图书馆-报告库-中国机械工程学会表面工程分会

Oral Presentation基于反应分子动力学的SiC高温水腐蚀研究

编号：338 访问权限：Participants Only 更新：2024-04-18 22:45:23 浏览：69次收藏取消收藏

2024-05-12 17:45

15min

[I2] 论坛8：腐蚀与防护技术B [I2-2] 论坛8B下午

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摘要

因其优异的性能，包括耐高温、低密度、高比强度和耐磨性，SiC材料被广泛认为是航空航天工业中耐高温材料的理想选择[1, 2]。例如，与传统镍基高温合金相比，在无空气冷却和热障涂层的情况下，SiC材料可降低冷却气流量15% ~ 25%，提高工作温度150 ~ 350 ℃，潜在使用温度最高可达1650 ℃，结构减重50% ~ 70%，推力提高30% ~ 100%。在在高温干燥条件下，SiC材料表面会形成致密的SiO₂保护膜，进而防止内部材料的进一步氧化[3, 4]。然而，由于SiO₂膜在高温水腐蚀下不稳定，SiC材料的应用受到高温水腐蚀的极大威胁。尽管到目前为止已经进行了大量的实验研究，但是由于缺乏原位检测方法，高温水腐蚀过程中的气体产物和表面状态尚未得到明确的研究，导致对腐蚀过程缺乏全面的了解。反应分子动力学模拟是从原子角度研究反应动力学和机理的有力工具[5]。本研究通过反应分子动力学模拟对高温环境下水对SiC材料的动态腐蚀进行研究，随着环境温度的升高，观察到三种不同的腐蚀状态。在阶段I（低于1000 K）中，SiC表面仅形成Si-H和Si-OH终端，几乎没有发生腐蚀；在第二阶段（1000-1500 K），相同数量的碳和硅原子以气态分子的形式被腐蚀，原子损失数量与温度之间的关系与Arrhenius的预期一致；最后，在阶段III（高于1500 K）中，形成的Si-O-Si基团的数量超过了挥发的数量，导致Si-O-Si网络结构的明显保留。