶瓷基复合材料环境障涂层研究进展ResearchProgressofEnvironmentalBarrierCoatingsforSiCCeramicMatrixComposites中航工业复合材料技术中心先进复合材料国防科技重点实验室王岭焦健焦春荣在发动机工作环境下，高温、腐蚀介质、燃气冲刷以及复杂应力环境等多因素交互作用，SiC陶瓷基复合材料表面稳定性急剧恶化，成为制约其应用于航空发动机热端部件的主要因素之一。环境障涂层（EnvironmentalBarrierCoatings,EBC）可以有效解决这一难题，成为SiC陶瓷基复合材料应用于高推重比航空

2、发动机热端部件的关键技术。王岭SiC陶瓷基复合材料具有耐高温（长蚀介质、燃气冲刷以及复杂应力环博士，高级工程师，主要从事陶瓷基复合材料的研制及应用研究，课题方期使用温度最高达到1650℃）、低境等多因素交互作用，SiC陶瓷基向包括：高性能纤维表征以及表面改密度、高强度、高模量、抗氧化、抗烧复合材料表面稳定性急剧恶化，成性、高温功能/结构一体化陶瓷基复合蚀、对裂纹不敏感等特点，成为可以为制约其应用于航空发动机热端材料制备和应用、超高温陶瓷材料制备取代高温合金的最有潜力的热结构部件的主要因素之一。环境障涂及应用等。材料。该材料可以使航空发动机大层（Environmenta

3、lBarrierCoatings,幅度减重，减少燃气和冷却空气量，EBC）可以有效解决这一难题，成提高推重比。在航空发动机上，SiC为SiC陶瓷基复合材料应用于高推新一代高推重比航空发动机的陶瓷基复合材料主要应用于热端部重比航空发动机热端部件的关键技发展，必然导致航空发动机中燃气件，如尾喷管、燃烧室/加力燃烧室、术。温度的提高，相应造成高压涡轮热涡轮等，该材料可以提高工作温度达端部件表面温度的提高。高推重比到200~500℃，结构减重30%~50%，环境障涂层材料进展航空发动机热端部件表面温度将达已成为航空发动机提高推重比的关1环境障涂层材料的要求[1]到1400℃以

4、上，这远远超过了现有键热结构材料之一。SiC陶瓷基复合材料在高温干高温合金材料所能承受的温度范围。在发动机工作环境下，高温、腐燥环境下，表面生成一层致密、稳定50航空制造技术·2014年第6期论坛FORUMKeyTechnologyforCeramicMatrixComposites陶瓷基复合材料关键技术的SiO2，可以保护材料不发生进一步热发生结晶引起体积收缩，从而导致典型的等离子喷涂环境障涂层Si/莫[2][6]氧化，具有良好的表面稳定性。当裂纹发生。经过工艺改进后涂层来石＋BSAS/BSAS涂层结构见图[10]环境中含有水蒸汽时，SiC将发生较形成多晶态莫来石，

5、极大地提高了莫1。燃气发动机外场考核证明带有[3]大失重。这归因于SiO2与水蒸汽来石涂层的抗热冲击和可靠性，涂层EBC涂层（Si/mullite-BSAS/BSAS）的发生反应生成易于挥发的Si(OH)4，可以在空气中1300℃下保持1200h，SiC/SiC燃烧室衬套使用寿命能够延陶瓷基复合材料环境障涂层[11]如下式表示：高压热腐蚀环境中1000℃下保持长接近3倍。[7-8]SiO2(s)＋2H2O(g)＝Si(OH)4(g)。150h。BSAS作为面层材料也有不足，该反应对气流速率敏感，并随气20世纪90年代中期，SiO2在水主要是BSAS的最高工作温度不研究

6、进展流速率增加而反应加剧。因此SiC蒸汽环境生成挥发性的Si(OH)4的机能超过1300℃。相图分析，1311℃陶瓷基复合材料在发动机热端部件理被研究者认识到，环境障涂层研时BSA（BaAl2Si2O8）与质量分数长期使用必须有环境障涂层保护，避究的重点因此转移到对水蒸汽侵蚀为49%的SiO2生成低共熔化合ResearchProgressofEnvironmentalBarrierCoatingsforSiCCeramicMatrix免材料失效。的防护。莫来石具有较高的SiO2活物，同样BSAS也会与SiO2生成低Composites环境障涂层是指在发动机工作度（约0

7、.4），抗水蒸汽侵蚀能力弱，共熔化合物，形成玻璃相。由此会环境下使用的高温结构材料表面的在水蒸汽环境表面稳定性差。随后导致EBC涂层的损耗和过早失效中航工业复合材料技术中心先进复合材料国防科技重点实验室王岭焦健焦春荣防护涂层（一般为氧化物或氧化物混NASAGlenn研究团队尝试在莫来（>1300℃），这限制了其在更高温度合物陶瓷涂层），该涂层能够在高温石表面加上Y2O3部分稳定的ZrO2下的使用。通过大量测试数据研究，结构材料和发动机恶劣环境间设立（YSZ），但是因热胀系数不匹配造成NASAGlenn的研究团队认为Si/莫一道屏障，阻止或减小发动机环