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Residual stress effects of CMAS infiltration in high temperature jet engine ceramic coatings captured non-destructively with confocal Raman-based 3D rendering

Stein, Zachary und Naraparaju, Ravisankar und Schulz, Uwe und Tetard, Laurene und Raghavan, Seetha (2022) Residual stress effects of CMAS infiltration in high temperature jet engine ceramic coatings captured non-destructively with confocal Raman-based 3D rendering. Journal of the European Ceramic Society. Elsevier. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2022.11.003. ISSN 0955-2219.

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2MB

Kurzfassung

Calcium-magnesium-aluminosilicates (CMAS) are ingested by jet engines and infiltrate into high temperature ceramic coatings during operation. This infiltration increases coating stiffness and promotes coating phase destabilization, encouraging micro-crack formation. Thermomechanical effects from CMAS infiltration were mapped over time with confocal Raman spectroscopy through residual stresses within EB-PVD 7YSZ coatings with microscale resolution. The results show an interplay between physical and chemical components influencing the residual stress. Physical mechanisms influence residual stress more after 1h of infiltration, inducing tensile loading up to 100 MPa on tetragonal ZrO2 Raman bands. Chemical mechanisms impart greater influence after 10h, inducing compressive loading up to 100 MPa. A monoclinic phase volume fraction of about 35% was observed as a transitional point for chemical mechanisms overtaking physical mechanisms in influencing residual stress. These results non-destructively elucidate changes within a coating’s residual stress during CMAS infiltration, aiding coating degradation monitoring during maintenance and towards implementing CMAS-mitigation strategies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/191229/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Residual stress effects of CMAS infiltration in high temperature jet engine ceramic coatings captured non-destructively with confocal Raman-based 3D rendering
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stein, ZacharyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Naraparaju, RavisankarRavisankar.Naraparaju (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3944-1132NICHT SPEZIFIZIERT
Schulz, UweUwe.Schulz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0362-8103NICHT SPEZIFIZIERT
Tetard, LaureneNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Raghavan, SeethaDepartment of Mechanical and Aerospace Engineering, University of Central Florida, Orlando, FL 32816,NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 November 2022
Erschienen in:Journal of the European Ceramic Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2022.11.003
Verlag:Elsevier
ISSN:0955-2219
Status:veröffentlicht
Stichwörter:CMAS, TBCs, Raman Spectroscopy, Residual Stress, EB-PVD
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Hochtemperatur-und Funktionsschutzschichten
Hinterlegt von: Naraparaju, Dr Ravisankar
Hinterlegt am:12 Dez 2022 10:10
Letzte Änderung:27 Feb 2024 10:33

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