Développement de barrière thermique céramique pour l'aéronautique - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2002

Development of alternative thermal barrier coatings for aero engines

Développement de barrière thermique céramique pour l'aéronautique

Abstract

The efficiency of thermal machines is thermodynamically limited by the maximum temperature that the materials can sustain. Most thermal barrier coatings in aero engines consist of an intermediate layer (MCrAIY) itself coated with an yttria stabilised zirconia (ZrO2) layer. But this system is limited to 1200°C. Above this temperature the microstructure is strongly influenced by sintering and phase modification, which leads to an abrupt degradation of the ceramic coating properties. This dissertation deals with the choice, elaboration and characterisation of ceramic materials that could lead to a temperature capability higher than 1350°C. ln this thesis, the study is limited to spinelles and perovskites materials. The thermo mechanical performances of the layers were iteratively improved thanks to the development of an image processing software for analysing the microstructure (porosity and cracks) related to the process parameter of the air plasma spray. The characterisation of physical properties such as phase stability, thermal extension, thermal conductivity, elasticity modules, hardness, thermal tests (static oxidation, resistance to temperature variation, engine test) and stress estimation allow the potential of the varioui ceramic coatings with new materials to be evaluated.
Le rendement des machines thermiques est limité thermodynamiquement par la température maximale que peuvent supporter les matériaux. Les systèmes de barrières thermiques les plus répandus dans les moteurs d'avions sont constitués d'une couche intermédiaire (MCrAIY) sur laquelle repose une couche de dioxyde de zirconium (ZrO2) partiellement yttriée. Cependant, ce système est limité à une utilisation inférieure à 1200°C. Au-delà de cette température la microstructure est fortement influencée par les phénomènes de frittage et de changement de phases, ce qui conduit à une dégradation brutale des propriétés de la couche céramique.Les travaux de cette thèse sont le choix, la fabrication et la caractérisation de matériaux céramiques susceptibles d'atteindre une température d'utilisation de 1350°C. Dans le cadre ce cette thèse, il s'agit de l'étude des matériaux spinelles et pérovskites. Les performances thermomécaniques des couches ont été optimisées de manière itérative grâce au développement d'un programme de traitement d'images pour analyser la microstructure (la porosité et la fissuration) en fonction des paramètres du procédé d'élaboration à plasma (APS). La caractérisation des propriétés physiques telles que la stabilité des phases, l'allongement thermique, la conductivité thermique, le module d'élasticité, la dureté, les tests thermiques (oxydation statique, résistance au changement de température, test de moteur) et l'estimation des contraintes ont permis d'évaluer le potentiel des couches élaborées avec ces nouveaux matériaux.
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Dates and versions

tel-01750264 , version 1 (29-03-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01750264 , version 1

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Cite

Regis Claude Lallement. Développement de barrière thermique céramique pour l'aéronautique. Autre [cond-mat.other]. Institut National Polytechnique de Lorraine, 2002. Français. ⟨NNT : 2002INPL011N⟩. ⟨tel-01750264⟩
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