Letteratura scientifica selezionata sul tema "Céramiques projetées plasma"

Les barrieres thermiques sont principalement utilisees dans les moteurs thermiques (turboreacteurs) afin de proteger les pieces metalliques qu'elles recouvrent. Elles permettent, compte tenu de leur faible conductivite thermique, d'augmenter la temperature de fonctionnement et donc le rendement energetique de tels moteurs. Cependant la permeabilite des ceramiques deposees aux gaz de combustion conduit a une degradation de l'interface ceramique/metal, puis a un decollement de la couche projetee, et finalement a la destruction de la barriere thermique. Une densification superficielle de ce type de depot poreux et microfissure est une bonne solution pour ameliorer la longevite des barrieres thermiques. L'emploi d'un concentrateur solaire de 2kw permet, par rapport aux lasers de forte puissance, de mieux apprehender les phenomenes se produisant lors de traitements de ce type et d'autre part, en diminuant les contraintes thermomecaniques au sein du materiau, de reduire une fissuration nefaste a la duree de vie de la barriere thermique. Cette etude a ete realisee sur des barrieres thermiques a base de zircone partiellement stabilisee a l'yttrine et grace a un montage experimental developpe specifiquement. Une modelisation thermique du procede associee a des mesures specifiques des proprietes thermoradiatives des echantillons, a permis, avec une bonne reproductibilite, l'obtention de resultats comparables a ceux obtenus avec des lasers. Une modelisation numerique du comportement thermomecanique des barrieres thermiques au cours d'un traitement superficiel prevoit une diminution de la fissuration de la ceramique par reduction des gradients thermiques. Experimentalement, le chauffage par le substrat des echantillons pendant les traitements confirme cette prevision

Les revêtements en céramique obtenus par projection plasma (APS) ont une microstructure poreuse et micro-fissurée qui a un effet non négligeable sur les propriétés mécaniques lors d'impact de micro-débris ou de choc laser. En effet, la microstructure permet d'atténuer les ondes de compression, ce qui peut s'avérer utile pour réaliser des revêtements de protection.Dès lors, la caractérisation du lien entre la microstructure et les propriétés sous des sollicitations dynamiques, est nécessaire pour exploiter le potentiel de ces matériaux, mais la compréhension des mécanismes qui interviennent reste encore limitée.Cette thèse s’intéresse aux possibilités offertes par la méthode des éléments discrets (MED) pour modéliser, à l’échelle de la microstructure, des matériaux hétérogènes comme les céramiques projetées plasma. Une stratégie de création de domaines numériques 3D représentant la microstructure est proposée. Elle est fondée sur de l’analyse d’images volumiques obtenues par MEB-FIB : la porosité est détectée puis traitée selon son échelle, afin d’être reproduite numériquement. Des simulations sont réalisées sur les modèles pour étudier l’effet de la microstructure sur la propagation d’ondes de compression, obtenir des lois de comportement macroscopique et étudier l'endommagement induit
Ceramic coatings obtained by plasma spraying (APS) have a porous, micro-cracked microstructure that has a significant effect on mechanical properties when subjected to micro-debris impact or laser shock.The microstructure attenuates compression waves, which can be useful for protective applications.Consequently, characterization of the microstructure-properties link, under dynamic loading, is necessary to exploit the potential of these materials, but understanding of the mechanisms involved is still limited.This thesis focuses on the possibilities offered by the discrete element method (DEM) for modelling heterogeneous materials such as plasma-sprayed ceramics at the microstructure scale. A strategy for creating 3D numerical domains representing the microstructure is proposed. It is based on the analysis of volume images obtained by FIB-SEM: porosity is detected and then processed according to its scale, in order to be reproduced digitally. Simulations are carried out on the models to study the effect of the microstructure on the propagation of compression waves, to obtain macroscopic behavior laws and to study the induced damage

Les dépôts céramiques sont utilisés comme barrières thermiques dans les turbines aéronautiques ; cette étude consiste en l'analyse des deux modes principaux de transfert thermique qui sont la conduction et le rayonnement par semi-transparente (emission-absorbtion au sein du dépôt). Un montage expérimental est développé, permettant la mesure de la composante périodique de la température d'un échantillon soumis à un flux périodique, à haute température et sous gradient thermique. Les paramètres conduisis (conductivité, diffusivité) sont déterminés par identification de la fonction de transfert mesure. Cette approche permet l'optimisation de l'appareillage expérimental et de la chaine de mesure. Le transfert par rayonnement est mis en évidence par la mesure des profils thermiques sur l'épaisseur du dépôt d'épaisseur 300 à 500 m. Ces profils sont mesures a haute température en régime stationnaire ou périodique. Cette mesure nécessite le développement d'un pyromètre à résolution élevée (de l'ordre du micron).

