Modélisation des phénomènes de ségrégation dynamique dans les céramiques conséquences sur l'élaboration des poudres et des monocristaux d'alumine-alpha dopée

par Daniel Monceau

Thèse de doctorat en Physique option matériaux

Sous la direction de Georgette Petot-Ervas.

Soutenue en 1992

à Paris 13 .


  • Résumé

    Qu'il s'agisse de poudres, de monocristaux, ou de polycristaux, les matériaux céramiques sont généralement le siège de gradients de potentiel chimique lors de leur élaboration et de leur utilisation. Dans certaines conditions, il en résulte un phénomène de ségrégation des éléments d'addition ou des impuretés en surface. La composition de surface n'est alors plus représentative de la composition globale du matériau et la réactivité d'une poudre ou d'une surface s'en trouve fortement modifiée. Dans ce travail, nous nous intéressons aux changements de composition entre la surface et le coeur d'un matériau, au dopage de poudres et de monocristaux d'alumine, sachant que leurs propriétés dépendent fortement de la teneur des dopants et des impuretés. Ce travail comprend une partie théorique, ou sont développés différents calculs numériques, permettant de prévoir la répartition des constituants d'une solution solide d'oxydes (telle que (CO,mg)o) soumise à des gradients de potentiel thermodynamique généralisé, d'origines diverses. Ces résultats sont comparés aux résultats expérimentaux de la littérature, ou à des expériences originales réalisées au laboratoire. Cette étude comprend également une partie expérimentale consacrée a la quantification des phénomènes de ségrégation se produisant lors de l'élaboration de monocristaux et de poudres (MEB, MET, XPS quantitatif, EPMA, SIM, RAMAN) d'alumine dopée (Mg,Fe,Ti,V), sous l'effet de variations de température et de pression partielle d'oxygène. Les premiers résultats concernant le contrôle de la répartition des dopants (responsables de la coloration ou des propriétés mécaniques) dans les monocristaux d'alumine fabriques industriellement sont très satisfaisants. Par ailleurs, le contrôle des phénomènes de ségrégation au voisinage des surfaces permet d'espérer une amélioration des propriétés d'usage, telles que la réactivité des poudres et leur aptitude au frittage, la réactivité des céramiques, leur mouillante et leur aptitude à former des liaisons céramique/métal ou céramique/céramique. Sur le plan fondamental, cette étude nous a permis d'aborder le problème très complexe des phénomènes de ségrégation d'équilibre au voisinage des surfaces et interfaces dans les céramiques (phénomènes intervenant à haute température), et d'attirer l'attention sur les difficultés d'analyse expérimentale de ces phénomènes (à température ambiante), par suite des phénomènes de redistribution des espèces intervenant lors du refroidissement. Par ailleurs, dans le cas de matériaux tels que l'alumine, nous avons soulevé, d'une part le problème d'obtention de matériaux homogènes et d'autre part, les risques de phénomènes de redistribution des cations solutés au voisinage des surfaces, lors de traitements thermiques effectués, pour l'obtention de grandeurs physiques (coefficients de diffusion, conductivités. . . ).

  • Titre traduit

    Modelisation of kinetic demixing phenomena in ceramics ; consequences on the elaboration of doped alumina powders and single crystals


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Informations

  • Détails : 1 vol. (323 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.310-323. Annexes

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  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 1992 056
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