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In-situ Characterization of High Temperature Ceramic Coating Degradation within a Replicated Aeroengine Environment using Synchrotron X-ray Diffraction

Stein, Zachary und Kenesei, Peter und Park, Jun-Sang und Wischek, Janine und Bartsch, Marion und Schulz, Uwe und Naraparaju, Ravisankar und Raghavan, Seetha (2026) In-situ Characterization of High Temperature Ceramic Coating Degradation within a Replicated Aeroengine Environment using Synchrotron X-ray Diffraction. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). AIAA SciTech Forum, 2026-01-12 - 2026-01-16, Orlando, FL. doi: 10.2514/6.2026-1784.

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Kurzfassung

High temperature ceramic protective coatings are used to protect metallic components within a gas turbine aircraft engine. Calcium-magnesium-alumino-silicate (CMAS) particulates, found in sand, are ingested by these aero-engines and reduce the engine’s operational performance and durability. The subsequent rapid CMAS infiltration and microscale dynamic interactions between the CMAS melt and ceramic coating poses a challenge to capture the coating’s degradation with high resolution within the replicated extreme engine environment. Synchrotron X-ray diffraction was used to capture these CMAS-coating interactions and degradation-causing mechanisms on standard 7-8 wt% yttria-stabilized zirconia (YSZ) coating applied on an internally cooled hollow dogbone sample under thermal gradient conditions. Thermomechanical degradation of the YSZ coating was observed through minor compressive shifts in the average d-spacing of the tetragonal-phase associated YSZ Debye-Scherrer rings. Thermochemical degradation was observed through a decrease in tetragonal YSZ peak intensities and the formation of the monoclinic phase from yttria-lean zirconia at the surface of the coating. These results showcase the successful capture of coating degradation in a replicated aircraft flight cycle. This work establishes a basis for quantitatively assessing the mechanisms responsible for coating degradation and their severity towards premature coating failure. The findings can be used to better guide the development of targeted mitigation strategies to reduce CMAS-related damage in high temperature ceramic coatings.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/228978/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:The manuscript is peer reviewed
Titel:In-situ Characterization of High Temperature Ceramic Coating Degradation within a Replicated Aeroengine Environment using Synchrotron X-ray Diffraction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stein, ZacharyEmbry-Riddle Aeronautical University, Daytona, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kenesei, Peteradvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinoisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, Jun-Sangadvanced photon source, argonne national laboratory, argonne, illinois, usaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wischek, Janinejanine.wischek (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartsch, MarionMarion.Bartsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3952-2928NICHT SPEZIFIZIERT
Schulz, UweUwe.Schulz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0362-8103NICHT SPEZIFIZIERT
Naraparaju, RavisankarRavisankar.Naraparaju (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3944-1132NICHT SPEZIFIZIERT
Raghavan, SeethaEmbry-Riddle Aeronautical University, Daytona, FL, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Januar 2026
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2026-1784
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
Status:veröffentlicht
Stichwörter:CMAS, TBCS, Synchrotron
Veranstaltungstitel:AIAA SciTech Forum
Veranstaltungsort:Orlando, FL
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:12 Januar 2026
Veranstaltungsende:16 Januar 2026
Veranstalter :SCITECH
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 Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Funktions- und Korrosionsschutzsysteme
Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Digital integrierte Mikrostruktur und Mechanik
Hinterlegt von: Naraparaju, Dr Ravisankar
Hinterlegt am:06 Nov 2026 09:08
Letzte Änderung:06 Nov 2026 09:08

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