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【水氧腐蝕】Si3N4?陶瓷在高溫熔鹽-水氧環境下的腐蝕行為

中國地質大學(北京)數理學院彭志堅教授團隊在期刊《International?Journal?of?Applied?Ceramic?Technology》上發表了題為……

2025-06-03

DOI：10.15541/jim20230391

中山大學材料學院田志林、李斌教授團隊在期刊《無機材料學報》上發表了題為“Si3N4 陶瓷在高溫熔鹽-水氧環境下的腐蝕行為”的論文。研究分析了在氬氣和水氧(5%H?O-10%O?-85%Ar)環境中, LiCl-KCl和NaCl-2CsCl熔鹽對

Si₃N_{4的腐蝕行為。}

研究背景

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

實驗方法

1.水氧腐蝕實驗

◆ 氣氛環境：5%H?O-10%O?-85%Ar的惰性+水氧環境 ?

◆ 腐蝕時間：100小時

2.表征實驗

◆ 潤濕性分析：NaCl-2CsCl熔鹽的接觸角更小（潤濕性更好），但其腐蝕性在氬氣環境中較弱。LiCl-KCl熔鹽黏度在500℃出現轉折點，流動性增強，可能加速腐蝕。

◆ 氬氣環境下：LiCl-KCl熔鹽引發晶界相輕微腐蝕，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。

◆水氧環境下：熔鹽與水氧協同作用是腐蝕主因。

研究結果

1、LiCl-KCl和NaCl-2CsCl熔鹽在Si₃N₄表面的潤濕性與抗腐蝕性之間并沒有直接的相關性。

2、高溫水氧環境顯著加劇熔鹽腐蝕。

中環產品

天津中環推出高溫靜態/高速水氧腐蝕測試系列設備，利用實驗室測試方法,準確模擬渦輪發動機工作環境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進行循環測試，以正確評估材料的熱化學穩定性。該設備由進氣控制單元、液體精確控制進液量單元、加熱蒸發器控制水的均勻汽化和氣體混合、伴熱管路、加熱反應器等組件構成。主要用于:各種功能陶瓷，結構陶瓷和陶瓷基復合材料，超高溫合金材料，高溫熱障涂層等領域。

靜態水氧：

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★載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml

★最高溫度可選：1200℃/1600℃/1800℃

★可預設多組工藝，每組50段程序控制

高速水氧：

★實現水蒸氣沖擊：160m/s（計算值）

★精準控制進液量

★液態水的均勻汽化和氣體混合