Élaboration et caractérisation de barrières thermiques à base de zircone obtenues par dépôt chimique en phase vapeur assisté par un plasma micro-ondes : mise au point du procédé, propriétés physiques et stabilité des revêtements vis-à-vis du vieillissement thermique

par Boris Préauchat

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux

Sous la direction de Henri Michel.

Soutenue en 2001

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Cette étude a consisté dans un premier temps à parfaire la mise au point d'un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur assisté par un plasma micro-ondes pour l'élaboration de barrières thermiques en zircone yttriée. Il a donc été procédé à l'analyse des faiblesses du réacteur existant de manière à atteindre des vitesses de dépôt supérieures à 250 μm par heure (sur substrat plan de diamètre 20 mm). Le nouveau système d'évaporation et d'injection des vapeurs de précurseurs a été conçu pour permettre leur mélange homogène et l'obtention de dépôts uniformes en épaisseur et en teneur en yttrine. La génération du plasma micro-ondes a été revue pour rendre ce dernier également actif dans l'enceinte de dépôt. Un nouveau porte-substrat a aussi été mis au point pour explorer les morphologies de dépôt réalisés entre 500°C et 900°C. Ensuite, une fois les conditions optimales de dépôt définies, l'étude de trois morphologies de dépôts de zircone partiellement stabilisée à l'yttrine, obtenues à 500°C, 700°C et 900°C, a été entreprise par microscopie électronique à balayage et par diffraction des rayons X. Il a été mis en évidence une croissance de type dendritique des colonnes composant les dépôts obtenus à haute température de substrat suivant la direction [100] de la phase quadratique t' "métastable". La stabilité des morphologies obtenues à 700°C et 900°C vis-à-vis de traitements entre 1100°C et 1400°C se révèle satisfaisante. L'étude de l'évolution de la cristallographie de ces dépôts avec les traitements isothermes a conduit à la proposition d'un schéma de déstabilisation de la phase quadratique métastable. Les mesures de la porosité, de la rugosité et de la conductivité thermique, ainsi que l'estimation de la résistance au cyclage thermique de ces revêtements, sont venues compléter la caractérisation microstructurale et cristallographique. Les propriétés physico-chimiques de ces revêtements de zircone yttriée permettent assurément d'envisager pour des applications de type barrière thermique.

  • Titre traduit

    Microwave plasma enhaced chemical vapour deposition and characterisation of zirconia-based thermal barrier coatings : process development, physical properties and stability towards thermal ageing


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    A reactor for manufacturing zirconia-based thermal barrier coatings by microwave plasma enhanced chemical vapour deposition has been optimised. Deposition rates higher than 250 μm/h have been achieved (on 20 mm diameter plane substrates). A new evaporation and gas injection deviee has been designed to obtain coatings exhibiting uniform thickness and yttria content. Plasma activity has been homogenised. A new sample-holder has been designed to investigate coating morphologies at deposition temperature between 500°C and 900°C. Once optimum deposition parameters were defined, three morphologies of yttria partially stabilised zirconia coatings were studied by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. A dendritic growth of columns of the tetragonal nontransformable t' phase along the [100] direction at high deposition temperature was observed. The coatings deposited at 700°C and 900°C exhibited satisfactory stability towards isothermal heat treatments at 1100°c to 1400°C. Using X-ray diffraction analysis, a destabilisation scheme of the metastable " t' " phase has been proposed. Investigations of the coating porosity, roughness, thermal conductivity and resistance towards thermal cycling supplemented this microstructural and crystallographic study. These properties would allow the use of these yttria-zirconia coatings in typical thermal barrier applications.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVI-186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
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  • Cote : 2001 PREAUCHAT B.
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