Modélisation et dimensionnement d'un procédé de dépôt physique en phase vapeur assisté par plasma thermique

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

PS-PVD, Plasma, Dépôt, Barrières thermiques

Mots-clés

Dépôt en phase vapeur,

Projection au plasma

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, initié par D. Ivchenko (2018), 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. Ces travaux se sont focalisés sur l'optimisation de l'évaporation de la poudre par un modèle validé. A l'issu d'une bibliographie approfondie, un modèle du traitement thermocinétique des particules par l'écoulement plasma, a été sélectionné par comparaison avec les résultats expérimentaux. L’exploitation de ce modèle dans des simulations de la chambre haute pression a permis d’optimiser l’évaporation de la poudre et d’étudier différentes configurations géométriques qui permettaient de séparer le flux de vapeur des particules non totalement évaporées, et ce, afin d’éviter le colmatage de la tuyère.