Approche intégrée de l'élaboration de revêtements céramiques oxydes par Aerosol Deposition Method (ADM) : des poudres amont aux propriétés avales

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Chimie, minéralogie, cristallographie

Mots-clés libres

Revêtements céramiques, Aerosol Deposition Method, Projection cinétique

Mots-clés

Revêtement de céramique,

Poudres céramiques,

Zircone,

Alumine

Cette thèse porte sur le développement d’un nouveau procédé cinétique de projection par voie sèche appelé Aerosol Deposition Method (ADM). Assimilé à un Cold Spray sous vide, il permet de réaliser des revêtements céramiques nanostructurés à température ambiante par un phénomène de déformation plastique des grains et de fragmentation de ces derniers lors de leur impact à grande vitesse sur le substrat. L’obtention à l’état solide de couches minces ou épaisses est ainsi possible, ouvrant de nouvelles perspectives d’applications et d’intégrations de la céramique avec d’autres matériaux.Ces travaux s’articulent autour de la fabrication par ADM de revêtements de deux céramiques oxydes, l’alumine et la zircone yttriée. Les caractéristiques clés des matières pulvérulentes amont en lien avec les résultats de projection sont établies. Différents traitements de broyage et thermiques sont appliqués sur des poudres commerciales afin d’adapter la matière première au procédé ADM. Les mécanismes conduisant à la consolidation à froid des revêtements sont explicités.Les propriétés des revêtements obtenus sont étudiées qu’elles soient optiques, mécaniques ou encore microstructurales. En particulier, la quantification des défauts microstructuraux et des contraintes résiduelles engendrées par le procédé ADM est réalisée par affinement structural. Il est, en outre, montré l’effet bénéfique de recuits thermiques post-dépôt pour restaurer la microstructure. Une préétude est également menée sur les phénomènes de décharge luminescente ou plasmas observés en cours de dépôt. Elle confirme que la consolidation intervient bien à froid, ou tout au moins à température modérée.Au regard des revêtements obtenus et de leurs propriétés optimisées, différents champs applicatifs sont identifiés, tels que les piles à combustible à oxyde solide et des revêtements anti-usure. Finalement, des perspectives d’évolution du procédé telles que l’hybridation avec un plasma sont formulées en vue d’augmenter les rendements de dépôt et les épaisseurs atteignables.