Etude de l'obtention par voie de fusion et solidification controlées des poudres de manganite de lanthane et de strontium pour application dans les couches de cathode de piles à combustible de type SOFC

par Constance Morel

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Francis Millot.

Le président du jury était Alain Gasser.

Le jury était composé de Francis Millot, Alain Gasser, Jean-Marc Bassat, Loreynne Pinsard-Gaudart, Samuel Marlin.

Les rapporteurs étaient Jean-Marc Bassat, Loreynne Pinsard-Gaudart.


  • Résumé

    Nos travaux portent sur des manganites de lanthane et strontium (LSM), synthétisées par voie de fusion dans un four delévitation aérodynamique. Ce procédé, qui consiste à fondre des échantillons compactés sous impact laser, permetd’atteindre des températures très élevées (2500°C), tout en s’affranchissant des risques de pollution par le creuset. Lamicrostructure des produits obtenus a été caractérisée par DRX et observée au MEB. Leur composition chimique a étédéterminée par analyse EDS et leur stoechiométrie en oxygène, par ATG.L’étude a permis de définir les conditions nécessaires à l’obtention par fusion d’un matériau de composition LSM et destructure pérovskite. Nous avons mis en évidence les paramètres déterminants, montré en quoi ils affectent la nature desphases finales et proposé un mécanisme pour la cristallisation de celles-ci à partir du liquide de composition La1-xSrxMnO3±δ.Une méthode originale de détermination des propriétés élastiques (module d’Young, coefficient de Poisson) a été miseen oeuvre pour caractériser les produits d’un point de vue mécanique : la corrélation d’images enregistrées au cours d’unessai de traction indirecte par fendage. L’effet de l’ajout de différents dopants (Ga, Nb, Mg à raison de 5 et 10% sur lesite B) a été étudié en vue d’améliorer la tenue mécanique du LSM.

  • Titre traduit

    Study of the achievement by means of controlled fusion and solidification of lanthanum and strontium manganite powders for application as cathode layers in SOFCs


  • Résumé

    Our study concerns lanthanum and strontium manganites (LSM) synthesized by means of fusion in an aerodynamiclevitation furnace. This process consists in melting compacted samples with lasers, which enables to achievetemperatures as high as 2500°C while avoiding any pollution due to the crucible. The microstructure of the fusedproducts was characterized by XRD and investigated by SEM. Their chemical composition was determined by EDXanalyses and their O-stoichiometry by TGA.The study allowed us to define the conditions demanded in order to get a material exhibiting the LSM composition andthe purely perovskite structure. We evidenced the critical parameters, shew how they affect the final phases andproposed a mechanism for the crystallisation of these phases from a melt with the composition La1-xSrxMnO3±δ.To characterise our products from a mechanical point of view, an original method was used, based on the correlation ofimages recorded during an indirect tensile splitting test. Data on the elastic properties of the fused LSM were collectedand the effects on the mechanical strength of different dopants added on the B-site (Ga, Nb, Mg, 5 and 10%) werecompared.


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