Utilisation des céramiques à base d'oxydes dans les turbines à gaz
Le besoin constant d'améliorer les performances des turbines à gaz nécessite d'utiliser de nouveaux matériaux pour leurs composants vitaux. Les limites physiques des superalliages actuellement utilisés sont pratiquement atteintes. Le projet CERCO a étudié les avantages possibles de l'utilisation de céramiques dans les turbines à gaz. Leurs avantages incluent la possibilité d'augmenter la température d'entrée de la turbine à plus de 1400 degrés C. Un gain en efficacité thermique de 20% et une augmentation de 40% de la puissance de sortie seraient alors envisageables pour une turbine à gaz stationnaire complètement opérationnelle. Ceci s'entend en comparaison avec un moteur totalement en métal avec des composants refroidis par air. L'utilisation de céramiques devrait également permettre de réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx) de plus de 10ppm. Parmi les principaux obstacles au développement de l'utilisation de céramiques structurelles dans les moteurs de turbine à gaz, on peut citer la démonstration des composants dans des moteurs réels. Un autre obstacle est le développement de matériaux adaptés à des conditions de chargement particulières. L'objectif global du projet CERCO était d'utiliser des céramiques pour améliorer les performances des petites turbines à gaz stationnaires. Cet objectif a pu être atteint en remplaçant de manière sélective les composants métalliques de section chaude par des pièces comportant des céramiques non refroidies. Des composites à matrice céramique (CMC) à base d'oxydes utilisant des revêtements à base de fibre ont été développés et caractérisés en fonction de leur force mécanique, de leur densité et de leur comportement à haute température. Les techniques de fabrication ont aussi été développées pour des prototypes de turbine complexes tels que des turbines à roue et combusteur. Les résultats de test ont indiqué que les matériaux développés permettaient d'obtenir de bonnes performances même après une utilisation prolongée à des températures allant jusqu'à 1050 degrés C. Au delà de cette température, des dégradations des matériaux ont été constatées, même s'ils pouvaient encore être utilisés pour des applications à températures élevées à courte durée. Cela inclut notamment les buses de bout de pale et les systèmes de protection thermique.
