Projection par plasma d'arc de particules submicroniques en suspension : approche expérimentale et analytique des phénomènes impliqués dans la reproductibilité et la qualité des dépôts

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

nanomatériaux, 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,

Matériaux nanostructurésMatériaux nanostructurés -- Thèses et écrits académiques,

Dépôts physiques - Thèses et écrits académiques,

électrolytes - Thèses et écrits académiques,

Piles à combustible à oxyde solide - Thèses et écrits académiques,

Gouttes - Thèses et écrits académiques,

Pulvérisation - Thèses et écrits académiques,

Suspensions (chimie) - Thèses et écrits académiques

Aujourd'hui, les « nanomatériaux » ouvrent des perspectives importantes dans diverses applications : énergie, aéronautique, automobile, etc... Un procédé relativement récent, la projection plasma de suspension, permet la formation de dépôt céramique finement voire nanostructuré avec de faibles épaisseurs (entre 5 µm et 10 µm). Néanmoins, la microstructure des dépôts obtenus passe par la compréhension d'un grand nombre de paramètres, et notamment l'injection de la suspension. Ces travaux ont particulièrement montré l'intérêt de l'injection et de la fragmentation de la suspension pour son traitement dans le plasma. L'injection de la suspension a été observée à l'aide d'un système optique qui permet de déclencher l'acquisition de l'image sur une valeur de tension d'arc de la torche. Ce système permet d'observer la trajectoire et la fragmentation de la suspension correspondante à un état instantané du jet de plasma. Cette étude a montré l'importance des fluctuations du jet de plasma sur la fragmentation et la trajectoire de la suspension. Il a été observé une grande différence de traitement de la suspension selon que l'on utilise un plasma Ar/H2 ou Ar/He. Le traitement des gouttes avec un plasma argon-hydrogène se fait de manière hétérogène, cette différence de traitement est due aux fluctuations de tension de la torche, , et la porosité des dépôts formés en est directement liée. La diminution de ces instabilités avec un plasma Ar/He (), par exemple, permet d'homogénéiser le traitement des gouttes de suspension. La diminution de la dispersion des trajectoires dans le plasma limite les particules infondues dans le dépôt, et par conséquent sa porosité. Ces travaux ont permis d'élaborer des dépôts de zircone avec une épaisseur de l'ordre de 10 µm et une faible porosité (~ 4%). Plusieurs dépôts denses (porosité de 4%) ont été formés que ce soit avec un plasma argon-hydrogène ou argon-hélium, à condition d'adapter l'injection de suspension avec les conditions plasmagènes de tir.