Effect of Er dopant on the corrosion resistance of YSZ in CMAS melt: experimental and first-principles study

材料科学 氧化钇稳定氧化锆 热膨胀 立方氧化锆 掺杂剂 腐蚀 兴奋剂 复合材料 矿物学 冶金 陶瓷 光电子学 化学
作者
Yan Mo,Yongqin Zhang,Zheng Chen,Haizhong Zheng,Guifa Li,Yongxiang Gen,Guanghui Li,Ping Peng
出处
期刊:Journal of Materials Science [Springer Science+Business Media]
卷期号:56 (31): 17542-17555 被引量:5
标识
DOI:10.1007/s10853-021-06485-x
摘要

Chemical effect of rare earth element erbium (Er) doped in yttria-stabilized zirconia (YSZ) is studied via experimental and theoretical methods in calcium-magnesium-alumino-silicate (CMAS) melt. It is found that the penetration depth of YSZ doped by Er element is only 10.75 ± 1.13 μm, which is smaller than that of undoped YSZ (21.97 ± 1.52 μm). Theoretical results show that a decrease in the thermal expansion coefficient of YSZ(Er) and in the Griffith rupture work of CMAS/YSZ(Er) and CMAS/ZrSiO4 weakens their thermal stress and adhesive strength. And doped Er element in YSZ can setback the diffusion of Y elements and enhance the diffusion of Si ↔ Zr elements in the YSZ(Er) TBC, which can slow down the phase transition from t-ZrO2 to c-ZrO2 and promote the formation of the ZrSiO4 corrosion products to block the interface pores within a YSZ(Er) structure. Thus, our findings open another way to probe the advantage of rare earth element doped in thermal barrier coating.

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