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高熵化设计:稀土硅酸盐材料关键性能优化新策略
被引量：
8
1
作者
孙鲁超
任孝旻
+3 位作者
杜铁锋
罗颐秀
张洁
王京阳
《无机材料学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第4期339-346,共8页
环境障涂层是先进航空发动机高温结构部件用碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料的关键防护。稀土硅酸盐具有低热膨胀系数、优良的抗水氧/CMAS腐蚀性能以及与硅基陶瓷良好的化学相容性,是目前国际公认的优选环境障涂层体系。...
环境障涂层是先进航空发动机高温结构部件用碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料的关键防护。稀土硅酸盐具有低热膨胀系数、优良的抗水氧/CMAS腐蚀性能以及与硅基陶瓷良好的化学相容性,是目前国际公认的优选环境障涂层体系。常规含单一稀土元素的稀土硅酸盐环境障涂层材料,存在热应力失配、高温相转变和耐腐蚀性能差等问题,尚无法完全满足极端燃气环境中的长寿命服役要求。本综述介绍了为解决稀土硅酸盐环境障涂层的关键性能局限,利用高熵化合物设计方法,针对稀土硅酸盐热学性能(热膨胀系数和热导率)调控、耐CMAS腐蚀性能提升和相结构稳定性优化方面获得的新进展。这些研究进展为稀土硅酸盐材料的创新设计提供了新思路,为其作为下一代环境障涂层的性能突破提供了支撑。
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关键词
高熵化设计
高熵陶瓷
稀土硅酸盐
环境障涂层
综述
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职称材料
稀土双硅酸盐热学性能的基因与协调机制
被引量：
3
2
作者
罗颐秀
王京阳
《中国材料进展》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第9期866-874,共9页
在未来航空发动机先进技术中,以硅基陶瓷复合材料高温结构部件为基体,发展先进的多功能热障/环境障一体化涂层(TEBC)以实现有效防护是一个重要的研究方向。TEBC材料的发展和优化需满足低热导率(κL)和合适的热膨胀系数(CTE),以提高涂层...
在未来航空发动机先进技术中,以硅基陶瓷复合材料高温结构部件为基体,发展先进的多功能热障/环境障一体化涂层(TEBC)以实现有效防护是一个重要的研究方向。TEBC材料的发展和优化需满足低热导率(κL)和合适的热膨胀系数(CTE),以提高涂层体系的隔热性能,并降低热应力。因此,深入理解TEBC候选材料热传导和热膨胀行为的"基因"和协调机制是本领域的关键问题。采用第一性原理结合晶格动力学方法研究了稀土双硅酸盐β-,γ-和δ-RE2Si2O7(RE=Y,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)多晶型材料的晶体结构、键合非均匀性、声子色散关系及非简谐性特征,计算了材料本征晶格热导率和热膨胀系数,揭示了控制材料低热导率和热膨胀系数大小的"基因"。研究发现,RE2Si2O7多晶型材料具有明显的低频光学-声学声子耦合效应,且低频声子较大的非简谐性是材料低热导率的根源。同时,晶格中Si-O-Si"桥"结构的线性或弯折形态导致了低频声子非简谐性的"正负"差异及体模量差异,是决定β-和γ-RE2Si2O7热膨胀系数远低于δ-RE2Si2O7的关键因素。研究结果阐明了低频声子非简谐性的"大小"和"正负"特征对RE2Si2O7多晶型材料热学性能协调机制的关键作用,为实现TEBC热学性能的优化设计提供了指导。
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关键词
稀土双硅酸盐
多功能热障/环境障一体化涂层
热导率
热膨胀
声子非简谐性
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职称材料
题名
高熵化设计:稀土硅酸盐材料关键性能优化新策略
被引量：
8
1
作者
孙鲁超
任孝旻
杜铁锋
罗颐秀
张洁
王京阳
机构
中国科学院金属研究所
中国科学技术大学
出处
《无机材料学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第4期339-346,共8页
基金
航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究项目(2017-VI-0020-0093)
