Characteristics of ferroelastic domains and thermal transport limits in HfO2 alloying YTaO4 ceramics

材料科学 热导率 声子散射 四方晶系 声子 陶瓷 单斜晶系 散射 相界 热障涂层 复合材料 凝聚态物理 结晶学 相(物质) 晶体结构 光学 有机化学 物理 化学
作者
Lin Chen,Mingyu Hu,Xiaodong Zheng,Jing Feng
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:251: 118870-118870 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2023.118870
摘要

Low thermal conductivity and a ferroelastic tetragonal-monoclinic phase transition are essential for the use of YTaO4 in thermal barrier coatings. The phonon scattering mechanism of HfO2 alloying YTaO4 is elucidated via the analysis of microstructural characteristics, and a limit thermal conductivity (1.3 W·m−1·K−1) is achieved. Furthermore, a revised model is developed to successfully derive high-temperature phonon thermal conductivity, showing a decrease in the phonon scattering coefficient as strain field fluctuations decrease. This proves that the phonon scattering coefficient is temperature dependent. Atomic weight disorder plays a significant role in thermal conductivity reduction, whereas HfO2 alloying enhances lattice symmetry and weakens the phonon scattering, and thus mitigates thermal conductivity reduction. Additionally, domain boundary width and spacing mismatch between neighboring domains cause the scattering of phonons and further reduce the thermal conductivity. Finally, evidence of a diffusive domain boundary validates that tetragonal-monoclinic transition is a second-order process.

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