Les dépôts de YSZ, élaborés par projection plasma, sont des céramiques réfractaires généralement utilisées pour les applications de barrières thermiques (TBC). Sa faible conductivité thermique associée à sa bonne résistance mécanique assure aux TBC de hautes performances et de bons rendements. La structure et la microstructure complexe sont à l'origine de ces propriétés mécaniques, et celles doivent être contrôlées. Tout comme les céramiques denses la YSZ se dégrade en température et sous vapeur d'eau.La dégradation des propriétés mécaniques dans le temps (module d'élasticité et contrainte à rupture)est accélérée par la température. Pour cette étude les propriétés ont été évaluées en flexion 3 points à température ambiante. Les observations structurales et microstructurales ont été réalisées respectivement par DRX et microscopie électronique à balayage au cours du vieillissement. Un model analytique a pu être proposé pour prédire le comportement du matériau dans le temps sous humidité
Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) coatings, deposited by plasma sprayed process, are refractory ceramics mostly used as the Thermal Barrier Coating (TBC) applications. The low YSZ thermal conductivity associated to the good mechanical resistance ensures a high performances and efficiencies of these TBC. The structure and the complex microstructure are responsible for the mechanical properties and must be controlled. Like brittle ceramic materials, the YSZ is affected by degradation at low temperature due to water vapor. Material ageing results from the progressive degradation of the mechanical properties (such as fracture strength and Young’s modulus), which seem to decrease in time and accelerate depending on temperature. In this study, the mechanical properties have been evaluated by means of three-point bending tests at room temperature. The observations of the structure and the microstructure are respectively investigated by X-ray diffraction and SEM-technique with material ageing. An analytical model is suggested in order to predict the evolution of the properties under humidity atmosphere

La réalisation des barrières thermiques constituées par une couche de zircone projetée sur substrat métallique pose différents problèmes liés au principe même de la projection plasma atmosphérique utilisée habituellement: - corrosion du substrat à travers les porosités du dépôt. - contraintes résiduelles dues aux différences de coefficient de dilatation thermique du métal et de la céramique. - manque d'adhérence entre le métal et la céramique. Notre étude a permis de résoudre ces trois problèmes par la mise au point de couches intermédiaires d'aluminures réalisées par interdiffusion d'aluminium avec le substrat métallique (acier, ou fonte). L'optimisation de ces couches a été faite grâce a l'utilisation de caractérisations thermomécaniques (traction, fatigue thermique) associées à des contrôles par cartographies ultrasonores. Nous montrons ainsi le rôle particulièrement favorable d'ajouts de silicium et surtout d'yttrium et l'existence d'une vitesse relative torche/pièce optimale. Les résultats obtenus sont alors supérieurs à ceux donnés par les solutions classiques.

