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

par Jérôme Fazilleau

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Jean-François Coudert et de Thierry Chartier.

Soutenue en 2003

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    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 æs) qui vont ensuite se vaporiser (~ 1 æs). 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

  • Titre traduit

    Contribution to the understanding of the phenomena implied in the achievement of finely structured oxides coatings by d. C. Suspension plasma spraying


  • Résumé

    The aim of this research was to determine d. C. Spraying conditions when injecting a submicronic suspension in order to achieve yttria-stabilized zirconia coatings. These coatings must be as dense as possible, with a thickness of tens of microns and finely structured, so they could be used as electrolytes in SOFCs. The yttria-stabilized zirconia powder (8 mol% Y2O3) must be desagglomerated and a dispersant must be used in order to achieve a suitable suspension for the process. It must have a quite high powder load, a low viscosity and a good stability. A good understanding of plasma torches working conditions is mandatory in order to determine the pertinent parameters to obtain a plasma jet with the desired velocities and enthalpies to treat mechanically injected suspension. The plasma gases used in this study were Ar/H2 and Ar/H2/He. Simple models were used to determine orders of magnitude and characteristic times of implied phenomena. When entering plasma jet, suspension drops are first broken up (in about 1æs) into small droplets which are then vaporized (in about the same time). Then agglomerates are heated and accelerated. Characteristics times of dynamic and thermic transfers allowed to explain the results of in-flight particles collection. Several experimental parameters have been studied and operating conditions were determined in order to obtain coatings adapted to SOFC's electrolyte

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Informations

  • Détails : 160p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 153-158

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  • Cote : 85 FAZ
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