稀土硅酸盐材料热学性能的理论研究及声子工程调控
发布时间：2021-06-09 17:31
硅基陶瓷复合材料,例如碳化硅连续纤维（SiCf）增强碳化硅（SiC）基复合材料（SiCf/SiC CMC）是未来燃气轮机高温结构部件的重要候选材料,其应用在高温燃气环境中须在基体表面施加热障/环境屏障涂层（T/EBC）以提高基体的环境耐蚀性。T/EBC材料筛选和涂层结构设计需满足一系列严苛的条件,包括良好的高温稳定性,优异的隔热性能,良好的抗氧化性能和抗低熔点氧化物腐蚀性能,与基体之间匹配的热膨胀系数、化学相容性等。其中,低热导率和适宜的热膨胀系数是T/EBC材料筛选的首要条件。目前先进T/EBC采用复合结构涂层的设计,其中稀土硅酸盐陶瓷材料被用作扩散阻挡层提高涂层体系的抗水蒸气腐蚀能力,吸引了广泛的关注。稀土硅酸盐陶瓷家族庞大,晶体结构复杂,不同稀土元素可以形成复杂的多晶型结构,然而关于其本征热学性能机理的研究较少。因此,为了推进稀土硅酸盐陶瓷应用于T/EBC涂层体系,优化成分设计,须对其热学性能及声子行为进行深入的研究。在理解其微观机制的基础上,结合“声子工程”概念探究其作为T/EBC的性能优化方案。本论文研究工作以此为背景,主要围绕以下方面展开:采用第一性原理方法研究双硅酸盐β-...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２髙温合金叶片与热障涂层防护示意图⑵??
ｗ?＂ＴＳｈｒｏｕｄｓ??Ｕ?漂??Ｎｏｚｚｌｅｓ?Ｗ??图１．３?ＧＥ９Ｘ发动机关键部件采用ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ示意图??ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在干燥的环境中具有良好的稳定性，其表面通过氧化生成致??密的Ｓｉ０２膜可以作为扩散阻挡层，有效防止基体进一步氧化。然而，在含有高??流速水蒸气的高温燃气环境中，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ表面的Ｓｉ〇２膜将与水蒸气反应生??成挥发性的气态产物进而被不断冲刷，裸露的陶瓷基体将进一步氧化，与水蒸气??发生反应［１３＿１５］。如此循环将导致基体表面退化，反应机理如图１．４所示。??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｇａｓ??Ｓｉ〇２（ｓ）＋２Ｈ．Ｏ（ｇ）＝Ｓｉ（ＯＨ）４（ｇ）??｜?〇２?ＡＳｉＣ（ｓ）＋２／３〇２（ｇ）＝Ｓｉ〇２（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）???—??—Ｉ??图１．４?ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ与水蒸气反应机制示意图??此外，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在含有Ｎａ，Ｖ，?Ｓ等元素的燃气环境中易发生热腐蚀［１６＿??１９１。这些元素在燃气环境中生成具有腐蚀性的氧化物Ｎａ２〇，?Ｖ２Ｏ５，ＳＣｈ，?Ｓ〇３等??将沉积在Ｓｉ〇２保护膜上
流速水蒸气的高温燃气环境中，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ表面的Ｓｉ〇２膜将与水蒸气反应生??成挥发性的气态产物进而被不断冲刷，裸露的陶瓷基体将进一步氧化，与水蒸气??发生反应［１３＿１５］。如此循环将导致基体表面退化，反应机理如图１．４所示。??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｇａｓ??Ｓｉ〇２（ｓ）＋２Ｈ．Ｏ（ｇ）＝Ｓｉ（ＯＨ）４（ｇ）??｜?〇２?ＡＳｉＣ（ｓ）＋２／３〇２（ｇ）＝Ｓｉ〇２（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）???—??—Ｉ??图１．４?ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ与水蒸气反应机制示意图??此外，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在含有Ｎａ，Ｖ，?Ｓ等元素的燃气环境中易发生热腐蚀［１６＿??１９１。这些元素在燃气环境中生成具有腐蚀性的氧化物Ｎａ２〇，?Ｖ２Ｏ５，ＳＣｈ，?Ｓ〇３等??将沉积在Ｓｉ〇２保护膜上，并与之反应生成熔点较低的液态硅化物，进而在材料??表面留下凹坑或者在晶界等缺陷部位造成局部侵蚀（如图１．５所示）【２Ｑ】，降低基??体材料性能。为了提高ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ结构部件在极端环境中的耐蚀性，需要在??基体表面施加环境屏障涂层（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ?ｂａｒｒｉｅｒ?ｃｏａｔｉｎｇ，?ＥＢＣ）。??３??
