Computational Design of High-Entropy Rare Earth Disilicates as Next-Generation Thermal/Environmental Barrier Coatings

材料科学 热膨胀 热障涂层 热导率 密度泛函理论 热力学 声子 陶瓷 格子(音乐) 凝聚态物理 复合材料 计算化学 化学 物理 声学
作者
Shiqiang Hao,Richard P. Oleksak,Ömer Doğan,Michael C. Gao
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:258: 119225-119225 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2023.119225
摘要

Development of advanced thermal/environmental barrier coating (T/EBC) materials possessing balanced thermal-mechanical properties is crucial to protect SiC-based ceramic composites from chemical and thermal attack for better performance of components in the hot section of gas turbine engines. In this work we utilize density functional theory (DFT) together with combinatorial chemistry methodology to design high-performance high-entropy rare earth disilicates (β-RE2Si2O7 (RE=Yb, Y, Er, Lu, La, Ce,)) for enhanced phase stability, desired coefficient of thermal expansion (CTE), low lattice thermal conductivity and good mechanical properties. The CTE are determined by phonon calculations at different volumes within the quasi-harmonic approximation. The lattice thermal conductivities are evaluated by the Debye-Callaway model considering three phonon processes. We show that the solid solution of YYbSi2O7 exhibits lowered lattice thermal conductivity than pure cases and a good range of CTE. We also present good EBC candidate materials of Er1/4Lu1/4Y3/4Yb3/4Si2O7 and Er1/2Lu1/2Y1/2Yb1/2Si2O7 with very low lattice thermal conductivity < 0.23 W/m/K at 1500 K and a good match of average CTE (5.1 - 5.2×10−6 K−1) with SiC without compromising mechanical properties. These new EBC with outstanding multi-functional properties are believed to enable significant increases in the performance of protective components in gas turbines. This work also illustrates an efficient and reliable computational framework in accelerating the design of next-generation T/EBC.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
drchen发布了新的文献求助10
刚刚
Nico发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
yy完成签到,获得积分10
刚刚
123发布了新的文献求助10
刚刚
所所应助Winfred采纳,获得10
1秒前
luck发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
奕柯发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
Lucas应助Leewin采纳,获得10
2秒前
哈哈哈完成签到,获得积分10
2秒前
盯盯盯发布了新的文献求助30
3秒前
LeuinPonsgi发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
孙尧芳完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
鑫博发布了新的文献求助10
6秒前
杨琨完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
9秒前
yang135发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
10秒前
10秒前
科研通AI6应助奕柯采纳,获得10
10秒前
贪玩白萱完成签到,获得积分20
10秒前
10秒前
鸡狗不如发布了新的文献求助10
11秒前
李健应助luck采纳,获得10
11秒前
ekko发布了新的文献求助10
12秒前
杨琨发布了新的文献求助10
12秒前
盯盯盯发布了新的文献求助10
12秒前
共享精神应助山水之乐采纳,获得10
13秒前
向北游发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
穆秋寒发布了新的文献求助10
14秒前
桐桐应助lwj采纳,获得10
14秒前
15秒前
书剑飞侠完成签到,获得积分10
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1621
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] | NHBS Field Guides & Natural History 1500
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
Brittle fracture in welded ships 1000
King Tyrant 680
Eurocode 7. Geotechnical design - General rules (BS EN 1997-1:2004+A1:2013) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5578642
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4663442
关于积分的说明 14746667
捐赠科研通 4604316
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2526915
邀请新用户注册赠送积分活动 1496464
关于科研通互助平台的介绍 1465795