Développement d’une barrière environnementale à tenue thermochimique et mécanique accrue pour des températures de fonctionnement de 2700°F

Abstract

Des revêtements appelés barrières environnementales sont en cours de développement afin de protéger les Composites à Matrice Céramique (SiC/SiC) utilisés pour les pièces situées dans les parties chaudes des futures générations de turboréacteurs. Le mécanisme de ruine le plus observé pour ce type de revêtement est une délamination suite à leur oxydation en présence de vapeur d’eau. En service, la vapeur d’eau diffuse à travers le revêtement en silicate de terre rare et forme par réaction avec la sous-couche en silicium une couche de silice, appelée TGO (Thermally Grown Oxide). Au cours du refroidissement, la silice, cristallisée sous forme de cristobalite, subit une transformation de phase de la structure β à α qui s’accompagne d’une contraction volumique de 4 – 5 %. Cette variation volumique provoque l’apparition de microfissures au sein de la couche d’oxyde et mène à une délamination du revêtement après cyclage thermique. L’objectif de cette thèse est d’identifier de nouvelles compositions de sous-couche permettant d’améliorer la durée de vie des barrières environnementales. Plusieurs compositions ont été sélectionnées afin d’étudier leur capacité à empêcher la cristallisation de la silice ou à la stabiliser au sein d’un silicate. Des échantillons non revêtus (sous-couche seule) ou revêtus (système tricouche : disilicate yttrium/sous-couche/disilicate d’yttrium) ont été élaborés par frittage flash (Spark Plasma Sintering). Ces échantillons ont été soumis à des tests d’oxydation de quelques centaines d’heures à la température ciblée (1300°C ou 1400°C) sous une atmosphère présentant une teneur en vapeur d’eau contrôlée (50 kPa H2O/50 kPa air) et sous de faibles vitesses de gaz (≈ 30 – 35 cm/s en zone chaude). Les cinétiques d’oxydation, la structure de la couche d’oxyde, la compatibilité thermochimique et la formation de fissures au sein de la TGO et à l’interface (TGO/disilicate d’yttrium et sous-couche/TGO) ont été comparées au système silicium de référence.