La préparation de revêtements céramiques résistants à l'oxydation à haute température sur des substrats en niobium et en alliages de niobium constitue une technologie de surface essentielle pour étendre leurs excellentes propriétés mécaniques à haute température aux applications en milieu oxygéné. Les principaux défis dans ce domaine résident dans la gestion des contraintes thermiques importantes induites par la différence de coefficients de dilatation thermique entre les métaux et les céramiques, ainsi que dans la garantie d'une compatibilité chimique interfaciale afin de prévenir la fissuration et l'écaillage du revêtement lors des cycles thermiques.

Pour une protection fiable, un système à gradient précisément conçu, composé d'un substrat en niobium, d'une couche de transition fonctionnelle et d'une couche supérieure en céramique, est indispensable. La technologie clé repose sur la formation in situ d'une couche intermédiaire continue de siliciure (par exemple, NbSi₂) sur le substrat, grâce à des procédés tels que la siliconisation. Cette couche intermédiaire assure une forte liaison métallurgique avec le substrat et présente un coefficient de dilatation thermique intermédiaire entre les deux matériaux, réduisant ainsi efficacement les contraintes thermiques tout en faisant office de barrière de diffusion contre la pénétration de l'oxygène. Sur cette couche intermédiaire optimisée, des céramiques fonctionnelles à faible diffusivité d'oxygène et à excellente stabilité thermique (comme la mullite) sont déposées pour constituer la barrière finale. Ce système de protection synergique complet a permis l'utilisation de composants en alliage de niobium dans des domaines de pointe soumis à des températures et des chocs thermiques extrêmes, notamment les tuyères de moteurs de fusée et les aubes de turbines à gaz de dernière génération.

Vous trouverez ci-dessous le schéma de préparation des échantillons pour cette application. La principale difficulté réside dans le polissage des revêtements céramiques, sujets à la fissuration et à l'écaillage :

1️⃣ Ébauche : papier de verre au carbure de silicium P2500 avec cire basse température appliquée sur la surface ;

2️⃣ Ponçage fin : papier de verre au carbure de silicium P4000 avec cire basse température appliquée sur la surface ;

3️⃣ Polissage grossier : chiffon de polissage ET-JP + oxyde d'aluminium 3 μm ;

4️⃣ Polissage fin : tissu de polissage ZN-JP + silice 50 nm.

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