Phase relations and thermomechanical properties of (Gd2Zr2O7)1−x(YbSZ)x based thermal barrier coatings (0 ≤ x ≤ 0.98)

材料科学 热障涂层 断裂韧性 热膨胀 四方晶系 相(物质) 维氏硬度试验 技术 复合材料 焦绿石 分析化学(期刊) 微观结构 陶瓷 电离层 天文 物理 色谱法 有机化学 化学
作者
Mohadese Tabeshfar,Mehdi Salehi,Ghasem Dini,Jianying He,Mari‐Ann Einarsrud,Kjell Wiik
出处
期刊:Journal of Materials Research [Springer Nature]
卷期号:36 (16): 3226-3238 被引量:3
标识
DOI:10.1557/s43578-021-00368-2
摘要

Abstract Doped Gd 2 Zr 2 O 7 materials have interesting properties as thermal barrier coatings (TBC) to replace the YSZ topcoats traditionally used. Here we investigate the thermomechanical properties and phase relations of Gd 2 Zr 2 O 7 (GZO) alloyed with 5 mol% Yb 2 O 3 stabilized ZrO 2 (YbSZ) in the composition range (Gd 2 Zr 2 O 7 ) 1− x (YbSZ) x , 0 ≤ x ≤ 0.98. With increasing YbSZ content, phase transformations from ordered to disordered pyrochlore to fluorite and tetragonal structures were observed. The thermal expansion coefficient (TEC) and Vickers hardness were correlated showing a maximum hardness (~ 11.5 GPa) and minimum TEC at x = 0.82. At 1000 °C, the TEC for the end members, x = 0 and 0.98, were 11.4 and 11.3 × 10 –6 K −1 , respectively. The fracture toughness, K IC , showed an average value around 1.5 MPa m 0.5 for x ≤ 0.93 and increased significantly at x = 0.98 reaching 5.4 MPa m 0.5 due to the presence of a ferroelastic phase. For TBC applications, compounds with x = 0.98 show promise due to high TEC and high K IC . Graphic abstract Fig. 5a summarize the most important results in the manuscript. Showing a significant increase in fracture toughness for compositions with x=0.98.
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