Le trentième webinaire de l’association traitait des équilibres thermodynamiques dans des systèmes modèles représentatifs de la corrosion des barrières thermiques et environnementales par les CMAS. Ce webinaire a été animé par Carine Petitjean et Pierre-Jean Panteix de l’Institut Jean Lamour (Université de Lorraine).

La durabilité des revêtements céramiques, utilisés pour protéger les aubes de turbines dans les moteurs aéronautiques (c’est-à-dire les barrières thermiques TBC et environnementales EBC), dépend fortement de leur résistance à la corrosion par les aluminosilicates de calcium et de magnésium (CMAS) [1,2]. À haute température, les CMAS deviennent liquides et pénètrent dans la microstructure des revêtements. Ils provoquent alors diverses contraintes, notamment d’ordre thermochimique.

L’objectif est ici de déterminer l’équilibre thermodynamique atteint lors des interactions de tous les éléments constituant l’E/TBC avec le CMAS. Pour cela, plusieurs aspects sont pris en compte : (i) les limites de solubilité des espèces dans la masse fondue, (ii) la nature des phases précipitées, (iii) les cinétiques de dissolution et de précipitation, ainsi que (iv) l’évolution de la composition du liquide.

Dans un premier temps, l’étude s’intéresse à des systèmes modèles plus simples. Elle porte sur des oxydes de terres rares à basicité variable RE₂O₃ (RE = Nd, Sm, Gd, Gd, Dy, Yb) mis en contact avec un liquide ternaire acide (CaO-Al₂O₃-SiO₂, i.e. CAS) est proposée à 1200°C^[3]. L’existence des phases d’intérêt apatite Ca₂RE₈(SiO₄)₆O₂ et cyclosilicate Ca₃RE₂(Si₃O₉)₂ est mise en évidence. L’influence de la différence de basicité entre le matériau et le liquide sur les limites de solubilité des phases a également été étudiée. La structure cristalline des phases d’intérêt est également investiguée afin de déterminer les répartitions du calcium et des terres rares dans les différents sites cationiques de chacune des phases, apportant ainsi un éclairage sur leurs stabilités respectives^[4].

L’extension de ces observations à des systèmes plus complexes (silicates de terres rares vs. CMAS) montre l’importance de l’état d’équilibre sur les limites de solubilité. Les mécanismes observés ici sont souvent discutés au regard d’une littérature qui rapporte essentiellement des diagrammes ternaires CaO-SiO₂-RE₂O₃ ^[5-6]. La présence d’alumine Al₂O₃ est identifiée comme ayant une influence sur l’étendue du domaine liquide ^[7].

Ainsi, l’ajout d’alumine dans le ternaire CaO-SiO₂-Y₂O₃ a été étudié à 1300°C. La présence d’un liquide est identifiée dès l’addition de 2 mol.% d’alumine. Cette étendue a une influence directe sur la nature des phases en équilibre et sur la limite de solubilité de l’yttrium. La pertinence des données ainsi collectées a été vérifiée en observant les interactions entre un liquide CAS à 1300°C et diverses sources d’yttrium : oxyde Y₂O₃, monosilicate Y₂SiO₅ et disilicate Y₂Si₂O₇. Si l’équilibre établi est bien celui attendu, il a été montré que le mécanisme réactionnel a une influence sur la morphologie des phases précipitées^[8].

Références :
[1] C.G. Levi et al., MRS Bulletin 37 (2012) 932-941.
[2] D. Tejero-Martin et al., Journal of the European Ceramic Society 41 (2021) 1747-1768.
[3] F. Perrudin et al., Journal of the European Ceramic Society 37 (2017) 2657-2665.
[4] F. Perrudin et al., Journal of the European Ceramic Society 39 (2019) 4223-4232.
[5] D.L. Poerschke et al., Journal of the European Ceramic Society 36 (2016) 1743–1754.
[6] D.L. Poerschke et al., Journal of Alloys and Compounds 695 (2017) 1397-1404.
[7] J. Bonnal et al., Journal of the European Ceramic Society 44 (2024) 4160-4169.
[8] J. Bonnal et al., Materialia 39 (2025