ETUDE DE NOUVELLES CERAMIQUES POUR BARRIERE THERMIQUE - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

New ceramic material for thermal barrier coatings

ETUDE DE NOUVELLES CERAMIQUES POUR BARRIERE THERMIQUE

Résumé

The topic of this work is the search for news ceramics able to operate at higher temperature than yttria partially stabilised zirconia, presently the most widely used ceramic as insulating thermal barrier coating in aeronautical and land-based gas turbines. The analysis of several criteria to be met by such ceramic led to the selection of perovskites. Calculations of thermal conductivity based on a molecular dynamic approach, have been performed and a complex perovskite, BaMg1/3Ta2/3O3 (BMT), has been selected. A solid state approach has been developed to manufacture this oxide as well as yttria fully stabilised zirconia as a reference. Their microstructure has been studied by XRD, SEM, EDS and porosimetry, their thermal conductivity and thermal expansion coefficient have been determined up to 1200°C, both experimentally (laser flash and dilatometry) and numerically (molecular dynamics). Lastly, grain boundaries grooving experiments by AFM have been performed to provide information, in particular surface diffusion coefficients, to assess their respective sintering resistance. It comes out from this study that perovskite BMT has a whole of interesting properties to constitute a thermal barrier coating: phase stability, thermal conductivity at 1200°C in the same order of yttria zirconia, high thermal expansion coefficient. But sublimation phenomena are likely to disturb the stability of coatings at very high temperatures.
Ce travail se place dans le cadre de la recherche de céramiques susceptibles de fonctionner à plus hautes température que la zircone yttriée, le système le plus employé actuellement pour constituer la couche isolante des barrières thermiques de turbines, aéronautiques ou terrestres. Une analyse des critères auxquels doit répondre une telle céramique a conduit à choisir la famille des perovskites, et, en conclusion de calculs de conductivité thermique par dynamique moléculaire, à sélectionner BaMg1/3Ta2/3O3 (BMT), un composé dont le point de fusion est supérieur à 2900°C. Un mode d'élaboration par voie solide a été développé pour obtenir cet oxyde sous forme dense. En guise de référence, des matériaux denses de zircones yttriées complètement stabilisées ont également été élaborés. Ces deux oxydes ont ensuite été caractérisées expérimentalement : structure par diffraction de rayons X, conductivité thermique jusqu'à 1200°C à partir de la mesure de la diffusivité thermiques par méthode flash laser, coefficient de dilatation entre 200 et 1200°C. Une étu de du gravage thermique de joints de grains, avec suivi par microscopie à force atomique du profil de joints après traitements entre 1100°C et 1400°C, a permis dans certains cas de déterminer le coefficient de diffusion en surface. Il ressort de cette étude que, si la perovskite BMT possède un ensemble de propriétés intéressantes pour constituer une barrière thermique : stabilité structurale, conductivité thermique à 1200°C du même ordre que celle de la zircone yttriée (autour de 2 W.m-1.K-1), coefficient de dilatation élevé (11.10-5 /K entre 200 et 1200°C), des phénomènes de sublima tion sont susceptibles de perturber la stabilité de couches à très hautes températures.
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Dates et versions

tel-00809130 , version 1 (08-04-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00809130 , version 1

Citer

Marie-Anne Prevost. ETUDE DE NOUVELLES CERAMIQUES POUR BARRIERE THERMIQUE. Matériaux. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. Français. ⟨NNT : 2007PA066495⟩. ⟨tel-00809130⟩
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