Contribution à l'étude des propriétés optiques de dépôts plasma de zircone yttriée : influences de leurs caractéristiques microstructurales et physico-chimiques

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

projection plasma, zircone, propriétés optiques, microstructures

Mots-clés

Dépôt par laser pulséZirconeZircone -- Couches minces,

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

Microstructure (physique) - Thèses et écrits académiques,

Stoechiométrie - Thèses et écrits académiques,

Absorption - Thèses et écrits académiques,

Diffusion (physique) - Thèses et écrits académiques

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier les corrélations entre les caractéristiques microstructurales et physico-chimiques (sous-stoechiométrie en oxygène) de dépôts plasma de zircone yttriée et leurs propriétés optiques (réflectance, transmittance). Six dépôts avec des différences microstructurales significatives ont été élaborés. Une étude préliminaire des caractéristiques des particules en vol a été réalisée afin de sélectionner des conditions de tir adéquates à l'aide de deux outils complémentaires de diagnostic : le DPV2000 et un système de collecte. Ce dernier a été développé pour l'étude, par analyse d'image de coupes micrographiques des particules collectées, de leur état de fusion lors de l'impact sur le substrat. Deux critères ont été retenus : leur degré de sphéricité et les caractéristiques de la porosité interne (taille, fraction volumique). Après caractérisation, les dépôts obtenus présentent des différences sur le plan microstructural (fraction volumique, taille et forme des pores) mais aussi au niveau de leur sous-stoechiométrie à cause de la perte d'oxygène dans la zircone yttriée lors de la projection plasma. Des mesures de transmittance et de réflectance des dépôts ont été réalisées sur une gamme spectrale allant de 0,25 à 20 µm. Pour étudier l'influence de la sous-stoechiométrie, les dépôts plasma ont été recuits à 500 °C sous air en augmentant graduellement le temps de traitement (de 5 minutes à 24 heures) et en suivant l'évolution des propriétés optiques. Le recuit permet de réduire le caractère absorbant de la matrice ce qui conduit à une augmentation de la diffusion volumique de 0.5 à 5 µm. Après un recuit de 24 heures, aucune variation n'est observée et les effets microstructuraux peuvent alors être étudiés. Deux approches ont alors été mises en place : une approche macroscopique utilisant le modèle de Gouesbet-Maheu et une approche microscopique basée sur la théorie de Mie étendue au cas d'une matrice hôte absorbante. D'après ces approches, les pores submicroniques jouent un rôle-clé au niveau du pic de la diffusion de 0,5 à 1,5 µm tandis que les pores microniques semblent être à l'origine d'une diminution plus lente de la diffusion de 1,5 à 5 µm.