● 摘要
摘 要
稀土硅酸盐因其在高温环境下具有比现有环境障涂层（EBC）更好的性能而成为新型环境障涂层的候选材料之一。为了解决SiC陶瓷表面Lu2Si2O7环境障涂层在航空发动机工作环境条件下出现的韧性降低、产生裂纹，使基体暴露于高温燃烧气氛中发生腐蚀等现象。本文结合Lu2Si2O7 和Lu2SiO5在1300℃-1500℃温度区间的相变特点，提出在Lu2Si2O7涂层中复合一定数量的Lu2SiO5组分，以提高涂层韧性的研制路线。探讨利用Lu2SiO5在Lu2Si2O7 相中的占位阻挡作用和钉扎效应，抑制由于相转变而引起的体积收缩和Lu2Si2O7相的颗粒粒度增大等因素导致涂层产生应力、韧性降低、形成裂纹等现象的可行性。
本文通过球磨机湿磨—压制成块—高温烧结分别得到纯度与结晶度都较高（经X射线衍射分析实验可知）的Lu2Si2O7和Lu2SiO5基础样品。将制得的Lu2Si2O7和Lu2SiO5按不同比例机械研磨混合后，压成块状，在Ar气保护下，1550?C烧结，得到a1~a6六个复合组分块材试样。通过对六个复合组分样品进行热膨胀系数分析、热重分析、透射电镜分析，确定了六个复合组分样品的高温稳定性能、热物理性能以及晶型结构分布，从而得到Lu2SiO5的含量对复合组分样品的高温稳定性能、热物理性能以及高温抗氧化性能的影响。
为了考察单一组分以及复合试样在不同条件下的抗腐蚀能力，本论文分别采用高温氧化实验、熔盐腐蚀实验以及高温水蒸气腐蚀实验进行了相关测试。高温氧化实验中，结果显示各样品均有所减重，与单一组分试样减重比相对比，复合试样减重均有所减少，其中a2、a3样品的减重比最低，说明在相同条件的高温氧化下，a2、a3相对其他三个样品具有更好的高温热稳定性。同时XRD图像分析显示，稀土硅酸盐具有较高的热稳定性，除样品少量减重外，基本无新物质生成，这也为稀土硅酸盐在环境障涂层上的进一步应用提供了更好的条件。
在熔盐腐蚀实验中，我们主要选取单一组分试样Lu2Si2O7、Lu2SiO5与a2 [m(Lu2Si2O7 )/m( Lu2SiO5) (6:4)]、a3 [m(Lu2Si2O7 )/m( Lu2SiO5) (7:3)]进行测试与对比。XED结果显示Lu2Si2O7的晶体类型发生了很大的变化，而a2 [m(Lu2Si2O7 )/m( Lu2SiO5) (6:4)]、a3 [m(Lu2Si2O7 )/m( Lu2SiO5) (7:3)]]的相对变化较小，其中以a2的变化幅度最小，抗腐蚀能力更好。扫描电镜结果显示，复合试样相对单一试样具有明显的抗腐蚀性能,尤其是复合试样m(Lu2Si2O7 )/m( Lu2SiO5) (6:4)，在此环境中表现出优异的耐腐蚀性能。
总之，本文阐述了Lu2Si2O7、 Lu2SiO5以及复合试样的合成、表征，以及它们在高温腐蚀实验中的抗腐蚀特征与性质。为确定涂层的韧化机制，获得抑制裂纹形成的有效方法，为涂层成分的设计和韧性化提供理论指导。
关键字：稀土镥硅酸盐；环境障涂层；韧化；SiC陶瓷；失效机理。