Etude de la solidification de materiaux refractaires appartenant au systeme quaternaire al#2o#3-zro#2-sio#2-na#2o

Solidification studies of refractory ceramics belonging to the quaternary system al#2o#3-zro#2-sio#2-na#2o

• Auteur / Autrice : Michel Gaubil
• Direction : Matthieu Gervais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Orléans

Résumé

Les ceramiques refractaires electrofondues que nous avons etudiees sont des materiaux elabores par solidification et refroidissement de fontes d'oxydes liquides. Ils sont destines a la construction de fours de fusion du verre et leurs compositions appartiennent au systeme quaternaire al#2o#3 - zro#2 - sio#2 - na#2o. Les chemins de solidification des fontes industrielles ont ete determines en utilisant conjointement l'atd haute temperature, la drx et des analyses micrographiques. Afin de faciliter l'interpretation des resultats, nous avons etudie en parallele des produits de synthese de compositions voisines, appartenant au systeme ternaire al#2o#3 - zro#2 - sio#2 et au systeme quaternaire al#2o#3 - zro#2 - sio#2 et na#2o. La solidification des fontes refractaires conduit a la cristallisation primaire de la zircone, a la cristallisation de l'eutectique corindon zircone ou a la cristallisation separee de zircone et de corindon selon la concentration en na#2o et enfin a la formation d'une phase vitreuse interstitielle. La presence de na#2o meme en faible quantite dans le produit inhibe la formation de mullite. La phase vitreuse interstitielle conditionne un certain nombre de proprietes du materiau. C'est un materiau polyphase compose pour partie d'une phase vitreuse au sens reel du terme qui contient la totalite de l'oxyde de sodium, la quasie totalite de la silice, une fraction de l'alumine initiale du produit et une faible proportion de zircone. Les experiences rmn #2#9si et #2#7al haute resolution sur les echantillons industriels ont apporte des informations importantes concernant la structure a l'echelle microscopique. La comparaison avec des phases synthetiques de compositions similaires a la partie vitreuse a permis une meilleure comprehension du comportement de cette phase lors de la solidification du refractaire et au recuit. L'inhibition de la croissance des germes mullitiques au cours de la fabrication a ete associee a la presence des 1700c de cristaux de zircone et de corindon. Le suivie resolue dans le temps par analyse rmn #2#7al a tres hautes temperatures du refroidissement des echantillons de compositions proches de celles des refractaires industriels a mis en evidence un changement brusque de l'evolution de la structure locale du liquide surfondu avec la temperature. Ce comportement est associe au figeage progressif des coordinences iv, v et vi de l'aluminium dans le materiau vitrifie. Cette etude a par ailleurs montre que le processus de relaxation spin-reseau (#c) en rmn et celui du flux visqueux peuvent etre associes a des fluctuations microscopiques de meme nature. La presence de na#2o conduit a une depolymerisation du liquide surfondu et favorise la devitrification du verre. L'ensemble des resultats montrent que la zircone influence le comportement du liquide surfondu, l'evolution de la viscosite avec la temperature, la structure a l'echelle des phases vitreuses et la recristallisation des verres