Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Jan 2022)
High temperature mechanical properties of polycrystalline Y2SiO5
Abstract
The high temperature mechanical properties of polycrystalline Y2SiO5 were studied in compression at temperatures in the range of 1200–1400 °C, both in constant strain rate and constant stress experiments. To examine the effect of grain size on the plastic deformation, two routes were used for the synthesis and sintering of Y2SiO5: one of solid state reaction followed by conventional sintering in air, and one of sol–gel synthesis followed by spark-plasma sintering, resulting in starting grain sizes of 2.2 and 0.9 μm, respectively. Ceramics obtained by these routes exhibited different high-temperature compression behavior: while the conventionally processed ceramic exhibited grain growth during mechanical testing and a stress exponent close to one, compatible with diffusional creep, the spark-plasma sintered ceramic showed no grain growth but significant cavitation, a stress exponent close to two and partially superplastic behavior. These results have implications for the design and lifetime assessment of rare earth silicate-based environmental barrier coatings. Resumen: Este trabajo aborda el comportamiento mecánico a compresión del Y2SiO5 policristalino a temperaturas entre 1200 °C y 1400 °C, tanto en experimentos de tensión constante como de velocidad de deformación constante. Para estudiar el efecto del tamaño de grano en la deformación plástica, se utilizaron dos rutas para la síntesis y sinterización de Y2SiO5: una de reacción en estado sólido seguida de sinterización convencional en aire, y una de síntesis sol-gel seguida de Spark-Plasma Sintering, obteniéndose tamaños de grano iniciales de 2,2 y 0,9 μm, respectivamente. Los policristales obtenidos por estas rutas mostraron distinto comportamiento en compresión a alta temperatura: mientras que el cerámico convencionalmente exhibió crecimiento de grano y un exponente de tensión cercano a uno, compatible con un mecanismo de fluencia por difusión, el cerámico procesado por Spark-Plasma Sintering no mostró crecimiento de grano pero sí cavitación, un exponente de tensión cercano a 2 y un comportamiento parcialmente superplástico. Estos resultados tienen implicaciones para el diseño y la evaluación de la vida útil de recubrimientos de barrera ambiental a base de silicatos de tierras raras.
