NaVO3等熔盐对Yb2Si2O7块体的热腐蚀行为

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Yb2Si2O7具有良好的高温相稳定性,较低的热膨胀系数及在硅酸盐中较好的水氧腐蚀抗力,成为环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBCs)的理想材料。目前,对Yb2Si2O7的研究主要集中在水氧腐蚀和CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)腐蚀的研究上,熔盐热腐蚀的研究报道还鲜有报道。因此,本文研究了NaVO3、V2O5和Na2SO4熔盐对Yb2Si2O7块体材料的热腐蚀行为,为Yb2Si2O7这种先进EBCs材料的腐蚀防护提供参考。主要研究结果如下:(1)NaVO3为弱酸盐,但热腐蚀作用较强,在较低温度下就会腐蚀Yb2Si2O7陶瓷块体。在500℃-900℃时,腐蚀反应产物为YbVO4和少量SiO2。YbVO4呈两端带有四面角锥的杆状,SiO2呈层片团聚状。从500℃到600℃,YbVO4晶体尺寸有所增加,700℃-900℃时YbVO4晶体变化不明显,但层片团聚状的SiO2随着温度的增加而增大,并呈椭球状。腐蚀深度随着温度的升高而增加,从500℃到900℃分别为3.5μm、3.9μm、4.7μm、4.8μm和5.2μm。在480℃及以下温度未检测到YbVO4等腐蚀产物,腐蚀前后Yb2Si2O7样品重量无变化,表明NaVO3对Yb2Si2O7陶瓷块体的热腐蚀临界温度为低于熔点的500℃。500℃-900℃腐蚀后因出现YbVO4产物,腐蚀样品比Yb2Si2O7陶瓷块体的重量有少量增加。(2)在1000℃-1250℃高温下,NaVO3对Yb2Si2O7陶瓷块体的腐蚀产物只有YbVO4,形貌也是两端带有四面角锥的杆状,温度升高数量递减;同时腐蚀深度逐渐减少,分别为4.6μm、3.9μm和3.0μm。1300℃-1500℃时,腐蚀产物变为Yb2SiO5,形貌为多边形颗粒,温度升高数量逐渐增加。(3)V2O5为酸性氧化物,700℃-900℃时与Yb2Si2O7陶瓷块体发生热腐蚀反应,腐蚀产物为颗粒状YbVO4,颗粒尺寸随着温度的升高逐渐增大,数量减少;腐蚀深度逐渐增加,分别为2.6μm、3.4μm和3.8μm。腐蚀介质酸性的强弱导致腐蚀产物YbVO4的晶体形貌不同,NaVO3为弱酸盐,与Yb2Si2O7陶瓷块体进行腐蚀反应时YbVO4的形核率低,晶体生长发达呈长杆状;V2O5呈酸性,发生腐蚀反应时YbVO4形核率高,其生长受到抑制,形貌为颗粒状。在600℃及以下进行热腐蚀试验,没有发生腐蚀反应,表明V2O5对Yb2Si2O7陶瓷块体的热腐蚀临界温度约为700℃。(4)在≤900℃较低温度下,Na2SO4对Yb2Si2O7陶瓷块体无热腐蚀作用。在≥1000℃时,Na2SO4对Yb2Si2O7陶瓷块体产生热腐蚀作用,腐蚀产物为Yb2SiO5和硅酸钠Na2O·xSiO2,形貌为带有凹坑的多边形,并且温度对腐蚀产物Yb2SiO5的数量及Yb2Si2O7陶瓷块体的腐蚀深度有一定的影响。1000℃-1300℃范围内,随着温度的升高,腐蚀反应驱动力增大,腐蚀产物Yb2SiO5增加;在更高的1400℃-1500℃,由于Na2SO4沸点为1404℃,Na2SO4挥发使其浓度下降,腐蚀作用减弱,故腐蚀产物Yb2SiO5随着温度的升高而减少。在1000℃-1500℃高温下,Na2SO4对Yb2Si2O7陶瓷块体的腐蚀深度先增加后减少,这与腐蚀产物Yb2SiO5的数量随着热腐蚀试验温度变化的原因相同。
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