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Submitted on 7 Jun 2017
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Déséquilibre thermique dans un plasma d’air ensemencé d’aluminium
Pascal André, M’Hammed Abbaoui
To cite this version:
Pascal André, M’Hammed Abbaoui. Déséquilibre thermique dans un plasma d’air ensemencé d’aluminium. CAE XII et ACE 2017, Mar 2017, Nancy, France. CAE XII et ACE 2017, 2017. �hal-01534133�
Journal IDéséquilibre thermique dans un plasma d’air ensemencé d’aluminium
Pascal ANDRÉ*, Mhammed ABBAOUI
Laboratoire de Physique de Clermont, Université Clermont Auvergne, IN2P3 CNRS Campus Universitaire des Cézeaux
4 Avenue Blaise Pascal, TSA 60026,CS 60026,63178 Aubière Cedex
*auteur correspondant : pascal.andre@uca.fr
Introduction
Plusieurs technologies plasmas utilisent l’aluminium, dans ces systèmes les électrodes et/ou les fils sont faits d'aluminium. Durant l'interaction du plasma d’air et du métal en aluminium, la composition chimique joue un rôle clé sur les phases condensées. En outre le champ électrique peut atteindre une valeur très élevée, entraînant le plasma à être hors de l'équilibre thermique. Les électrons obtiennent
une température 𝑻𝒆 plus haute que 𝑻𝒍 celle des espèces
chimiques lourdes. Nous présentons l’influence du
déséquilibre thermique sur les phases condensées. Nous tentons d’évaluer le déséquilibre thermique en fonction du champ électrique.
Formation de spots cathodiques et fusion de la surface I=30 A sur cathode en aluminium
(A. Augeard Thèse LAEPT N° 2616 2015)
10-6 10-4 10-2 100 1500 3000 4500 6000 AlN AlO+ NO+ Al- C Al+ O 2 AlO 2 Al 2O2 Al 2O + e -NO Al 2 CO Ar N AlO Al N 2 O Al 2O Al 2O3 liquid Al 2O3 solid AlN solid Al liquid Température (K) F ra c ti o n m o la ir e
10% Air 90% Al (pourcentage molaire)
10-6 10-4 10-2 100 1500 3000 4500 6000 O+ N+ AlN AlO+ NO+ C Al+ O 2 AlO2 Al 2O2 Al 2O + e -NO Al 2 CO Ar N AlO Al N 2 O Al 2O Al 2O3 liquid Al 2O3 solid AlN solid Al liquid
Température des lourds T
l (K) F ra c ti o n m o la ir e
10% Air 90% Al (pourcentage molaire)
10-6 10-4 10-2 100 1500 3000 4500 6000 Ar+ CN C+ N 2 + O+ N+ AlO+ NO+ C Al+ AlN Al 2O + e -NO Al 2 CO Ar N AlO Al N 2 O Al 2O Al2O3 solid AlN solid Al liquid
Température des lourds T
l (K) F ra c ti o n m o la ir e
10% Air 90% Al (pourcentage molaire)
Θ=Te/Tl=1 Θ=Te/Tl=1.5 Θ=Te/Tl=2
Déséquilibre thermique -> Composition chimique : sens de l’apparition des phases varie en fonction du déséquilibre thermique !
1 2 3 4 5 1500 3000 4500 6000
Limite entre la phase solide et gazeuse de AlN Limite entre la phase liquide et gazeuse de Al
2O3
Limite entre la phase liquide et gazeuse de Al
103 V/m
104 V/m
105 V/m
Température des lourds T
l (K) ( T e /T l )
10% Air 90% Al (pourcentage molaire)
1 2 3 4 5 1500 3000 4500 6000
limite entre la phase liquide et gazeuse de Al
203
Limite entre la phase solide et gazeuse de AlN
103 V/m 104 V/m
105 V/m
Température des lourds T
l (K) ( T e /T l )
50% Air 50% Al (pourcentage molaire)
1 2 3 4 5 1500 3000 4500 6000
limite entre la phase liquide et gazeuse de Al
203
103 V/m
104 V/m
105 V/m
Température des lourds T
l (K) ( T e /T l )
90% Air 10% Al (pourcentage molaire)
Proportion Air / Aluminium: Composition chimique varie-> apparition de trois phases condensées pour (10% Air; 90% Alu) deux phases
condensées (50% Air; 50% Alu) et une phase condensée pour (90% Air; 10% Alu).
Le champ électrique augmente : le déséquilibre thermique θ augmente -> le type de phase condensée créée varie !
Conclusion
Les plasmas d’air et aluminium sont couramment rencontrés.
• La variation du déséquilibre thermique due au champ électrique est importante.
• La composition chimique du plasma varie fortement en fonction du déséquilibre thermique et donc du champ électrique.
• On note une variation du type de phase condensée (AlN(sol), Al(liq,sol), Al2O3(liq, sol)) en fonction du champ électrique pour une
température donnée.
• Le type de phase condensée varie en fonction de la proportion air-aluminium initiale.
Ainsi sur une même surface, les spots cathodique et anodique n’interagiront pas de la même manière : les chutes de tension anodique et cathodique vont varier.
