Mécanismes d'endommagement pilotant la durée de vie d'une barrière environnementale (EBC)

Damage mechanisms of environmental barrier coatings

• Auteur / Autrice : Manon Fernandez
• Direction : Francis Rebillat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 05/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Florence Ansart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francis Rebillat, Florence Ansart, Fernando Pedraza Diaz, Jérôme Favergeon, Guillaume Couégnat, Muriel Braccini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fernando Pedraza Diaz, Jérôme Favergeon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais d'environnement

Composites

Adhésion (physique)

Contraintes thermiques

Contraintes (mécanique)

Oxydation

Mots clés libres

Barrière environnementale

Oxydation

Adhérence

Contraintes thermomécaniques

Environmental barrier coating

Oxidation

Adhesion

Stresses

Résumé

Afin d’augmenter la durée de vie des composites SiC/SiC, des revêtements protecteurs, les barrières environnementales (EBC), sont utilisés. Ils ont pour but de limiter la dégradation par oxydation/corrosion de la surface des composites. En service, le composite et son revêtement sont soumis à des conditions thermomécaniques et physico-chimiques très sévères pouvant mener à la dégradation du matériau. L’objectif de ces travaux est de classifier, comprendre et prévoir les mécanismes prépondérants de dégradation d’une EBC. Pour répondre à cette problématique, les environnements sévères rencontrés dans les moteurs d’avion ont été reproduits (hautes températures, pression d’eau et vitesses de gaz) et les dégradations engendrées sur les systèmes CMC/EBC ont été suivies. Ces dégradations sont localisées en surface de l’EBC, avec la récession de cette dernière mais également au niveau de l’interface entre l’EBC et le CMC. Cette dernière zone s’avère être la plus endommagée avec le développement d’une couche de silice fissurée (TGO – thermally grown oxide) et rugueuse. Un test d'adhérence, l’essai de flexion 4 points sur éprouvette entaillée, a été mis en oeuvre sur les composites revêtus vieillis sous atmosphère oxydante, afin de déterminer une éventuelle dégradation de l'adhérence avec le développement de la TGO. Afin de mieux comprendre le rôle de chaque paramètre dans la dégradation de l’adhérence, une modélisation des contraintes thermomécaniques développées dans le système a été mise en place.

In order to increase SiC/SiC composites lifetime, protective coatings (EBC for environmental barrier coatingd), are used. They are intended to limit the degradation by oxidation/corrosion of composites surface. In use, the composite and its coating are subjected to severe thermomechanical and physico-chemical conditions that can lead to their degradation. The purpose of this work is to classify, understand and predict the predominant damage mechanisms of EBC systems. To adress this problem, EBC systems have been subjected to conditions close to those encountered in aircraft engines (high temperatures, water pressure and gas velocities). The main damages are located on the surface of the EBC, with the recession of the latter but also at the CMC/EBC interface. This last zone proves to be the most damaged with the development of a cracked and rough silica layer (TGO - thermally grown oxide). An adhesion test, the notched 4-point flexural test, was developed and applied on aged samples in order to determine a possible degradation of adhesion with the development of the TGO. In order to better understand the role of each parameter in the degradation of the adhesion, a modeling of the thermomechanical stresses developed in the system has been developed.