Réactivité et densification sous irradiation laser de composites ZrB₂ – SiC : application aux piles à combustible

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

oxydation, lasers, frittage, piles SOFC

Mots-clés

Industrie spatiale - Applications industrielles - Thèses et écrits académiques,

Lasers - Oxydation - Thèses et écrits académiques,

Piles à combustible - Thèses et écrits académiques,

Traitements de surface - Thèses et écrits académiques,

Lasers à gaz - Thèses et écrits académiques,

Composites à matrice céramique - Thèses et écrits académiques

Il est possible de développer des couches denses non oxydes en surface de composites ZrB₂-SiC poreux, grâce à un traitement de surface par laser sous atmosphère protectrice. La densification se fait sans contamination par d'éventuelles traces d'oxygène dans le gaz protecteur. Par un procédé analogue, sous atmosphère oxydante, une couche d'oxydes dense se forme en surface. Le coeur poreux des échantillons n'est jamais oxydé, quel que soit le type d'atmosphère utilisé. Ces résultats sont en accord avec les études thermodynamiques basées sur des diagrammes de volatilité SiC/O₂ et ZrB₂/O₂. Les densifications laser de surface sous argon pourraient trouver des applications dans le domaine de l'aérospatial, en permettant par exemple d'alléger certaines pièces des véhicules traversant l'atmosphère. Les structures obtenues par oxydation laser correspondent à celles de demi-piles à combustible. Les couches d'oxydes denses, conductrices ioniques, développées en surface des composites, pourraient jouer le rôle d'électrolytes, et les coeurs poreux, conducteurs électroniques, celui de d'électrodes. Ce procédé laser permettrait de s'affranchir des problèmes d'assemblage, récurrents dans le domaine des piles à combustibles. Le traitement laser sous air de composites ZrB₂ – SiC donne une structure semblable à celle des échantillons non poreux oxydés en four. La conductivité protonique de la couche de verre obtenue en surface a été mesurée électrochimiquement. La valeur trouvée, de 10⁻² S/cm à 80 °C, ainsi que la bonne conductivité électrique du substrat ZrB₂ – SiC font de cet assemblage un excellent candidat pour de nouvelles générations de piles à combustible.