Revêtements multicouches multifonctionnels à base de nitrure d'aluminium pour les récepteurs solaires haute température

par Danying Chen

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Michel Pons et de Frédéric Mercier.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production , en partenariat avec Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (laboratoire) depuis le 11-01-2017 .


  • Résumé

    Dans le domaine de la production d'énergie, la filière concentrateur solaire thermodynamique devient une alternative de plus en plus envisagé mais se heurte à la disponiblité de matériaux capable de résister à des conditions extrèmes (T>1000°C, sous air). Le projet de cette thèse porte sur la conception, la création et la compréhension fondamentale de nouveaux revêtements multifonctionnels « sur-mesure » pour des applications innovantes en conditions extrèmes. Le but de cette thèse est de développer un système de revêtement multicouches céramique capable de supporter des hautes températures (T>1000°C) sous air tout en gardant ces propriétés structurales et fonctionnelles. L'approche multidisciplinaire développée dans la thèse sera la suivante : l'élaboration de couches minces céramiques, la caractérisation structurale et optique et la simulation thermomécanique.

  • Titre traduit

    Multilayer coatings based on Aluminium Nitride for concentrating solar power technology


  • Résumé

    There is an increasing interest for concentrated solar power (CSP) systems which can work at temperatures higher than 1000°C to optimize the yield. Current systems generally utilize high temperature metallic alloys such as Inconel, or bulk and porous ceramics such as alumina or silicon carbide. However, high temperature causes the degradation of current receiver materials when exposed to air. The present study explores the behavior of ceramic coatings on refractory alloys which have been developed for aerospace or gas turbine engine applications. Contrarily to coatings in gas turbine engine, they must have a high thermal conductivity to ensure heat transfer to the fluid. Aluminum nitride and silicon carbide coatings, deposited by chemical vapor deposition at 1100-1200 °C, were selected for their high thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, high temperature stability and their ability to develop thin and stable alumina or silica scales at 1000 °C. Molybdenum based refractory alloys were chosen for their low thermal expansion and low creep rate and weldability when compared to bulk ceramics. FeCrAl alloys were also selected for their high resistance to oxidation although they have higher creep rate. Thermogravimetric measurements and accelerated cyclic oxidation tests as well as emissivity measurements made in Odeillo solar furnace facilities demonstrate the potential of AlN coatings on metallic alloys as materials for high temperature CSP receivers.