稀土氧化物与硼化物抗CMAS熔蚀渗透机制研究及其在燃气轮机防护涂层设计中的应用

为解决燃气轮机环境障涂层(EBC)在高温下易受钙镁铝硅酸盐(CMAS)熔蚀渗透的问题，研究人员系统评估了7YSZ、Gd2O3等五种氧化物及ZrB2、HfB2两种硼材料的抗腐蚀性能。通过1350℃扩散偶实验发现，含稀土的(Y1/2Yb1/2)2Si2O7等材料能形成致密磷灰石保护层，将渗透深度控制在50μm，而7YSZ渗透达1mm。该研究为新一代航空发动机防护涂层设计提供了重要理论依据。

　　

这项开创性研究深入探索了钙镁铝硅酸盐(CMAS)玻璃与七种热障/环境障涂层材料的相互作用机制。实验团队采用精密设计的ex situ粉末X射线衍射技术，在1350℃高温下解析了氧化物-CMAS复合颗粒的结晶产物。令人振奋的是，在Gd₂O₃、(Y_1/2Yb_1/2)₂Si₂O₇等材料中发现了具有防护效能的磷灰石和双硅酸盐相，而7YSZ和Yb₂Si₂O₇则因缺乏活性产物表现出明显的CMAS渗透。

通过巧妙的扩散偶实验设计，研究人员在36小时1350℃热处理中捕捉到关键现象：稀土元素浓度和阳离子尺寸与玻璃中Ca/Si比共同决定了CMAS抗性。有趣的是，氧化程度显著的硼化物ZrB₂和HfB₂虽然展现出CMAS相互作用，但其防护效能高度依赖抗氧化涂层的保护。这些发现如同拼图般构建出CMAS-陶瓷相互作用的完整图景，为开发下一代燃气轮机超强防护涂层点亮了指路明灯。