Enhanced sintering resistance in LaYbZr 2 O 7 system through HfO 2 doping for thermal insulation ceramic materials

烧结 材料科学 兴奋剂 陶瓷 复合材料 相(物质) 弹性模量 断裂韧性 热障涂层 热导率 化学工程 光电子学 工程类 有机化学 化学
作者
Bofeng Zhu,Kangxin Li,Jian Sun,Guanghua Liu,Xiangyang Liu,Wei Liu,Wei Pan,Chunlei Wan
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:107 (11): 7263-7273 被引量:6
标识
DOI:10.1111/jace.19994
摘要

Abstract The increase in operating temperature contributes to improving the performance and fuel utilization efficiency of gas turbines. However, it also places thermal barrier coatings (TBCs) in a more demanding working environment, requiring higher sintering resistance and better mechanical properties. In the present study, HfO 2 was introduced into the dual‐phase LaYbZr 2 O 7 system as a doping oxide to form the LaYb(Hf x Zr 1− x ) 2 O 7 system. The research concentrated on its phase composition, mechanical properties, and thermophysical properties. The results show that substituting Hf for Zr does not alter the dual‐phase structure of the system. The mutual inhibition between the two phases and the inherent material‐binding capability of Hf further reduce the grain size compared to pure LYZO. Additionally, the presence of Hf reduces the tendency of Frenkel defect formation and cation migration frequency, effectively inhibiting ion diffusion and thereby suppressing the densification and shrinkage trends of the material. The system retains relatively high hardness, fracture toughness, and low elastic modulus of the LYZO matrix, with a decrease in thermal conductivity and an increase in infrared reflectivity. These results suggest that Hf doping enhances the sintering resistance of LYZO material, making them promising for high‐temperature TBCs. Our study presents a viable approach to enhance the sintering resistance of LYZO, and this methodology can be extrapolated to other rare‐earth zirconates.
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