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High temperature oxidation of magnetron sputtered Y2O3 doped silicon bond coats for SiC/SiC CMCs

Anton, Ronja und Leisner, Vito und Watermeyer, Philipp und Schulz, Uwe (2026) High temperature oxidation of magnetron sputtered Y2O3 doped silicon bond coats for SiC/SiC CMCs. Corrosion Science, 270. Elsevier. doi: 10.1016/j.corsci.2026.113956. ISSN 0010-938X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Kurzfassung

Silicon carbide (SiC) ceramic matrix composites (CMCs) are increasingly used in the high-temperature sections of turbine engines, requiring robust environmental barrier coating (EBC) systems to withstand extreme conditions. A silicon-based bond coat typically serves as the interface between the CMC and the EBC, although limitations remain for its long-term oxidation resistance and mechanical stability. In this study, yttria (Y2O3) doped silicon bond coats deposited by magnetron sputtering on monolithic SiC were investigated to improve these properties. Two compositions, 13 mol% and 25 mol% of YO1.5 in silicon, were synthesized, yielding X-ray amorphous, homogeneous, and columnar structures. Furnace cycling tests were performed up to 1000 cycles at 1250 °C to evaluate the high temperature oxidation behavior of the coatings. Microstructural evolution and phase transformations were analyzed using scanning electron microscopy (SEM), focused ion beam (FIB), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray diffraction (XRD). Upon thermal exposure, the films crystallized and during oxidation they form a thermally grown oxide (TGO) layer. The low-doped Y₂O₃ bond coat exhibited improved oxidation resistance, while the high-doped Y₂O₃ bond coat exhibited rapid pathways for oxygen due to the formation of yttrium disilicate (Y₂Si₂O₇), which induced pores and promoted inhomogeneous distribution of the Y₂O₃ phases. The study concludes that optimized Y2O3 doping can enhance oxidation resistance in Si based bond coat for CMC applications, with low Y2O3 content showing superior performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227924/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:High temperature oxidation of magnetron sputtered Y2O3 doped silicon bond coats for SiC/SiC CMCs
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Anton, RonjaRonja.Anton (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5521-7889NICHT SPEZIFIZIERT
Leisner, VitoVito.Leisner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Watermeyer, PhilippMax-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schulz, UweUwe.Schulz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0362-8103NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:29 Mai 2026
Erschienen in:Corrosion Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:270
DOI:10.1016/j.corsci.2026.113956
Verlag:Elsevier
ISSN:0010-938X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Environmental barrier coating ; Ceramic matrix composites ; Physical vapour deposition ; Silicon ; Yttria ; Bond coat
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Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Funktions- und Korrosionsschutzsysteme
Hinterlegt von: Anton, Ronja
Hinterlegt am:27 Okt 2026 10:45
Letzte Änderung:27 Okt 2026 10:45

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