Elaboration par projection plasma d'électrolytes de zircone yttriée denses et de faible épaisseur pour SOFC

par Gwénaëlle Renouard-Vallet

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Pierre Fauchais et de Michel Vardelle.

Soutenue en 2004

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

mots clés

• Plasma d'arc sous vide
• Plasma inductif supersonique
• Propriétés des particules en vol
• Contacts interlamellaire
• Projection au plasma
• Conduction ionique

Résumé

L'objectif de ces travaux de thèse est d'élaborer par projection par plasma des électrolytes de zircone yttriée denses, c'est à dire présentant une porosité ouverte inférieure à 5% et de faible épaisseur pour les SOFC. La stratégie expérimentale a été essentiellement basée sur l'accélération des particules à l'impact en conservant celles-ci dans un état fondu en utilisant trois procédés de projection plasma (plasma d'arc à la pression atmosphérique, sous vide partiel et plasma inductif supersonique) et l'utilisation de particules de YSZ fines (-25+5 æm). La caractérisation des particules à l'impact et des lamelles, a permis ensuite d'étudier l'influence des propriétés thermocinétiques des particules en vol sur la microstructure des dépôts élaborés pour relier celle-ci à la porosité totale des dépôts et leur conductivité ionique. L'augmentation de la vitesse des particules à l'impact a permis d'obtenir, en fonction du procédé utilisé deux types de microstructures prédominantes permettant toutes les deux d'avoir de bons contacts interlamellaires principaux acteurs de la conductivité ionique et les résultats obtenus ont montré la possibilité d'élaborer l'ensemble anode-électrolyte-cathode avec un même procédé plasma

Titre traduit

Elaboration using plasma spraying of fine, dense, crack-free coatings of Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) for SOFCs electrolyte

Résumé

The aim of this PhD work is to elaborate using plasma spraying fine, dense, crack-free coatings of Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) for SOFCs electrolyte. The experimental approach has been based on the increase velocities of particles in a molten state upon impact using three plasma spraying processes (Arc plasma spraying, vacuum plasma spraying and supersonic inductive plasma spraying) and powder with a fine granulometry (-25+5æm). In-flight particles and lamellaes characterisations were carried out to study their influence onto deposit microstructure and the influence of the latter one on their porosity and ionic conductivity. Two kinds of microstructure function of spraying process were obtained thanks to the increase of particle velocities upon impact. Those specific microstructures lead to the increase of the number of good interlamellar contacts that allows benefiting ionic conductivity. So, in future, it will be possible to elaborate all the stack (anode-electrolyte-cathode) with the same plasma spraying process