Elaboration par projection plasma d'un revêtement céramique sur ...

Chapitre I : Réacteur nucléaire rapide à gaz et cahier des charges de l’application
A.3.2. Choix des matériaux
A.3.2.1. Le matériau de protection thermique retenu
Cao et al. (2003) [13] ont référencé un groupe de matériaux susceptibles d’être utilisés pour
des applications à hautes températures (applications aéronautique, turbine à gaz…). Cette
étude porte sur des matériaux tels que Al2O3, TiO2, la mullite, CaO/MgO + YSZ, YSZ, CeO2
+ YSZ, le zircon et La2Zr2O7. Un choix parmi ces matériaux peut être effectué suivant
plusieurs critères tels qu’un point de fusion élevé, pas de changement de phase entre la
température ambiante et la température de fonctionnement, une conductivité thermique
minimisée, une bonne inertie chimique, un coefficient de dilatation proche de celui du substrat
métallique et évidemment une bonne adhérence au substrat métallique.
La zircone stabilisée ou partiellement stabilisée à l’yttrine semble être au terme de son
développement et ne pas présenter d’intérêt particulier pour les recherches futures au niveau
des matériaux hautes températures. Cependant, plusieurs études montrent sa capacité à
répondre à notre cahier des charges au niveau des propriétés thermiques [14], de la stabilité
chimique et microstructurale [15], [16] et de son fonctionnement à hautes températures [17],
[18], [19]. De plus, la forte adhérence observée pour des couches de zircone sur des substrats
métalliques [20], et sa modification acceptable sous irradiation [21], [22], renforcent le choix
de ce matériau.
Afin de répondre au plus grand nombre de critères du cahier des charges, le choix du matériau
formant la protection thermique s’est donc porté sur la zircone yttriée. En effet, ce matériau
semble apporter le meilleur compromis vis-à-vis de notre cahier des charges, et permet de se
concentrer uniquement sur les trois points clés de l’étude qui sont, l’adhérence, une résistance
suffisante vis-à-vis de l’abrasion et des propriétés thermomécaniques optimisées.
La priorité sera la réalisation d’un revêtement épais (plusieurs centaines de micromètres) et
adhérent réalisé par projection thermique sur un substrat de faible épaisseur (maximum 1 mm)
ne tolérant pas de déformation.
A.3.2.2. Le matériau substrat
De par la contrainte d’une forte adhérence, le choix d’un matériau de revêtement tel que la
zircone yttriée impose au matériau constituant le substrat de posséder un coefficient de
dilation du même ordre de grandeur afin de limiter les contraintes thermiques au sein de la
couche.
La zircone yttriée possédant un coefficient de dilation proche de 10 µm/m.C° [23], [24], [25],
le substrat Haynes ® 230, qui possède le coefficient de dilatation le plus proche (cf. Tableau
A.2-1), a donc été choisi comme substrat envisageable pour l’application.
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