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Solution

Céramiques multifonctionnelles pour applications aérospatiales

Caractérisation complète des composites céramiques MgO-Al2O3, MgO-CaZrO3 et YSZ pour les systèmes de protection thermique, les revêtements barrière thermique et les actionneurs plasma.

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Le défi

Les applications aérospatiales de nouvelle génération exigent des céramiques capables d’assurer simultanément plusieurs fonctions : protection thermique lors de la rentrée atmosphérique, revêtements barrière thermique pour les composants de moteur et propriétés diélectriques pour le contrôle de flux par actionneurs plasma. Le développement de ces matériaux multifonctionnels nécessite de comprendre comment la microstructure est corrélée aux performances mécaniques, thermiques et électriques selon les différentes compositions céramiques.

La solution

Cette recherche doctorale a utilisé GrindoSonic pour caractériser trois systèmes de composites céramiques—MgO-Al2O3, MgO-CaZrO3 et YSZ—à travers un processus de fabrication systématique en quatre étapes comprenant la préparation des matériaux, le traitement, le frittage et la finition. Les mesures non destructives du module d’élasticité sur des échantillons en plaques rectangulaires, barres et disques ont permis de suivre l’évolution des propriétés à chaque étape tout en établissant des corrélations entre les performances mécaniques et les caractéristiques microstructurales.

Résultats

La caractérisation complète a révélé comment les paramètres de traitement influencent les performances multifonctionnelles des céramiques aérospatiales. En corrélant le module d’élasticité avec les propriétés microstructurales, thermiques et électriques, la recherche a établi des relations prédictives pour optimiser les compositions céramiques. Les résultats démontrent que GrindoSonic permet un criblage efficace des céramiques avancées destinées aux systèmes de protection thermique, aux revêtements barrière thermique et aux applications d’actionneurs plasma.

Source

Multifunctional Advanced Ceramics for Aeronautical and Aerospace Applications: Study of MgO Al2O3, MgO CaZrO3, and YSZ Ceramic Composites

KO Shvydyuk

2022, ProQuest Dissertations (PhD Thesis)

The premise that materials permeate all aspects of our day-a-day lives is well established. The relentless pursuit for increased performance in aeronautical and aerospace industries over the last decades has provided a solid driving force for the study, research, and investigation of advanced ceramics for numerous future investments. The advanced ceramics field is believed to be an enabling technology with the potential to deliver high-value contributions for meeting both future needs and challenges. Moreover, the advanced ceramics industry is quite distinctive due to its high diversity and interdisciplinary nature that encompasses an engaging number of different processing methodologies and a variety of applications. In this sense, this dissertation project focused to perform an extensive and comprehensive literature review research, in addition to further selection, fabrication, testing, and analysis of MgO Al2O3, MgO CaZrO3, and YSZ ceramic materials which are intended to satisfy the condition of advanced multifunctional ceramic in the aeronautical and aerospace fields. Within this framework of thought, thermal protection systems, thermal barrier coatings, and dielectric barrier discharge plasma actuator applications were perceived and adopted as a jumping-off point. A step–by–step approach was adopted for the experimental procedure. More precisely, initially, ceramic composite MgO Al2O3, MgO CaZrO3, and YSZ samples were manufactured through a four stages process, i.e., material preparation, processing, sintering, and finishing. After the rectangular plates, bars, and disc specimens were obtained for the three referred compositions, the in-depth study under the microstructural, physical, mechanical, thermal, and electrical characterization followed. Ultimately, many fine ceramics are multifunctional and therefore predestined to solve the forthcoming technological and engineering challenges. It is believed that ceramics offer an enormous potential to be exploited with the knowledge of material science, i.e., through correlations between microstructural, physical, mechanical, thermal, and electrical features.

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