Modélisation et dimensionnement d'un procédé de dépôt physique en phase vapeur assisté par plasma thermique
(Document en Anglais)
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- Auteur
- Ivchenko Dmitrii
- Date de soutenance
- 20-12-2018
- Directeur(s) de thèse
- Mariaux Gilles - Goutier Simon - Govorykha Itina Tatiana
- Président du jury
- André Pascal
- Rapporteurs
- Brault Pascal - Hallo Ludovic
- Membres du jury
- Mauer Georg
- Laboratoire
- IRCER - Institut de Recherche sur les CERamiques - UMR CNRS 7315
- Ecole doctorale
- Ecole doctorale Sciences et Ingénierie des Matériaux, Mécanique, Energétique (Poitiers)
- Etablissement de soutenance
- Limoges
- Discipline
- Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
- Classification
- Sciences de l'ingénieur
- Mots-clés libres
- PS-PVD, Plasma, Nucléation-croissance, Modélisation-simulation numérique, Dépôt, Barrières thermique
- Mots-clés
- Modélisation CFD,
- Technique des plasmas,
- Hautes températures,
- Dépôt en phase vapeur
Le procédé de dépôt physique en phase vapeur assisté par plasma thermique (PS-PVD) consiste à évaporer le matériau sous forme de poudre à l’aide d’un jet de plasma d’arc soufflé pour produire des dépôts de structures variées obtenus par condensation de la vapeur et/ou dépôt des nano-agrégats. Dans le procédé de PS-PVD classique, l’intégralité du traitement du matériau est réalisée dans une enceinte sous faible pression, ce qui limite les phénomènes d’évaporation ou nécessite d’utiliser des torches de puissance importante. Dans ce travail, une extension du procédé de PS-PVD conventionnel à un procédé à deux enceintes est proposée puis explorée par voie de modélisation et de simulation numérique : la poudre est évaporée dans une enceinte haute pression (105 Pa) reliée par une tuyère de détente à une enceinte de dépôt basse pression (100 ou 1 000 Pa), permettant une évaporation énergétiquement plus efficace de poudre de Zircone Yttriée de granulométrie élevée, tout en utilisant des torches de puissance raisonnable. L’érosion et le colmatage de la tuyère de détente peuvent limiter la faisabilité d’un tel système. Aussi, par la mise en oeuvre de modèles numériques de mécaniquedes fluides et basé sur la théorie cinétique de la nucléation et de la croissance d’agrégats, on montre que, par l’ajustement des dimensions du système et des paramètres opératoires ces deux problèmes peuvent être contournés ou minimisés. En particulier, l’angle de divergence de la tuyère de détente est optimisé pour diminuer le risque de colmatage et obtenir le jet et le dépôt les plus uniformes possibles à l'aide des modèles susmentionnés, associés à un modèle DSMC (Monte-Carlo) du flux de gaz plasmagène raréfié. Pour une pression de 100 Pa, les résultats montrent que la barrière thermique serait formée par condensation de vapeur alors que pour 1 000 Pa, elle serait majoritairement formée par dépôt de nano-agrégats.
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Pour citer cette thèse
Ivchenko Dmitrii, Modélisation et dimensionnement d'un procédé de dépôt physique en phase vapeur assisté par plasma thermique, thèse de doctorat, Limoges, Université de Limoges, 2018. Disponible sur https://aurore.unilim.fr/ori-oai-search/notice/view/2018LIMO0099