3-20、SiC_f/SiC陶瓷基复合材料抗环境腐蚀涂层及其界面相的高通量设计

王京阳^*

高性能陶瓷材料研究部，沈阳材料科学国家研究中心，中国科学院金属研究所，沈阳110016

摘要：SiC_f/SiC复合材料是未来航空发动机中极具应用前景的高温部件材料。SiC基复合材料中主要包括SiC连续纤维、SiC基体以及二者间的界面相。界面相可以通过界面处解离和裂纹偏转等机制提高复合材料韧性，是保证和提升复合材料性能的关键因素之一。陶瓷基复合材料高温部件在极端燃气环境中受到高温、水蒸气和熔融氧化物等的严重侵蚀，必须在其表面涂覆耐高温环境障涂层并提高界面相的抗高温氧化和腐蚀能力，才能确保长期服役稳定性和可靠性。

极端燃气环境中的先进环境障涂层应满足热应力匹配良好、长时间抵抗水蒸气和熔融氧化物极度腐蚀、损伤容限等苛刻要求。由于候选材料的性能数据积累不足、对它们与极端燃气环境作用机理及退化规律不清楚，实现新材料创新面临巨大的挑战，是跨学科的共性科学与技术难题。本工作基于材料基因组的先进研究思路和方法，构建了现有BSAS体系、未来RE₂SiO₅和RE₂Si₂O₇环境障涂层材料的性能数据库并分析其变化规律，提出了设计热障/环境障一体化功能涂层以及对高温腐蚀内禀惰性涂层等新概念，为实现下一代热障/环境障一体化涂层的高效选材与突破创新提供了重要指导。研究还表明稀土双硅酸RE₂Si₂O₇与SiC材料的热膨胀系数匹配性优，具有准塑性形变能力、满足作为界面相裂纹偏转的力学判据，是SiC基复合材料中新型抗氧化界面相候选材料，从而在典型界面相材料（BN和热解碳等）之外，提出了抗氧化、抗腐蚀型界面相的新体系，为突破极端燃气环境中SiC基复合材料性能提升的瓶颈难题提供了基础支撑。

借助于材料基因组的先进研究理念，通过快速获取数据、总结规律、理解机理、获得知识、指导选材的全流程探索途径，可以促进新材料探索和研发。

关键词：陶瓷基复合材料；环境障涂层；界面相；极端环境；高通量设计

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.320