国家自然科学基金(51772302)
+1 种基金
中科院国际伙伴计划对外合作重点项目(174321KYSB20180008)
辽宁省自然基金(2020-MS-006)。
文摘
环境障涂层是先进航空发动机高温结构部件用碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料的关键防护。稀土硅酸盐具有低热膨胀系数、优良的抗水氧/CMAS腐蚀性能以及与硅基陶瓷良好的化学相容性,是目前国际公认的优选环境障涂层体系。常规含单一稀土元素的稀土硅酸盐环境障涂层材料,存在热应力失配、高温相转变和耐腐蚀性能差等问题,尚无法完全满足极端燃气环境中的长寿命服役要求。本综述介绍了为解决稀土硅酸盐环境障涂层的关键性能局限,利用高熵化合物设计方法,针对稀土硅酸盐热学性能(热膨胀系数和热导率)调控、耐CMAS腐蚀性能提升和相结构稳定性优化方面获得的新进展。这些研究进展为稀土硅酸盐材料的创新设计提供了新思路,为其作为下一代环境障涂层的性能突破提供了支撑。
关键词
高熵化设计
高熵陶瓷
稀土硅酸盐
环境障涂层
综述
Keywords
high entropy engineering
high entropy ceramics
rare earth silicate
environmental barrier coatings
review
分类号
TQ174 [化学工程—陶瓷工业]
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职称材料
题名
稀土双硅酸盐热学性能的基因与协调机制
被引量：
3
2
作者
罗颐秀
王京阳
机构
中国科学院金属研究所
出处
《中国材料进展》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第9期866-874,共9页
基金
国家科技重大专项项目(2017-VI-0020-0093)
国家自然科学基金资助项目(51772302)
文摘
在未来航空发动机先进技术中,以硅基陶瓷复合材料高温结构部件为基体,发展先进的多功能热障/环境障一体化涂层(TEBC)以实现有效防护是一个重要的研究方向。TEBC材料的发展和优化需满足低热导率(κL)和合适的热膨胀系数(CTE),以提高涂层体系的隔热性能,并降低热应力。因此,深入理解TEBC候选材料热传导和热膨胀行为的"基因"和协调机制是本领域的关键问题。采用第一性原理结合晶格动力学方法研究了稀土双硅酸盐β-,γ-和δ-RE2Si2O7(RE=Y,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)多晶型材料的晶体结构、键合非均匀性、声子色散关系及非简谐性特征,计算了材料本征晶格热导率和热膨胀系数,揭示了控制材料低热导率和热膨胀系数大小的"基因"。研究发现,RE2Si2O7多晶型材料具有明显的低频光学-声学声子耦合效应,且低频声子较大的非简谐性是材料低热导率的根源。同时,晶格中Si-O-Si"桥"结构的线性或弯折形态导致了低频声子非简谐性的"正负"差异及体模量差异,是决定β-和γ-RE2Si2O7热膨胀系数远低于δ-RE2Si2O7的关键因素。研究结果阐明了低频声子非简谐性的"大小"和"正负"特征对RE2Si2O7多晶型材料热学性能协调机制的关键作用,为实现TEBC热学性能的优化设计提供了指导。
关键词
稀土双硅酸盐
多功能热障/环境障一体化涂层
热导率
热膨胀
声子非简谐性
Keywords
rare-earth disilicate
multifunctional thermal and environmental barrier coating(TEBC)
thermal conductivity
thermal expansion
phonon anharmonicity
分类号
V25 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
高熵化设计:稀土硅酸盐材料关键性能优化新策略
孙鲁超
任孝旻
杜铁锋
罗颐秀
张洁
王京阳
《无机材料学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
8
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
稀土双硅酸盐热学性能的基因与协调机制
罗颐秀
王京阳
《中国材料进展》
CAS
CSCD
北大核心
2019
3
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职称材料
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