Les carbures de Tantale : élaboration par compression isostatique à chaud, relations microstructure-propriétés

par Nathalie Alexandre-Gervasio

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Martine Desmaison.

Soutenue en 1994

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Tantale -- Composés
• Compression isostatique
• Composites à matrice céramique
• Oxydation
• Stoechiométrie

Résumé

Cette etude concerne l'evaluation et l'amelioration des proprietes mecaniques et de resistance a l'oxydation des carbures de tantale tac et ta#2c. Dans ce but, a partir de melanges de poudres de monocarbure de tantale et de tantale, des materiaux sous-stoechiometriques et des composites particulaires a matrice ceramique ont ete elabores par compression isostatique a chaud (c. I. C. ). Les caracteristiques mecaniques (microdurete, contrainte a la rupture en flexion, tenue aux chocs thermiques, tenacite) sont comparees a celles des carbures monolithiques tac et ta#2c et correlees a la microstructure des materiaux. D'une part, les proprietes mecaniques du monocarbure de tantale sont optimisees par la creation d'une sous-stoechiometrie qui conduit a une augmentation de la microdurete avec un maximum pour la composition tac#0#,#7#9 (h#v#5#n = 23 gpa). D'autre part, l'elaboration d'hemicarbures de tantale par frittage-reaction a permis de selectionner la composition tac#0#,#4#5, nuance qui presente des proprietes mecaniques optimales dont une tenacite de 10 mpam et une bonne resistance aux chocs thermiques (t#c = 400c). Entre ces deux compositions, la presence d'agglomerats d'hemicarbure ta#2c dans la matrice en monocarbure conduit a des valeurs intermediaires de contrainte a la rupture et de tenacite. Le mode de rupture de ces materiaux est controle par la phase intergranulaire oxygenee provenant des impuretes contenues dans les poudres initiales. En ce qui concerne les cermets tac-ta, le renfort mecanique est effectif pour la nuance presentant une concentration en tantale de 50% en moles, les grains de tantale partiellement carbures, jouant en partie leur role de phase ductile. L'etude de la reactivite des carbures tac, ta#2c, tac#0#,#4#5 et du tantale a ete effectuee en regime dynamique d'oxygene. Dans tous les cas, un regime de reaction a ete observe car l'hemipentoxyde de tantale (ta#2o#5) forme, n'est jamais protecteur. Pour des temperatures inferieures a la temperature de frittage de ta#2o#5 (750c), un oxyde pulverulent est obtenu ; au-dela de 750c, la couche poreuse s'ouvre aux aretes pour former une croix de malte. Lors de l'oxydation de l'hemicarbure ta#2c, la formation d'une zone intermediaire d'oxycarbure semble etre favorisee par la presence de plans interstitiels vacants dans la maille cristalline de l'hemicarbure

Titre traduit

The tantalum carbides : elaboration by hot isostatic pressing (hip), microstructure-properties relations

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