Influence of phase composition on microstructure and thermal properties of ytterbium silicate coatings deposited by atmospheric plasma spray

Theoretical investigation of formation and diffusion mechanisms for point defects in ytterbium and lutetium silicates

“…In the case of SiO 2 excess, the reactions R6 and R7 have the lowest enthalpies among all reactions. In both Yb 2 SiO 5 and Lu 2 SiO 5 , the impurity phase ( RE 2 Si 2 O 7 ) is much easier to form under the SiO 2 excess condition, which is consistent with the experimental work 53 . Then, the enthalpies of R2, R3, and R9 are ranked in the second low, while other reactions (R1, R4, R5, and R8) are difficult to appear because of their high enthalpies (>4 eV).…”

“…In both Yb 2 SiO 5 and Lu 2 SiO 5 , the impurity phase (RE 2 Si 2 O 7 ) is much easier to form under the SiO 2 excess condition, which is consistent with the experimental work. 53 Then, the enthalpies of R2, R3, and R9 are ranked in the second low, while other reactions (R1, R4, R5, and R8) are difficult to appear because of their high enthalpies (>4 eV). Therefore, for both Yb 2 SiO 5 and Lu 2 SiO 5 , the cation antisite defect Si ⋅ RE , together with the O ′′ i or V ′′ ′ RE will be the predominant defect complexes under the SiO 2 -rich condition.…”

Molten Salt Corrosion Behaviors and Mechanisms of Ytterbium Silicate Environmental Barrier Coating

“…Key words: environmental barrier coating; ytterbium silicate; Na 2 SO 4 +25% NaCl molten salt; corrosion mechanism 硅基非氧化物陶瓷及其复合材料具有低密度、 高比强度、耐高温、抗氧化和优异的高温力学性能 等特点, 可部分取代高温合金应用于航空发动机的 热端部件 [1] 。 在干燥环境中, 硅基非氧化物陶瓷材料 与氧气发生反应生成 SiO 2 保护层, 可以避免其继续 氧化。然而, 航空发动机的服役环境包含多种腐蚀 介质(如高温水蒸气、熔盐等), 会与 SiO 2 保护层反应 生成挥发性的 Si(OH) 4 , 导致材料性能迅速退化 [2][3] 。 环境障涂层(Environmental Barrier Coating, EBC)涂 覆于硅基非氧化物陶瓷材料表面, 能够将基体与发 动机中的腐蚀性介质隔离开来, 从而有效提高材料 在发动机环境中的性能稳定性 [4] 。 稀土硅酸盐材料具有良好的相稳定性、优异的 耐蚀性能、与基体匹配的热膨胀系数等特点, 是最 具应用潜力的环境障涂层材料。王京阳等 [5] 结合第 一性原理和实验表征系统研究了不同稀土硅酸盐块 体材料的力学与热学性能。王一光等 [6][7] 针对稀土硅 酸盐块体材料的耐蚀性能开展了相关研究工作, 发 现 X2-RE 2 SiO 5 比 X1-RE 2 SiO 5 具有更好的耐蚀性能。 近年来, 通过高熵化设计优化稀土硅酸盐材料的性 能也引起了研究者的关注 [8][9] 。这些工作为 EBC 的选 材和结构优化设计提供了可靠的理论依据。稀土硅 酸盐用作涂层材料时, 其结构、性能与块体材料相 比会产生差异。本研究团队 [10][11][12][13][14][15] 针对不同稀土硅酸盐 涂层材料的显微结构、热学力学性能和耐蚀性能开 展了系列研究, 发现稀土硅酸盐涂层在制备过程中 易形成孔隙和裂纹等缺陷, 并分解产生氧化物第二相, 从而影响涂层的抗热震和耐蚀性能。为提高 EBC 的 服役性能, 研究者 [16][17] 开发了稀土硅酸盐/Si 和稀土 硅酸盐/Mullite/Si 等涂层体系。张小锋等 [18][19][20][21] 采用等 离子喷涂-物理气相沉积技术(Plasma Spray-Physical Vapor Deposition, PS-PVD)制备了 Yb 2 SiO 5 /Mullite/Si 环境障涂层体系, 探讨了涂层沉积机制及其在高温环 境下的显微结构演化过程, 并提出了通过表面镀 Al 来 提高 EBC 耐蚀性的新方法。 Hu 等 [22] 设计了 Lu 2 Si 2 O 7 -Lu 2 SiO 5 /Mullite 双涂层体系, 该体系可有效提高服 役温度(1450 ℃), 但热循环过程中因产生贯穿裂纹 而失效。本研究团队 [10,23]…”