Cette étude concerne mes matériaux compostes à matrice céramique constitués d'un renfort tissé et d'une matrice autocicatrisante. De nombreux auteurs ont montré que l'adhérence de revêtements d'alumine projetés sur ce type de matériaux est très limitée. Deux voies d'optimisation ont été identifiées : l'amélioration des propriétés de surface et la mise en oeuvre de revêtements multicouches. Dans un premier temps, les modifications de surface induites par un traitement laser cumulatif on été étudiées. Des analyses ont montré que les surfaces traitées étaient caractérisées par une morphologie "en picots" micrométriques et une décarburation superficielle, dus à un phénomène d'ablation. Les relations entre propriétés de surface et adhérence de revêtements d'alumine sur CRC ont ensuite été étudiées. Dans le cas du dépôt d'alumine après traitement laser cumulatif, un niveau d'adhérence relativement élevé a pu être constaté ; il semblerait que cela soit lié à la morphologie "en picots" qui favoriserait l'effet d'ancrage mécanique. Dans le cas des revêtements multicouches silicium/alumine, les expérimentations ont révélé que le niveau d'adhérence est nettement plus élévé pour un dépôt de silicium par projection plasma sous vide que par projection plasma atmosphérique, probablement du fait de l'établissement de liaisons physico-chimiques à l'interface. Enfin, ces résultats ont été appliqués à l'instrumentation extensométrique. Les résultats d'essais thermomécaniques d'éprouvettes instrumentées ont permis de démontrer la faisabilité de l'intégration d'une jauge en filament libre dans un revêtement d'alumine sur CMC
This study deals with a self-healing multilayer matrix and carbon or silicon carbide fiber-reinforced ceramic matrix composites. Many papers have shown that the adherence of sprayed alumina coatings to such substrates is quite poor. According to a literature survey, two ways were identified to improve the coating bond : enhancing the substrate surface properties, by means of a cumulative laser treatment, and depositing a silicon bond coat, i. E. Implementing a multilayer coating. First the surface modifications of CMC induced by a cumulative laser treatment were studied. Some morphological, elementary and structural analyses of the treated surfaces revealed a microcone morphology and a superficial decarburization, due to laser ablation. The relationships between the surface properties and the adherence of sprayed alumina coatings on CMC were then studied. In the case of alumina deposit after laser treatment, a rather high level of adherence compared to untreated surfaces has been noticed. This might be due to the surface morphology : indeed microcones could favor the mechanical anchorage of the sprayed particles on the substrate. In the case of silicon/alumina multilayer coatings, it was shown that the adherence of silicon coatings prepared by vacuum plasma spraying was higher than that of the coatings prepared by atmospherical plasma spraying. In the former, physico-chemical binds are supposed to develop. Eventually, these results were applied to strain measurement. The feasibility of integrating a free filament strain gage in a sprayed alumina coating on CMC was demonstrated by the preparation of test specimens

L'alumine est un matériau réputé pour ses propriétés d'isolation électrique. Elle est utilisée dans les sondes géologiques qui mesurent la résistivité des roches. Le contexte pétrolier incite les sociétés telles que Schlumberger à développer de nouvelles générations de revêtement dont certains en alumine. Ils sont obtenus par le procédé de projection plasma qui génère dans la structure des fissures et des pores interconnectés. Ce réseau caractérise la porosité de la céramique et dégrade plus ou moins les propriétés des revêtements. Ce travail de thèse propose l'étude d'une gamme de revêtements d'alumine réalisés par projection plasma. Il définit le revêtement d'alumine comme un composite présentant deux phases : la matrice céramique et la porosité. Tout d'abord, une analyse bidimensionnelle classique (employant la microscopie électronique à balayage) a été comparée à une analyse tridimensionnelle (employant la microtomographie) pour déterminer la nature, l'orientation et la répartition des phases : -l'analyse 2D de la microstructure des dépôts a permis de différencier les matériaux en fonction de leur méthode d'élaboration. Nous avons élaboré des composites « alumine-défauts » avec différentes densités surfaciques de pores et de fissures. Pour la co-projection, des composites présentant une matrice d'alumineverre ont été élaborés. Un post-traitement par laser à excimère a généré des matériaux possédant des propriétés de surface différentes. Enfin, les techniques d'imprégnation ont produit des composites présentant une matrice d'alumine, une porosité remplie de résine ou de phosphate d'aluminium et une porosité non remplie. -l'analyse par microtomographie synchrotron a permis uniquement de caractériser les pores dans les composites. L'étude a montré leur orientation parallèle à la direction de projection et leur morphologie plutôt filaire dans les revêtements d'alumine. De plus, cette technique a mis en évidence les changements de morphologie et de répartition des pores dans une matrice d'alumine-verre ayant subi des traitements thermiques ou bien dans les surfaces traitées par laser. Toutes ces informations complémentaires ont permis de mettre en place une simulation des propriétés mécaniques et électriques fonction des caractéristiques microstructurales. Les mesures d'impédance en milieu liquide ont défini les microstructures composites par des schémas électriques équivalents. Cette mesure s'est révélée être une méthode expérimentale propre à définir les connexions de la porosité. Elle a permis de comparer les composites. Enfin, à partir des images 2D et 3D, une simulation numérique par éléments finis de microstructures réelles a permis de calculer les propriétés élastiques et diélectriques des composites. Ces simulations ont permis d'établir le lien entre microstructures et propriétés des dépôts. Elles semblent très prometteuses pour établir les conditions d'élaboration des revêtements en fonction des propriétés souhaitées.