Excellent CMAS resistance of a newly developed equiatomic high entropy (Dy1/4Ho1/4Tm1/4Yb1/4)2Si2O7 ceramic pyrosilicate

材料科学 陶瓷 烧结 热膨胀 涂层 磷灰石 固溶体 热扩散率 复合材料 冶金 分析化学(期刊) 化学工程 热力学 物理 工程类 化学 色谱法
作者
Sehreish Abrar,Zhuang Ma,Ling Liu,Faisal Nazeer,Abdul Malik
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (12): 19840-19850 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.03.101
摘要

In this work, novel equiatomic high entropy (Dy1/4Ho1/4Tm1/4Yb1/4)2Si2O7 or (4RE1/4)2Si2O7 ceramic pyrosilicate was fabricated through a single solid solution method to use as environmental barrier coating. The SEM analysis of high entropy powders shows the homogenous mixing and XRD proves the formation of single β-phase after milling and sintering. The coefficient of thermal expansion was reported as (2.3–4.8 × 10−6 K−1) from 400 K−1 to 1723 K−1. The ultra-low thermal diffusivity (0.4 mm2 s−1) and thermal conductivity (0.8 W/m°C) were reported at 1500 °C for this novel HE ceramic disilicate. The as fabricated (4RE1/4)2Si2O7 pyrosilicate shows an excellent CMAS resistant for even up to 48 h and negligible amount of Ca is able to penetrate in the substrate. Rare earth disilicate species with intermediate radii such as Tm3+ helps in maintaining phase stability along with passive element Yb3+ of smaller radii which also protect the interface from severe CMAS attack. However, the rare earth species with larger radii such as Dy3+ and Ho3+ actively take part in apatite formation leading to reduced corrosion activity of CMAS melt by changing its composition. This result confirms the application of (4RE1/4)2Si2O7 as a potential candidate to be used as protecting coating material in harsh combustion environments.

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