Cases
航空发动机环境障涂层：材料及性能
2026-05-07
为满足新一代高推重比航空发动机对1400℃以上服役温度的需求，传统镍基高温合金已接近极限，因此亟需寻找替代材料；硅基非氧化物陶瓷(如SiC、Si?N?及其复合材料)因其优异的高温力学性能成为理想候选材料，但在发动机燃气环境中，水蒸气会与硅基陶瓷反应生成挥发性的Si(OH)?，导致材料失重、性能退化甚至失效。为解决这一问题，必须在硅基陶瓷表面制备环境降涂层（EBCs），作为阻挡水蒸气腐蚀的屏障，从而保障硅基陶瓷在航空发动机热端部件上的可靠应用。
1.莫来石（Mullite，3Al?O?·2SiO?）涂层
改进：采用加热基体+等离子喷涂制备完全结晶莫来石，抗裂性显著提高。
进一步改进：添加YSZ（Y?O?稳定的ZrO?）面层，抑制SiO?挥发，但YSZ与莫来石热膨胀系数不匹配，导致界面裂纹。
2.莫来石+ BSAS?多层涂层
1)结构：Si粘结层?+?莫来石/莫来石+BSAS中间层?+ BSAS面层。
2)优势：
??BSAS（BaO-SrO-Al?O?-SiO?）热膨胀系数与莫来石匹配好。
? 抗裂性显著提升，耐久性达1000小时（1300°C）。
3)失效机制：
? BSAS在≥1300°C时挥发，尤其在高速燃气环境中。
? Si粘结层氧化生成SiO?，与BSAS反应生成低熔点玻璃相，被燃气吹走。
? CMAS（钙镁铝硅酸盐）污染物熔融后侵蚀涂层。
4)结论：第二代EBCs最高使用温度受限(约1300°C)，无法满足1400°C以上需求。
主要研究进展
1.?抗氧化性能
Er?SiO?涂层（范金娟等）：1350°C氧化动力学符合对数规律，长期稳定。
Yb?SiO?涂层（贺世美等）：1400°C下80小时开始失重，失效原因为Ba/Al元素扩散、涂层烧结收缩及热应力。
2.?抗水氧腐蚀性能
Lu?Si?O?多层涂层（Ueno等）：1300°C蒸汽中500小时保持稳定，表面出现气孔（SiO?挥发）。
Yb?Si?O?涂层（Richards等）：1316°C蒸汽循环2000小时，TGO层仅2.5μm，耐久性优异。
北京理工大学研究：
单层Y?SiO?涂层：123小时剥落。
Si/Y?SiO?双层涂层：寿命延长至205小时（提高近2倍）。
3.?抗CMAS侵蚀性能
Yb?SiO? vs Yb?Si?O?（Stolzenburg等）：
? Yb?SiO?与CMAS强烈反应，生成磷灰石相。
? Yb?Si?O?在96小时内无明显反应，抗CMAS性能更优。
??RE?Si?O?系列(Liu等)：
? Sc?Si?O?和Y?Si?O?可在界面形成反应区，阻止CMAS渗透。
? 其他稀土（Yb、Lu、La等）的反应区易溶解脱落。
1)环境降涂层的三大关键要求：热膨胀匹配、化学相容性、结构稳定性。
2)稀土硅酸盐（RE?SiO? / RE?Si?O?） 是目前最有前景的下一代EBCs材料体系。
3)未来研究重点：多因素耦合（热力化）环境下的长期稳定性、CMAS防护、涂层结构优化。
高温静态/高速水氧腐蚀设备利用实验室测试方法,准确模拟涡轮发动机工作环境的高温、高水蒸气分压和水蒸气速度，针对材料的热腐蚀、水蒸气氧化腐蚀进行循环测试，以正确评估材料的热化学稳定性。其中高速水氧腐蚀设备的水蒸气流速可高达150m/s。主要由进气控制系统、进液控制系统、均匀汽化装置、伴热管路及加热反应器等部分组成。主要适用于高温热障涂层、复合材料，合金等领域。
设备特点
·◆ 最高温度可?。?200℃/1600℃
·◆ 精准控制进液量
·◆ 液态水的均匀汽化和气体混合
·◆ 载气多量程可?。?00ml/1000ml/3000ml（静态）
·◆ 水蒸气流速：150m/s
·◆ 可预设多组工艺，每组50段程序控制
版权声明
本公众号推送内容仅作学习、交流与分享之用，版权归原论文作者及所属单位所有。推文观点仅代表本公众号立场，欢迎各位读者批评指正。若有侵权情况，请及时联系后台处理（删除/修改），感谢您的理解与支持！
投稿须知
热烈欢迎各领域老师向本公众号投稿，分享课题组最新研究成果！有意者可直接通过公众号后台与我们取得联系。
联系方式
地址: 天津北辰科技园区双川道11号
COOKIES
我们的网站使用 cookie 和类似技术来个性化向您展示的广告，并帮助您在我们的网站上获得最佳体验。 欲了解更多信息，请参阅我们的隐私和 Cookie 政策
COOKIES
我们的网站使用 cookie 和类似技术来个性化向您展示的广告，并帮助您在我们的网站上获得最佳体验。 欲了解更多信息，请参阅我们的隐私和 Cookie 政策
这些 cookie 是支付等基本功能所必需的。 标准 cookie 无法关闭，也不会存储您的任何信息。
这些 cookie 收集信息，例如有多少人正在使用我们的网站或哪些页面受欢迎，以帮助我们改善客户体验。 关闭这些 cookie 将意味着我们无法收集信息来改善体验。
这些 cookie 使网站能够提供增强的功能和个性化。 它们可能由我们或我们已将其服务添加到我们页面的第三方提供商设置。 如果您不允许这些 cookie，那么部分或全部这些服务可能无法正常运行。
这些 cookie 帮助我们了解您感兴趣的内容，以便我们可以在其他网站上向您展示相关广告。 关闭这些 cookie 将意味着我们无法向您展示任何个性化广告。
实验炉系列
工业炉系列
中环电炉客服