Safran collabore avec Ionbond pour développer des revêtements pour l'espace extraterrestre

La société française Safran Space Propulsion a approché Ionbond avec une demande de développement d'un revêtement spécial pour la nouvelle gamme de moteurs à propulsion plasma, utilisés dans l'espace pour propulser les engins spatiaux et maintenir les satellites en orbite. Safran fabrique principalement ces moteurs pour l'Agence Spatiale Européenne (ESA), dont les engins spatiaux dépendent de propulseurs à plasma pour se déplacer dans l'espace.

Safran fabrique des propulseurs à plasma à effet Hall, qui utilisent du gaz xénon ionisé comme propulseur et un champ électrostatique comme moyen d'accélération. Le plasma de xénon est formé à l'intérieur de l'anode cylindrique par des collisions de ses atomes avec des électrons. Les ions de xénon sont ensuite accélérés et propulsés hors de l'anode. À l'étape de la sortie, les ions se recombinent avec les électrons, maintenant ainsi l'ensemble du dispositif électriquement neutre. Les ingénieurs de Safran ont choisi le principe de la cathode creuse pour générer les électrons nécessaires à l'ionisation. La cathode creuse utilise l'énergie des ions gazeux pour maintenir la haute température requise pour l'émission d'électrons. Pour abaisser la température d'émission et ainsi augmenter la durée de vie de la cathode, des matériaux spéciaux à faible fonction de travail sont souvent utilisés. Dans le cas d'une cathode creuse, le tube du matériau émissif est inséré à l'intérieur de la coquille en métal réfractaire. Cependant, à haute température, les constituants de ces matériaux commencent à diffuser dans le matériau de la coquille, ce qui entraîne sa rapide détérioration. Afin d'éviter cela, une barrière de diffusion entre les matériaux émissifs et la coquille est nécessaire.

Étant donné que le processus PVD n'était pas adapté pour le dépôt de revêtement ID, les ingénieurs du processus Ionbond se sont concentrés sur la technologie CVD. Le revêtement est produit en chlorurant du zirconium pur et en transférant la vapeur de ZrCl4 formée vers la zone réactive, où elle réagit avec un mélange de gaz contenant de l'hydrogène et de l'azote à haute température pour former du ZrN. Dans le processus conventionnel, le taux de dépôt de ZrN est inférieur à un micron par heure, ce qui serait inacceptable pour le dépôt de films d'une épaisseur de plus de 20 microns. Pour cette raison, les ingénieurs d'Ionbond ont dû chercher des possibilités pour augmenter le taux de dépôt. Des paramètres tels que la concentration des réactifs, les températures de chloruration et de dépôt, la pression et la configuration de la charge ont été identifiés comme des facteurs affectant le taux de dépôt. Après une analyse thermodynamique préliminaire, des plages réalisables pour chaque paramètre ont été sélectionnées et une matrice d'expériences a été conçue. En plus du taux de dépôt, les types de réseau et de morphologie ont été surveillés en tant que variables de réponse.