Projection plasma des poudres céramique

La projection thermique par plasma permet de réaliser des
dépôts de céramique allant jusqu'à plusieurs millimètres d'épaisseur.

Pour assurer une qualité de dépôt suffisante, il est nécessaire d'utiliser une poudre dont la granulométrie ne dépasse pas une taille limite (supérieure à quelques dizaines de microns). Au delà, les particules de céramique, fortement résistantes à la température, ne parviennent pas à fondre suffisamment et provoquent des inclusions au sein du dépôt. Ces particules non fondues entraînent des tensions au sein du revêtement et diminuent ainsi ses propriétés mécaniques.

De même, une taille trop fine de particule (inférieure à quelques microns), en quantité trop importante (supérieure à quelques pourcents), provoque la surchauffe du jet plasma. La vaporisation de ces fines particules de céramique à la sortie de la torche peut entraîner son obstruction. De plus, la masse de céramique évaporée lors de la projection et qui n'atteint pas le substrat augmente le coût de réalisation du revêtement. Enfin, les céramiques peuvent se décomposer à haute température pour former des phases indésirables solubles dans les particules fondues.

La quantité d'oxygène contenue dans les poudres de céramique a un impact direct sur la quantité d'oxydes dans le dépôt. Malheureusement, les poudres les plus pauvres en oxygène sont aussi les plus coûteuses. Il est néanmoins possible d'éliminer une grande partie des oxydes crées dans le dépôt en choisissant une poudre ayant une certaine proportion de carbone telle que le rapport massique carbone/oxygène reste inférieur à 1. Le carbone forme ainsi avec l'oxygène des composants volatiles du type CO qui prévient la formation des oxydes dans le dépôt.

La nature et la pression de l'atmosphère, à l'intérieur de la cabine de projection, peuvent être modifiées afin d'améliorer la qualité du revêtement. Le choix d'un mélange gazeux exempt d'oxygène (inférieur à quelques %) permet d'abaisser le taux d'oxydes au sein du dépôt. Une pression gazeuse faible augmente la vitesse des particules des céramiques dans le jet plasma et permet de réaliser des dépôts plus denses. Néanmoins, si la pression est trop faible (inférieure à quelques centaines de mbar), le rendement de déposition peut chuter fortement et devenir nul. La vitesse trop importante des particules, les empêchant de fondre correctement durant leur parcours dans la flamme plasma.

Le mélange gazeux plasmagène est en général constitué d'argon et d'hydrogène. Le rapport massique de l'hydrogène par rapport à l'argon peut varier entre 1/2 et 1/6. La quantité d'hydrogène détermine la température de la flamme plasma et donc la proportion des particules correctement fondues durant leur parcours. Après l'allumage de la torche plasma, le voltage imposé à l'arc (50V à 100V) influence aussi l'état des particules à leur arrivée sur le substrat. Une température de plasma trop faible entraîne une augmentation de la proportion des particules non fondues et ainsi le pourcentage d'inclusions au sein du dépôt.

Un revêtement en céramique constitue un dépôt ayant une bonne isolation thermique et électrique. Le dépôt possède une grande résistance à l'oxydation et à la chaleur, il peut ainsi être utilisé dans des environnements extrêmement corrosifs à des températures allant jusqu'à plusieurs milliers de degrés Celcius. Les céramiques sont des matériaux durs, ayant une résistance à l'usure élevée et une bonne résistance mécanique aux températures élevées.