Raman spectroscopic characterization of SiO2 phase transformation and Si substrate stress relevant to EBC performance

材料科学 方石英 拉曼光谱 热膨胀 压力(语言学) 残余应力 微晶 温度循环 相(物质) 基质(水族馆) 复合材料 冶金 热的 光学 化学 热力学 哲学 物理 石英 有机化学 海洋学 地质学 语言学
作者
Michael J. Lance,Mackenzie Ridley,Kenneth Kane,Bruce A. Pint
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:106 (10): 6205-6210 被引量:13
标识
DOI:10.1111/jace.19190
摘要

Abstract To accurately model the long‐term durability of environmental barrier coatings (EBCs), a more complete understanding of the phase composition and transformations of the thermally grown oxide SiO 2 (TGO) is desired. For the TGO formed during thermal cycling in steam, cristobalite formation and the subsequent β‐ to α‐cristobalite transformation has been identified as a potentially life‐limiting mechanism. In this study, Raman micro‐spectroscopy was used to quantify the cristobalite transformation on a polycrystalline Si coupon that was exposed to steam at 1350°C for 100 h. The phase transformation was mapped at 200–260°C on the TGO surface at different ramp rates using a heating stage and a micro‐positioning stage. The stress in the Si substrate was also determined using Raman spectroscopy by measuring the stress induced peak shift. The α→β phase transformation produced a 300–500 MPa tensile stress in the Si substrate, which compared well to the stress predicted from the volumetric expansion of the cristobalite. Quantifying the phase transformation and residual stress are critical tools in developing the next generation of high performance EBCs.
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