Download or read book Contribution l tude structurale et vibrationnelle des couches minces de zircone ZrO2 d pos es sur alliage Zy 4 written by Đưc Huy Lê and published by . This book was released on 2004 with total page 126 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail de thèse entre dans le cadre d'une convention de co-tutelle en partenariat avec l'Ecole Normale Supérieure de Hanoï (Vietnam) selon un financement attribué par l'ambassade de France à Hanoï et complété par l'Université du Maine. Le sujet, qui a été initié en collaboration avec le service des matériaux irradiés du CEA-Saclay, a pour objectif final d'améliorer la durée de vie des gaines de réacteurs nucléaires (réservoir des pastilles combustibles de UO2) constituées d'un alliage à base de zirconium (Zy-4 : zircalloy-4). En effet ces gaines qui sont immergées dans un circuit d'eau primaire, à haute température et sous pression, s'oxydent naturellement ; la formation de couches minces, sur alliage Zy-4, de zircone Zr02 avec apparition d'une modification de variété allotropique (quadratique-monoclinique), sous irradiation, influence largement les propriétés mécaniques de ces gaines. Ainsi notre travail a été consacré à la synthèse de couches minces de ZrO2 déposées sur un alliage identique au cas réel (Zy-4) avec investigation des mécanismes de changements de phases existants dans ces matériaux. Le but est aussi de pouvoir réduire la vitesse d'oxydation du Zy-4 en déposant une couche préliminaire de ZrO2 stable afin de former une barrière protectrice à l'environnement de travail des centrales nucléaires. La première étape de ce travail a donc porté sur l'élaboration des couches minces de ZrO2 sur des substrats en Zy-4 à l'aide de la technique de pulvérisation cathodique magnétron en radiofréquence. Cette pulvérisation a été effectuée sur une cible en ZrO2 de symétrie monoclinique en appliquant différentes conditions de dépôt (paramètres de dépôt) : température du substrat, durée de dépôt, pression partielle d'oxygène. L'ensemble de ces couches a ensuite été étudié et complètement caractérisé selon plusieurs techniques : diffraction des rayons X, diffusion Raman, réflectivité des rayons X et interférométrie en lumière blanche. Ainsi l'épaisseur des couches synthétisées a été déterminée par la réflectivité des rayons X (pour les couches dont l'épaisseur est inférieure à 1500 Å) et l'interférométrie en lumière blanche (pour les couches dont l'épaisseur est supérieure à 5000 Å). Les résultats nous prouvent globalement que cette épaisseur varie linéairement avec la durée de dépôt. L'influence du paramètre " température de substrat " a également été étudié. Nous avons montré dans les couches synthétisées entre 40°C et 300°C, l'existence d'une très forte proportion de ZrO2 en phase quadratique (100-80%), qui normalement correspond à la symétrie métastable qui ne devrait pas exister en dessous de 900°C. Ce taux diminue progressivement pour ensuite rester stable entre 400 et 800°C. La stabilisation de cette phase quadratique a été expliquée par l'existence de particules de taille nanométrique et/ou l'influence du champ de contraintes sur ces particules. Par ailleurs, l'étude menée sur la série de couches déposées pendant différentes durées de dépôt nous montre que le taux de phase quadratique diminue linéairement avec ce temps de dépôt, donc avec l'épaisseur des couches. L'influence de la pression partielle d'oxygène a aussi été étudiée ; les diagrammes de diffraction X et les spectres de diffusion Raman montrent que la pression partielle d'oxygène dans l'enceinte de dépôt favorise la croissance de zircone monoclinique. Nous pouvons conclure que l'ajout d'oxygène réduit la concentration de lacunes favorisant ainsi la croissance de zircone stable. La reproductibilité de couches est aussi un des paramètres les plus importants à contrôler. L'étude sur une série de couches déposées dans des conditions identiques (à 600°C, pendant 30 minutes, dans l'environnement d'argon pur) a justifié cet aspect de notre approche expérimentale. Enfin dans une troisième étape un mécanisme de croissance des couches a pu être proposé sur la base de l'interprétation des données structurales et vibrationnelles. Cette étude permet de vérifier que la croissance des couches commence par la zircone en symétrie quadratique près du substrat (près de l'interface) et termine par la zircone monoclinique stable au voisinage de la surface. Nous avons également justifié l'effet de la taille des cristallites et l'effet des contraintes sur la stabilisation de zircone quadratique à une température inférieure à 900°C par affinements des diagrammes de diffraction X enregistrés sur les deux séries de couches déposées à différentes températures et différentes épaisseurs. Les résultats obtenus constitueront ainsi une base solide d'approche du comportement sous irradiation de ces mêmes couches afin de comprendre les mécanismes se produisant réellement dans les réacteurs.

Download or read book Comparaison de l oxydation de deux alliages de zirconium par diffraction des rayons X in situ et ex situ written by Nathalie Pétigny-Putigny and published by . This book was released on 1998 with total page 157 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Dans les réacteurs à eau pressurisée (REP), le gainage du combustible nucléaire composé d'un alliage de zirconium est soumis à de fortes conditions corrosives qui provoquent l'oxydation du matériau. La couche d'oxyde formée est un facteur limitant le temps de séjour en réacteur. Actuellement, l'alliage Zy4 a base d'étain répond aux exigences des exploitants mais son utilisation est limitée à 4 cycles (4 ans). Leur volonté étant d'amener le temps de séjour de 4 à 5 ans, le développement de nouveaux alliages a été entrepris depuis de nombreuses années. Lors de la corrosion de ces alliages, une couche de zircone se forme comprenant deux variétés allotropiques : ZrO2 monoclinique et ZrO2 quadratique. Ce travail s'inscrit dans le cadre de la compréhension de la présence de la zircone quadratique et son rôle quant à la vitesse de corrosion. Cette étude s'est notamment orientée vers la piste d'une stabilisation de la zircone quadratique par de fortes contraintes de compression et les relations entre cette phase et la transition cinétique. Les conditions étudiées lors de ce travail sont éloignées des conditions d'utilisation en réacteur (T = 470°C, pression d'oxygène et de vapeur d'eau) mais permettent des durées d'expérience convenable. La texture, la composition de la couche et les contraintes ont été déterminées sur l'oxyde issu de la corrosion de deux alliages, Zy 4 et Zr1%Nb-O. Ces différentes analyses ont été réalisées in-situ et ex-situ. En effet, les études ayant habituellement lieu après refroidissement, l'influence de ce refroidissement a été étudiée afin de savoir si les dites études rendent effectivement compte du comportement en température. Une variation de la quantité de zircone quadratique lors de la transition cinétique n'a pas pu être détectée en raison du manque de sensibilité. Une corrélation entre la transformation de phase et la vitesse d'oxydation a été mise en évidence. Une relaxation in-situ des contraintes dans la zircone monoclinique issue de Zy 4 a pu être corrélée à la vitesse de la transition cinétique. Les suivis in-situ ou après refroidissement de la proportion de phase quadratique d'une part et de la détermination des contraintes d'autre part ne permettent pas de conclure à une stabilisation de la zircone quadratique majoritairement par de fortes contraintes de compression. Si moyennant certaines hypothèses les analyses de phases ex-situ rendent compte de manière cohérente du dosage in-situ, il n'en ai pas de même dans le cas de la détermination des contraintes, rendant ainsi nécessaires les études en température.