Chromium carbide layers were deposited using liquid-injection metal-organic chemical vapor deposition inside long (0.3 to 1 m) and narrow (8 to 24 mm in diameter) metallic tubes. The deposition was carried out using a molecular single-source, bis(benzene)chromium (BBC), as representative of the bis(arene)metal family diluted in toluene and injected with N₂ as carrier gas. A multicomponent mass transport model for the simulation of the coupled fluid flow, heat transfer and chemistry was built. The kinetic mechanism of the growth of CrC_x films was developed with the help of large-scale experiments to study the depletion of the precursors along the inner wall of the tube. The model fits well in the 400–550 °C temperature range and in the 1.3 × 10² to 7 × 10³ Pa pressure range. The pressure is shown to have a pronounced effect on the deposition rate and thickness uniformity of the resulting coating. Below 525 °C the structure, composition and morphology of the films are not affected by changes of total pressure or deposition temperature. The coatings are amorphous and their Cr:C ratio is about 2:1, i.e., intermediate between Cr₇C₃ and Cr₃C₂. The model was applied to the design of a long reactor (1 m), with a double injection successively and alternatively undertaken at each end to ensure the best uniformity with sufficient thickness. This innovative concept can be used to optimize industrial deposition processes inside long and narrow tubes and channels.

La protection des gaines de combustible de réacteur nucléaire contre l’oxydation à haute température en conditions accidentelles est essentielle pour garantir leur intégrité, c’est-à-dire celle de la première barrière de confinement. Celle-ci peut s’effectuer par le dépôt d’un revêtement sur leur paroi interne et ce sont les procédés CVD qui sont les plus à même de le faire. Il s’agit plus précisément du procédé DLI-MOCVD qui a été utilisé ici pour déposer des revêtements à base de chrome (chrome métallique Cr(S) cristallisé) et de carbures de chrome (carbures de chrome CrxCy amorphes non recyclés, recyclés et CrxSizCy dopés au Si), réputés pour leur bonne résistance à l’oxydation. Afin d’améliorer la qualité des revêtements, le procédé de dépôt a été optimisé à l’aide de simulations numériques. Après une réflexion sur le mécanisme chimique, un modèle cinétique réactionnel du dépôt d’un revêtement CrxCy amorphe a pu être ajusté et validé. Il a aussi été montré que la solution utilisée de précurseur organométallique bis(arène)chrome et de solvant toluène pouvait être directement recyclée, augmentant ainsi le potentiel d’industrialisation du procédé. Les propriétés physico-chimiques et structurales des revêtements déposés avec ce procédé ont été caractérisées. Une étude des propriétés mécaniques de ces revêtements a par ailleurs été entreprise. Il en ressort que, comparés à des revêtements apparentés déposés par d’autres procédés, ceux déposés par DLIMOCVD possèdent notamment une dureté élevée (jusqu’à une trentaine de GPa), des contraintes résiduelles en compression, une bonne adhérence avec leur substrat et enfin une résistance à l’usure abrasive différente suivant la température. L’évaluation de leur résistance à l’oxydation à 1200 °C a révélé les excellentes performances des revêtements en carbures de chrome amorphes, qui permettent de retarder l’oxydation catastrophique de plus de deux heures pour une épaisseur de 10 µm. Tous les autres revêtements augmentent la tenue en température des substrats en zircaloy mais ne retardent pas autant l’oxydation catastrophique.