Optimisation de l'adhérence de revêtements d'alumine projetés sur matériaux composites à matrice céramique : application à l'instrumentation extensométrique

Optimization of the adherence of sprayed alumina coatings on cermaic matrix composites : application to strain measurement by strain gages

• Auteur / Autrice : Sébastien Lukat
• Direction : Sophie Costil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieurSciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Besançon en cotutelle avec Belfort-Montbéliard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt par laser pulsé

Jauges de contrainte

Projection au plasma

Étanchéité

Composites à matrice céramique

Alumine

Résumé

Cette étude concerne mes matériaux compostes à matrice céramique constitués d'un renfort tissé et d'une matrice autocicatrisante. De nombreux auteurs ont montré que l'adhérence de revêtements d'alumine projetés sur ce type de matériaux est très limitée. Deux voies d'optimisation ont été identifiées : l'amélioration des propriétés de surface et la mise en oeuvre de revêtements multicouches. Dans un premier temps, les modifications de surface induites par un traitement laser cumulatif on été étudiées. Des analyses ont montré que les surfaces traitées étaient caractérisées par une morphologie "en picots" micrométriques et une décarburation superficielle, dus à un phénomène d'ablation. Les relations entre propriétés de surface et adhérence de revêtements d'alumine sur CRC ont ensuite été étudiées. Dans le cas du dépôt d'alumine après traitement laser cumulatif, un niveau d'adhérence relativement élevé a pu être constaté ; il semblerait que cela soit lié à la morphologie "en picots" qui favoriserait l'effet d'ancrage mécanique. Dans le cas des revêtements multicouches silicium/alumine, les expérimentations ont révélé que le niveau d'adhérence est nettement plus élévé pour un dépôt de silicium par projection plasma sous vide que par projection plasma atmosphérique, probablement du fait de l'établissement de liaisons physico-chimiques à l'interface. Enfin, ces résultats ont été appliqués à l'instrumentation extensométrique. Les résultats d'essais thermomécaniques d'éprouvettes instrumentées ont permis de démontrer la faisabilité de l'intégration d'une jauge en filament libre dans un revêtement d'alumine sur CMC.

This study deals with a self-healing multilayer matrix and carbon or silicon carbide fiber-reinforced ceramic matrix composites. Many papers have shown that the adherence of sprayed alumina coatings to such substrates is quite poor. According to a literature survey, two ways were identified to improve the coating bond : enhancing the substrate surface properties, by means of a cumulative laser treatment, and depositing a silicon bond coat, i. E. Implementing a multilayer coating. First the surface modifications of CMC induced by a cumulative laser treatment were studied. Some morphological, elementary and structural analyses of the treated surfaces revealed a microcone morphology and a superficial decarburization, due to laser ablation. The relationships between the surface properties and the adherence of sprayed alumina coatings on CMC were then studied. In the case of alumina deposit after laser treatment, a rather high level of adherence compared to untreated surfaces has been noticed. This might be due to the surface morphology : indeed microcones could favor the mechanical anchorage of the sprayed particles on the substrate. In the case of silicon/alumina multilayer coatings, it was shown that the adherence of silicon coatings prepared by vacuum plasma spraying was higher than that of the coatings prepared by atmospherical plasma spraying. In the former, physico-chemical binds are supposed to develop. Eventually, these results were applied to strain measurement. The feasibility of integrating a free filament strain gage in a sprayed alumina coating on CMC was demonstrated by the preparation of test specimens.