Catalycité et vieillissement des matériaux à haute technicité. Etude des barrières de diffusion vis-à-vis de l'oxygène
Résumé
During the atmospheric re-entry phase, the thermal protection of a spacecraft vehicle is submitted to air plasma. The transfer of the kinetic energy of the gases to the surface leads to an important heating of the nose cap and leading edges. The energy released from the recombination of oxygen atoms on the surface produces an additional amount of heat, increasing further the temperature. This excess of heat can damage the protection materials. This study aims to understand the materiel transfer (recombination coefficient γ) and heat transfer (accommodation coefficient β) induces by the atmospheric re-entry. These phenomena are quantified by measuring the catalycity. These measures will be carried out on oxide semiconductor n-type up to 1100 K, with the aim of reducing the atomic oxygen recombination. This leads to surface oxidation and accelerated aging of the surface. In fact, with the use of isotopic oxygen coupled with mass spectrometry, the oxidation (active and passive), ablation and diffusion of oxygen in the bulk of material have been identified. By using SIMS analysis, kinetics of oxygen diffusion will be established in such a layer to test their barrier effect. A new type of deposit (UHTC) possessing resistance to oxidation and diffusion barrier will also be subjected to different thermal treatments (up to 1500 K). Finally this study will be completed by simulation of atomic oxygen recombination using the computer code Chemkin ®.
Lors de la rentrée atmosphérique, la protection thermique d'un véhicule spatial est soumise à un plasma d'air. Le transfert de l'énergie cinétique de l'oxygène atomique à la surface conduit à une importante élévation de température. L'énergie libérée lors de la recombinaison de l'oxygène atomique provoque une élévation de température supplémentaire. Cet excès de température endommage la protection thermique. Cette étude a pour objectif de comprendre les transferts de matière (coefficient de recombinaison γ) et de chaleur (coefficient d'accommodation β) mis en jeu lors de cette rentrée atmosphérique. Ces phénomènes sont quantifiables par la mesure de la catalycité. Ces mesures seront réalisées sur des oxydes semi-conducteurs de type n jusqu'à 1100 K, avec pour objectif de réduire la recombinaison de l'oxygène atomique. Cette dernière conduit à l'oxydation de la surface et à un vieillissement accéléré de la surface. En effet grâce à l'utilisation de l'oxygène isotopique couplée à la spectrométrie de masse, les phénomènes d'oxydation (active et passive), d'ablation et de diffusion de l'oxygène à cœur ont été identifiés. A l'aide d'analyses SIMS, une cinétique de diffusion de l'oxygène sera établie dans ce genre de couche afin de tester leur effet barrière. Un nouveau genre de dépôt (UHTCs) possédant des propriétés de résistance à l'oxydation et de barrière de diffusion, sera également soumis à différents traitements thermiques (jusqu'à 1500 K). Enfin cette étude sera complétée par des simulations de recombinaison de l'oxygène atomique à l'aide du code de calcul Chemkin®.
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