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In Situ Generated Yb₂Si₂O₇ Environmental Barrier Coatings for Protection of Ceramic Components in the Next Generation of Gas Turbines

Titelangaben

Lenz Leite, Mateus ; Degenhardt, Ulrich ; Krenkel, Walter ; Schafföner, Stefan ; Motz, Günter:
In Situ Generated Yb₂Si₂O₇ Environmental Barrier Coatings for Protection of Ceramic Components in the Next Generation of Gas Turbines.
In: Advanced Materials Interfaces. Bd. 9 (2022) Heft 11 . - 2102255.
ISSN 2196-7350
DOI: https://doi.org/10.1002/admi.202102255

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
Deutsche Forschungsgemeinschaft (Grant Number: 453000562)
Ohne Angabe
Federal Ministry of Germany for Economic Affairs and Energy (Grant Number: ZF4109902AG7)
Ohne Angabe

Projektfinanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

In face of an accelerating climate change, the reduction and substitution of fossil fuels is crucial to decarbonize energy production. Gas turbines can operate with versatile fuel sources like natural gas and future fuels such as hydrogen and ammonia. Furthermore, thermal efficiencies above 60% can be achieved using non-oxide silicon-based ceramic components. However, water vapor is one of the main combustion products leading to rapid corrosion because of volatilization of the protective SiO2 layer at 1200 °C. An in situ generated Yb2Si2O7 double layered environmental barrier coating system composed of silazanes and the active fillers Yb2O3 and Si processed at 1415 °C for 5 h in air protects a Si3N4 substrate very effectively from corrosion. It exhibits a dense microstructure with a total thickness of 68 µm, overcomes 15 thermal cycling tests between 1200 and 20 °C and shows almost no mass loss after very harsh hot gas corrosion at 1200 °C for 200 h (pH2O = 0.15 atm, v = 100 m s−1). The excellent adhesion strength (36.9 ± 6.2 MPa), hardness (6.9 ± 1.6 GPa) and scratch resistance (28 N) demonstrate that the coating system is very promising for application in the next generation of gas turbines.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: environmental barrier coating; hot gas corrosion; polymer derived ceramic; rare-earth silicates; silazanes; silicon nitride
Institutionen der Universität: Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Ehemalige ProfessorInnen
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Ehemalige ProfessorInnen > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Walter Krenkel
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Schafföner
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Eingestellt am: 15 Okt 2022 21:00
Letzte Änderung: 31 Mär 2023 09:23
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/72442