飞机燃气轮机发动机新型涂料中的氧化

广泛用于飞机的航空燃气涡轮发动机的某些部分通常会达到1200°C以上的温度。不用说，在如此恶劣的环境中使用的任何材料都必须经久耐用并能胜任这项工作。最近，由碳化硅(SiC)制成的陶瓷基复合材料已成为燃气涡轮发动机的有希望的候选者。但是，这些材料需要耐热涂层以防止SiC的氧化和随后SiO 2的蒸发，这是导致材料体积减小的过程，因此会导致诸如大裂缝或最顶部的结构缺陷。层剥落。

不幸的是，现有的涂层不能完全阻止这种氧化为SiO 2的过程，因为氧气可以透过这些层中的细微裂纹或通过简单的扩散而渗透。

为了解决这个问题，一些科学家专注于使用硅化y(Yb-Si)作为涂层材料，因为Yb-Si可以达到高熔点，并且它们的氧化物主要是Yb-硅酸盐，它们仍然以氧化物层的形式附着，而不会容易蒸发。但是，对于在空气或水蒸气环境中的高温下这些材料中发生的基本现象知之甚少。

在最近发表在《金属间化合物》上的一项研究中，一组科学家组成了小组，其中包括东京理科大学的初级副研究员井上亮二副教授，助理教授荒井丰太郎和古夫康夫教授，以及航天探索局(JAXA)的高级研究员青木拓ya。了解Yb-Si中的氧化机理。他们进行了各种实验，以了解高温下在三种类型的气氛(空气，水蒸气以及两者的混合物)下不同Yb-Si涂层的氧化行为(和降解)。

通过X射线衍射分析，能量色散光谱和扫描电子显微镜，科学家们能够准确地可视化和量化Yb-Si样品在热测试之前和之后的形态和组成。主要发现之一是，Yb与Si的比例是决定材料氧化行为的主要因素。由于硅化物中Yb的优先氧化，Yb 5 Si3的氧化程度超过Yb 3 Si 5。此外，在更多的富含水蒸气的气氛中，氧化物的量大大减少了。

最重要的是，研究人员探索了content含量影响SiO 2形成的机理。主持这项研究的井上博士说：“在将两种硅化物暴露在蒸汽中后，我们在Yb 5 Si 3中发现了SiO 2，而实际上在Yb 3 Si 5中仍然存在Si 。” “我们的分析表明Yb 3 Si 5中SiO 2的生长受到抑制，因为SiO 2 他补充说，参与形成Yb-硅酸盐的反应是其限制因素。“虽然尚不完全清楚导致形成各种Yb-硅酸盐的确切中间反应，但研究小组提出了两种高度可能的反应未来的研究可能会使用更详细的表征技术来阐明这一点。

总的来说，这项研究提供了关于Yb-Si氧化过程中发生情况的有意义的见解，这将有助于开发用于燃气轮机发动机的保护涂层。井上博士说：“如果能够在恶劣环境下实现涂层，那么发动机零件将变得更加耐热，这自然可以提高发动机效率。”

希望涂层技术的进一步发展将减少航空运输成本和燃料消耗，使飞行更便宜，对环境的危害也较小。

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