Etude du comportement thermomécanique de la YSZ projetée plasma sous vieillissement hydrique

Study of the YSZ mechanical behavior under humid atmosphere

• Auteur / Autrice : Gaëlle Leclercq
• Direction : Jérôme Chevalier, Sébastien Lambert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 10/01/2014
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (Rhône) - Matériaux- ingénierie et sciences / MATEIS
• Jury : Président / Présidente : Rafaël Estevez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Chevalier, Sébastien Lambert, Rafaël Estevez, Ghislaine Bertrand, Alain Denoirjean, Guillaume Huchet, Christian Olagnon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ghislaine Bertrand, Alain Denoirjean

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Fissuration

Matériaux céramiques

Détérioration

Zircone

Mots clés libres

Céramique

Zircone yttriée

Dépôt par projection plasma

Vieillissement hygrothermique

Comportement mécanique

Température ambiante

Fissuration lente

Microstructure

Ceramics

YSZ - Yttria Stabilized Zirconia

Plasma spraying coating

Hygrothermal aging

Mechanical behavior

Room temperature

Slow cracking

Microstructure

Résumé

Les dépôts de YSZ, élaborés par projection plasma, sont des céramiques réfractaires généralement utilisées pour les applications de barrières thermiques (TBC). Sa faible conductivité thermique associée à sa bonne résistance mécanique assure aux TBC de hautes performances et de bons rendements. La structure et la microstructure complexe sont à l'origine de ces propriétés mécaniques, et celles doivent être contrôlées. Tout comme les céramiques denses la YSZ se dégrade en température et sous vapeur d'eau.La dégradation des propriétés mécaniques dans le temps (module d'élasticité et contrainte à rupture)est accélérée par la température. Pour cette étude les propriétés ont été évaluées en flexion 3 points à température ambiante. Les observations structurales et microstructurales ont été réalisées respectivement par DRX et microscopie électronique à balayage au cours du vieillissement. Un model analytique a pu être proposé pour prédire le comportement du matériau dans le temps sous humidité.

Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) coatings, deposited by plasma sprayed process, are refractory ceramics mostly used as the Thermal Barrier Coating (TBC) applications. The low YSZ thermal conductivity associated to the good mechanical resistance ensures a high performances and efficiencies of these TBC. The structure and the complex microstructure are responsible for the mechanical properties and must be controlled. Like brittle ceramic materials, the YSZ is affected by degradation at low temperature due to water vapor. Material ageing results from the progressive degradation of the mechanical properties (such as fracture strength and Young’s modulus), which seem to decrease in time and accelerate depending on temperature. In this study, the mechanical properties have been evaluated by means of three-point bending tests at room temperature. The observations of the structure and the microstructure are respectively investigated by X-ray diffraction and SEM-technique with material ageing. An analytical model is suggested in order to predict the evolution of the properties under humidity atmosphere.