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

Chapitre II : Réalisation d’un dépôt céramique par projection plasma – Revue bibliographique
1,
25 −0, 3
(B–22) = 0 , 5 ⋅ a ⋅ Re ⋅ K
K f
où a est défini comme le rapport entre la vitesse d’étalement du liquide et la vitesse de la
particule à l’impact, Re le nombre de Reynolds relatif à la particule et K le critère de
Sommerfeld.
Lorsque Kf est inférieur à 7 les particules s’étalent sous forme de disque alors que pour Kf
supérieur à 7, les lamelles formées présentent une forme déchiquetée.
B.4.2.3. Solidification des lamelles
Le refroidissement d’une lamelle s’effectue principalement par conduction thermique vers le
substrat ou les couches préalablement déposées. Il est en grande part conditionné par la
qualité du contact entre la lamelle et la couche sous-jacente Un coefficient global d’échange
thermique h à l’interface peut être défini ; il quantifie les échanges thermiques et la vitesse de
refroidissement. Selon Bianchi (1995) [50] ce coefficient est compris en 10 8 et 10 9 W.m -2 .K -1
pour une lamelle de zircone yttriée déposée sur un substrat d’acier inoxydable poli. Ruhl
(1968) [158] décrit la qualité du contact thermique ainsi que l’épaisseur de la lamelle comme
les facteurs prépondérant conditionnant son refroidissement et sa solidification. Ces
paramètres peuvent être rassemblés dans le nombre de Biot Bi (équation B–23) :
(B–23)
- 91 -
h ⋅ e
Bi =
κ
où h est le coefficient d’échange thermique à l’interface, el l’épaisseur de la lamelle et κs la
conductivité thermique du substrat ou de la couche déjà formée.
L’efficacité du transfert thermique peut également être exprimée par une résistance thermique
de contact Rth, définie comme l’inverse du coefficient d’échange interfaciale h ; plus elle est
faible, meilleur est le contact. Selon la valeur du nombre de Biot, Patru (2005) a identifié
différents modes de refroidissement de la lamelle [62] :
Bi > 30, le contact thermique peut être considéré comme parfait ; la résistance
thermique de contact est très faible (< 10 -8 m 2 .K.W -1 ), le refroidissement est alors
qualifié d’idéal.
Bi < 0,01, le transfert thermique à l’interface est limitant ; la résistance thermique de
contact est élevée (généralement supérieure à 10 -6 m 2 .K.W -1 ) et le refroidissement de
la lamelle est pratiquement isotherme.
0,01 < Bi < 30, le refroidissement peut être qualifié d’intermédiaire.
Le mode de refroidissement et sa vitesse conditionnent la croissance cristalline dans la
lamelle. Dans le cas d’un bon contact thermique interfacial, le refroidissement rapide grâce à
l’évacuation du flux thermique vers le substrat favorise une croissance colonnaire dans la
S
l