Introduction de l'auto-cicatrisation à haute température dans les revêtements composites oxydes, destinés aux applications en environnements sévères

Introduction of self-healing at high temperature in oxide coatings composites, for applications in severe conditions

• Auteur / Autrice : Thibault Mouret
• Direction : Francis Rebillat, Laurence Maillé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 11/02/2022
• 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 : Fernando Pedraza Diaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francis Rebillat, Michel Vilasi, Fabrice Rossignol, Florence Ansart, Laurence Maillé, Simon Arnal
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Vilasi, Fabrice Rossignol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion

Silicium

Composites à matrice céramique

Mots clés libres

Barrières environnementales (EBC)

Densification

Corrosion (CMAS. PH2O)

Environmental barrier coating (EBC)

Sintering

Corrosion (CMAS. PH2O)

Résumé

Les composites à matrice céramique (CMC) de type SiC(m)/SiC(f) sont destinés à être de plus en plus fréquemmentutilisés pour confectionner les pièces situées dans les parties chaudes des prochaines générations de turboréacteurs.Toutefois, en condition de fonctionnement, l’environnement de combustion, riche en vapeur d’eau, engendre une dégradation de ces matériaux par des phénomènes d’oxydation et de volatilisation. Afin d’augmenter la durée de vie de ces composites, un revêtement protecteur jouant le rôle de barrière environnementale (EBC) est déposé en surface d’une architecture CMC/Bondcoat (Silicium), généralement par le biais de la projection plasma ou de procédés de dépôt en voie liquide. De par les nombreuses contraintes environnementales auxquelles sont soumises ces revêtements, l’intérêt s’oriente actuellement sur le développement d’EBC à base de silicates d’ytterbium (Yb2Si2O7 et Yb2SiO5), possédant une bonne compatibilité thermochimique et thermomécanique avec l’ensemble de l’architecture. Néanmoins, la présence de silicium libre dans celle-ci, limite les températures de frittage et la densification de ces systèmes, les empêchent d’accomplir leur rôle d’EBC.L’objectif de cette thèse est d’identifier de nouveaux systèmes incluant ces silicates de terre rare et faisant appel à un mécanisme dit « d’auto-cicatrisation », permettant d’obtenir une EBC dense post traitement thermique. Les modifications de compositions ont été sélectionnées de manière à conserver la stabilité à haute température et en environnement humide obtenues avec les silicates, tout en augmentant la résistance vis-à-vis des espèces corrosives dites CMAS. Une partie de ces travaux est donc consacrée à l’élaboration des systèmes identifiés, tandis que l’autre s’attarde sur la caractérisation de la résistance des composés définis et des systèmes élaborés, aux espèces corrosives.

SiC(m)/SiC(f) ceramics matrix composites (CMC) are intended to be used more and more frequently to make parts located in hot zones of the next generations of reactors. However, in operating condition, combustion environment, rich in water vapor, degrades these materials by oxidation and volatilization phenomena. In order to increase the lifespan of these composites, protective coating acting as an environmental barrier (EBC) is deposited on the surface of a CMC/Bond coat (Silicon) architecture, generally by plasma spraying technics or liquid coating processes. Due to the many environmental constraints to which these coatings are subject, interest is currently focused on the development of EBCs based on ytterbium silicates (Yb2Si2O7 and Yb2SiO5), which have good thermochemical and thermomechanical compatibilities with the whole architecture. Nevertheless, the presence of free silicon inside, limits sintering temperatures and densification of these systems, avoiding them to fulfilling their role of EBC. The objective of this thesis is to identify new systems including these rare earth silicates and using a mechanism called ''self-healing'', allowing to obtain a dense EBC after heat treatment. Changes in compositions were selected to preserve initial stability at high temperature and in a humid environment obtained with the silicates, while increasing the resistance to corrosive species known as CMAS. Part of this work is therefore devoted to the development of the identified systems, while the other one focuses on characterization of the corrosive resistance of compounds used and systems developed.