Contribution à la compréhension des phénomènes impliqués dans la réalisation de dépôts finement structurés d'oxydes par projection de suspensions par plasma

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

plasmas, projection plasma, piles SOFC, zircone, suspensions (chimie), électrolytes

Mots-clés

Dépôt par laser pulséZircone -- Couches minces,

Projection au plasmaProjection au plasma -- Thèses et écrits académiques,

Suspensions (chimie) - Thèses et écrits académiques

L'objectif de cette recherche était de déterminer des conditions de projection pour l'injection de suspension de poudres submicroniques dans un plasma d'arc soufflé, afin de réaliser des dépôts de zircone yttriée, les plus denses possibles, ayant une épaisseur de l'ordre de la dizaine de microns, et finement structurés. L'application visée est la réalisation d'électrolytes pour les piles à combustible à oxyde solide. La poudre de zircone yttriée (8% mol Y₂O₃) doit être désagglomérée et un dispersant est nécessaire pour réaliser une suspension qui soit adaptée au procédé, c.a.d possédant une charge massique assez élevée, une viscosité faible et une stabilité importante dans le temps. Une bonne compréhension du fonctionnement des torches à plasma est nécessaire afin de déterminer les paramètres les plus pertinents dans l'obtention d'un jet de plasma avec des caractéristiques de vitesse et d'enthalpie voulues lorsque la suspension est injectée mécaniquement. Les mélanges plasmagènes utilisés dans cette étude étaient un mélange binaire Ar/H₂ et un mélange ternaire Ar/H₂/He. Des modèles simples ont été utilisés afin de déterminer des ordres de grandeur et des temps caractéristiques des phénomènes. Ainsi les gouttes de suspension pénétrant le plasma sont d'abord fragmentées en gouttelettes (~ 1 µs) qui vont ensuite se vaporiser (~ 1 µs). Les agglomérats sont alors chauffés et accélérés. Des calculs de temps caractéristiques de transfert dynamique et thermique ont permis d'expliquer les résultats de la collecte de particules en vol à différentes distances de la sortie de tuyère. Différents paramètres expérimentaux ont été étudiés et des conditions opératoires adaptées à l'obtention des dépôts recherchés ont pu être déterminées.