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【水氧腐蝕】Si3N4?陶瓷在高溫熔鹽-水氧環(huán)境下的腐蝕行為

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)數(shù)理學(xué)院彭志堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)在期刊《International?Journal?of?Applied?Ceramic?Technology》上發(fā)表了題為……

2025-06-03

DOI：10.15541/jim20230391

中山大學(xué)材料學(xué)院田志林、李斌教授團(tuán)隊(duì)在期刊《無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)》上發(fā)表了題為“Si3N4 陶瓷在高溫熔鹽-水氧環(huán)境下的腐蝕行為”的論文。研究分析了在氬氣和水氧(5%H?O-10%O?-85%Ar)環(huán)境中, LiCl-KCl和NaCl-2CsCl熔鹽對(duì)

Si₃N_{4的腐蝕行為。}

研究背景

核能領(lǐng)域中的熔鹽電解技術(shù)需要耐高溫、抗腐蝕的坩堝材料。Si3N4陶瓷因其優(yōu)異的高溫性能成為候選材料，但其在高溫熔鹽-水氧耦合環(huán)境下的腐蝕行為尚不明確。本研究旨在揭示Si3N4陶瓷在此復(fù)雜環(huán)境中的腐蝕機(jī)制，為核燃料干法后處理工藝提供材料選擇依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方法

1.水氧腐蝕實(shí)驗(yàn)

◆ 氣氛環(huán)境：5%H?O-10%O?-85%Ar的惰性+水氧環(huán)境 ?

◆ 腐蝕時(shí)間：100小時(shí)

2.表征實(shí)驗(yàn)

◆ 潤(rùn)濕性分析：NaCl-2CsCl熔鹽的接觸角更小（潤(rùn)濕性更好），但其腐蝕性在氬氣環(huán)境中較弱。LiCl-KCl熔鹽黏度在500℃出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，流動(dòng)性增強(qiáng)，可能加速腐蝕。

◆ 氬氣環(huán)境下：LiCl-KCl熔鹽引發(fā)晶界相輕微腐蝕，生成KAlSi?O?硅酸鹽。NaCl-2CsCl熔鹽：腐蝕性較弱，晶界相基本未受影響。

◆水氧環(huán)境下：熔鹽與水氧協(xié)同作用是腐蝕主因。

研究結(jié)果

1、LiCl-KCl和NaCl-2CsCl熔鹽在Si₃N₄表面的潤(rùn)濕性與抗腐蝕性之間并沒(méi)有直接的相關(guān)性。

2、高溫水氧環(huán)境顯著加劇熔鹽腐蝕。

中環(huán)產(chǎn)品

天津中環(huán)推出高溫靜態(tài)/高速水氧腐蝕測(cè)試系列設(shè)備，利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法,準(zhǔn)確模擬渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對(duì)材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，以正確評(píng)估材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性。該設(shè)備由進(jìn)氣控制單元、液體精確控制進(jìn)液量單元、加熱蒸發(fā)器控制水的均勻汽化和氣體混合、伴熱管路、加熱反應(yīng)器等組件構(gòu)成。主要用于:各種功能陶瓷，結(jié)構(gòu)陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料，超高溫合金材料，高溫?zé)嵴贤繉拥阮I(lǐng)域。

靜態(tài)水氧：

★液態(tài)水汽化精準(zhǔn)可控

★載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml

★最高溫度可選：1200℃/1600℃/1800℃

★可預(yù)設(shè)多組工藝，每組50段程序控制

高速水氧：

★實(shí)現(xiàn)水蒸氣沖擊：160m/s（計(jì)算值）

★精準(zhǔn)控制進(jìn)液量

★液態(tài)水的均勻汽化和氣體混合