SiCf?/?SiC復合材料高溫水氧腐蝕性能研究-天津中環(huán)電爐股份有限公司

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SiCf?/?SiC復合材料高溫水氧腐蝕性能研究

沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司技術中心團隊在期刊《纖維復合材料》上發(fā)表了題為“SiCf?/?SiC復合材料高溫水氧腐蝕性能研究”的論文。系統(tǒng)研究了SiCf/SiC陶瓷基復合材料在模擬航空發(fā)動機高溫含水汽環(huán)境下的腐蝕行為與性能退化機理。

2026-06-26

沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司技術中心團隊在期刊《纖維復合材料》上發(fā)表了題為“SiCf / SiC復合材料高溫水氧腐蝕性能研究”的論文。系統(tǒng)研究了SiCf/SiC陶瓷基復合材料在模擬航空發(fā)動機高溫含水汽環(huán)境下的腐蝕行為與性能退化機理。

研究背景

隨著航空發(fā)動機向高推重比方向發(fā)展，渦輪前燃氣溫度不斷提高，對熱端部件材料的高溫強度、抗腐蝕性及抗氧化性能提出了更高要求。連續(xù)SiC纖維增韌SiC陶瓷基復合材料（SiCf/SiC）因具有低密度、優(yōu)異的高溫力學性能和抗氧化性能，被視為高溫合金的有力替代材料，有望應用于燃燒室火焰筒、導向器葉片、渦輪葉片等熱端部件。然而，在發(fā)動機實際工作環(huán)境下，高溫高速燃氣中不僅含有氧氣，還含有體積分數(shù)為5%~10%的水汽；水汽會與SiC被動氧化生成的致密SiO?膜反應生成揮發(fā)性產(chǎn)物（如Si(OH)?），從而加速材料的腐蝕退化。盡管已有大量研究針對不同形式SiC的氧化行為，但引入SiC纖維后，復合材料的氧化行為明顯不同于塊體SiC陶瓷，仍需深入理解SiCf/SiC復合材料在高溫水氧環(huán)境下的腐蝕退化機理，以推動其在先進航空發(fā)動機中的工程應用。

研究方法

1.樣品材料：CVI-PIP復合工藝制備SiC基體

2.水氧腐蝕實驗

◆?氣氛環(huán)境：1300℃，50%H?O-50%O?的混合氣體環(huán)境

◆?腐蝕時間：120小時

3.表征實驗結果

1)相成分變化

◆?腐蝕前：僅有SiC衍射峰

◆?腐蝕后：SiC峰減弱，α-SiO?峰增強，說明SiC氧化。

2)質量變化

◆?整個過程中質量持續(xù)增加，因為SiC氧化生成SiO?，體積膨脹。

3) ?微觀結構變化

◆?PyC界面層優(yōu)先被氧化，形成氣體產(chǎn)物(CO、CO?)，留下孔隙通道。

◆?水汽使生成的SiO?層變得疏松多孔，不再是致密保護層。

◆?120小時后，表面層明顯剝離脫落。

4) ?力學性能衰減

◆?腐蝕25小時：強度保留率?60%

◆?腐蝕60小時：強度保留率?15%

◆?60小時后：強度和模量趨于穩(wěn)定，材料呈脆性斷裂。

研究結果

PyC界面層是腐蝕的“弱點”，其氧化為氣體產(chǎn)物是性能退化的關鍵起點；腐蝕超過60小時后，復合材料強度和模量趨于穩(wěn)定，但已嚴重脆化。

中環(huán)電爐設備

天津中環(huán)推出高溫靜態(tài)/高速水氧腐蝕測試系列系統(tǒng)，利用實驗室測試方法,準確模擬渦輪發(fā)動機工作環(huán)境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進行循環(huán)測試，以正確評估材料的熱化學穩(wěn)定性。該設備由進氣控制單元、液體精確控制進液量單元、加熱蒸發(fā)器控制水的均勻汽化和氣體混合、伴熱管路、加熱反應器等組件構成。主要用于:各種功能陶瓷，結構陶瓷和陶瓷基復合材料，超高溫合金材料，高溫熱障涂層等領域。