Mise en oeuvre de silicates de terres rares par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour barrières environnementales de composites à matrice céramique

Abstract

Les composites à matrice céramique (CMC) à base de carbure de silicium destinés à remplacer les superalliages base nickel dans les moteurs aéronautiques sont sensibles à la corrosion par la vapeur d’eau à hautes températures. Ils nécessitent d’être protégés par des revêtements appelés barrières environnementales (EBC) qui peuvent être réalisés classiquement en silicates de terre rare par projection plasma. Ce procédé conduit cependant à la formation de nombreux défauts (porosités, fissures, création de phases non-souhaitées) qui réduisent la durée de vie de l’EBC et nuisent à son étanchéité. L’objectif de cette thèse est d’élaborer des EBC en silicates de terres rares par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) afin d’obtenir une couche dense, de composition, cristallinité et microstructure contrôlée. Deux voies sont étudiées en parallèle pour l’élaboration de dépôts de disilicates d’yttrium et d’ytterbium. La première voie consiste à élaborer les dépôts à partir de précurseurs organométalliques et par CVD à injection liquide direct (DLI-MOCVD). Les régimes de croissance et les principaux facteurs permettant de moduler les caractéristiques des dépôts obtenus sont identifiés grâce à une étude paramétrique dans deux configurations différentes. Des dépôts cristallisés sont obtenus à des températures supérieures à 1000°C et les vitesses de dépôts peuvent atteindre 10 μm/h en augmentant la concentration en précurseurs de la solution injectée. Les dépôts sont également caractérisés (DRX, MEB, MET, EBSD) après un traitement thermiquement permettant de densifier et de réorganiser la structure de l’EBC. Dans la seconde voie, des dépôts sont élaborés à partir de précurseurs chlorés. Les précurseurs chlorés sont plus stables en température que les organométalliques et permettent des dépôts à plus hautes températures. Cependant, les chlorures de terres rares possèdent une faible pression de vapeur saturante et nécessitent d’être chauffés à plus de 800°C pour les évaporer. Après une étude permettant le contrôle des débits, des dépôts ont pu être élaborés à des températures de 1350°C. Les principaux facteurs à optimiser pour ce procédé, tels que la maitrise des écoulements gazeux et le mélange des précurseurs sont étudiés.