Barrières thermiques élaborées par projection thermique : de la structure de la poudre à celle du dépôt

par Priscille Roy

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Christian Coddet.

Soutenue en 2005

à Besançon en cotutelle avec Belfort-Montbéliard .


  • Résumé

    Les présents travaux portent sur les barrières thermiques élaborées par projection à la torche à plasma depuis l’élaboration de la poudre de zircone yttriée, son étude en vol, à l’impact sur le substrat et les caractéristiques des dépôts. Tout d’abord, un outil basé sur le séchage de gouttelettes suspendues a été développé afin de prédire la morphologie des poudres céramiques avant leur élaboration par agglomération séchage. Un état dispersé des barbotines favorise l’obtention de poudres creuses. Cet état de dispersion, influencé par le pH, la concentration en dispersant et en liant, est caractérisé par des mesures de sédimentation. La prédiction de l’épaisseur de la coquille des poudre creuses est également possible. Une poudre de zircone yttriée prédite creuse par les tests préliminaires a été élaborée par agglomération séchage puis consolidée au four à 1050°C avant son utilisation en projection thermique. Puis, des analyses de particules en vol, ainsi qu’une étude des impacts des poudres sur le substrat ont été réalisées. Par la suite, un plan factoriel d’expériences a permis de mettre en évidence l’influence de certains paramètres opératoires sur les caractéristiques des dépôts. Finalement, une étude de la conductivité thermique des dépôts révèle la complexité à établir un lien entre la conductivité et le taux de porosité. La conductivité thermique est 5% plus faible pour les dépôts élaborés à partir de la poudre agglomérée séchée qu’avec la N204. Pour conclure, une étude en vieillissement thermique des dépôts montre l’évolution en terme de microstructure et de phase cristalline.

  • Titre traduit

    Plasma sprayed thermal barrier coatings : from the powder structure to that of the coating


  • Résumé

    This work deals with plasma sprayed thermal barrier coatings from the powder manufacturing to the coating characteristics. To achieve this, in-flight particles were studied for a better understanding when impinging onto a substrate. First, an apparatus based on a single droplet drying has been developed to predict ceramic powder morphology before their manufacturing by spray drying. It was shown that dispersed slurries favour hollow powders formation. This dispersion state, influenced by pH, dispersant and binder concentrations, was characterized by sedimentation volume measurements. The hollow powder shell thickness can be predicted thanks to droplet drying tests and depends on the slurry sedimentation ratio. An yttria zirconia powder, predicted hollow by preliminary tests, was spray dried, then heat treated in an oven at 1050°C before being sprayed. Then, in-flight particles analyses and a study of particles impacting on a substrate are realized. A Taguchi factorial design of experiments allowed to determine the influence of operating parameters on the coating characteristics. Finally, a thermal conductivity study of coatings showed the complexity to correlate thermal conductivity and porosity levels. Thermal conductivity is 5% higher for coatings elaborated from N204 than from our spray dried powder. To conclude, a thermal aging study showed that microcracks disappear during heat treatment (100 hours at 1200°C) while macroporosity does not. Tetragonal metastable phase starts to transform into cubic and tetragonal stable phases under heat treatment at 1300°C during 100 hours.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (140-III p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Réf. bibliogr. en fin de chap.

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Lucien Febvre (Belfort).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Sc.2005.3.B
  • Bibliothèque : Université de technologie de Belfort-Montbéliard. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THESE 05 ROY
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