【参考文献】：
博士论文
[1]高优值half-Heusler热电材料的能带工程与声子工程[D]. 付晨光.浙江大学 2016
本文编号：3221014
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２髙温合金叶片与热障涂层防护示意图⑵??
ｗ?＂ＴＳｈｒｏｕｄｓ??Ｕ?漂??Ｎｏｚｚｌｅｓ?Ｗ??图１．３?ＧＥ９Ｘ发动机关键部件采用ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ示意图??ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在干燥的环境中具有良好的稳定性，其表面通过氧化生成致??密的Ｓｉ０２膜可以作为扩散阻挡层，有效防止基体进一步氧化。然而，在含有高??流速水蒸气的高温燃气环境中，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ表面的Ｓｉ〇２膜将与水蒸气反应生??成挥发性的气态产物进而被不断冲刷，裸露的陶瓷基体将进一步氧化，与水蒸气??发生反应［１３＿１５］。如此循环将导致基体表面退化，反应机理如图１．４所示。??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｇａｓ??Ｓｉ〇２（ｓ）＋２Ｈ．Ｏ（ｇ）＝Ｓｉ（ＯＨ）４（ｇ）??｜?〇２?ＡＳｉＣ（ｓ）＋２／３〇２（ｇ）＝Ｓｉ〇２（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）???—??—Ｉ??图１．４?ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ与水蒸气反应机制示意图??此外，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在含有Ｎａ，Ｖ，?Ｓ等元素的燃气环境中易发生热腐蚀［１６＿??１９１。这些元素在燃气环境中生成具有腐蚀性的氧化物Ｎａ２〇，?Ｖ２Ｏ５，ＳＣｈ，?Ｓ〇３等??将沉积在Ｓｉ〇２保护膜上
流速水蒸气的高温燃气环境中，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ表面的Ｓｉ〇２膜将与水蒸气反应生??成挥发性的气态产物进而被不断冲刷，裸露的陶瓷基体将进一步氧化，与水蒸气??发生反应［１３＿１５］。如此循环将导致基体表面退化，反应机理如图１．４所示。??ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｇａｓ??Ｓｉ〇２（ｓ）＋２Ｈ．Ｏ（ｇ）＝Ｓｉ（ＯＨ）４（ｇ）??｜?〇２?ＡＳｉＣ（ｓ）＋２／３〇２（ｇ）＝Ｓｉ〇２（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）???—??—Ｉ??图１．４?ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ与水蒸气反应机制示意图??此外，ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ在含有Ｎａ，Ｖ，?Ｓ等元素的燃气环境中易发生热腐蚀［１６＿??１９１。这些元素在燃气环境中生成具有腐蚀性的氧化物Ｎａ２〇，?Ｖ２Ｏ５，ＳＣｈ，?Ｓ〇３等??将沉积在Ｓｉ〇２保护膜上，并与之反应生成熔点较低的液态硅化物，进而在材料??表面留下凹坑或者在晶界等缺陷部位造成局部侵蚀（如图１．５所示）【２Ｑ】，降低基??体材料性能。为了提高ＳｉＣｆ／ＳｉＣ?ＣＭＣ结构部件在极端环境中的耐蚀性，需要在??基体表面施加环境屏障涂层（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ?ｂａｒｒｉｅｒ?ｃｏａｔｉｎｇ，?ＥＢＣ）。??３??
【参考文献】：
博士论文
[1]高优值half-Heusler热电材料的能带工程与声子工程[D]. 付晨光.浙江大学 2016
本文编号：3221014
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3221014.html
