Synthèse par le procédé sol-gel, caractérisation, mise en forme et frittage de poudres de zircon

par Christelle Veytizou

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Jean-François Quinson.

Soutenue en 2000

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Ce travail de thèse a consisté : - d'une part, à synthétiser par le procédé sol-gel la poudre précurseur de zircon, à la caractériser, puis à étudier sa transformation en zircon. Les précurseurs utilisés, l'oxynitrate de zirconium et le tétraéthylorthosilicate, sont mélangés en milieu aqueux. Après un traitement sous reflux, a 100°C, le sol colloïdal est précipité dans une solution ammoniacale diluée pour former un gel qui, une fois filtré, lavé et séché, constitue la poudre précurseur de zircon. Cette poudre, qui est amorphe, cristallise en zircon dès 1150°C. Un suivi de caractérisation depuis le sol jusqu'au zircon, via la poudre précurseur a été effectué à l'aide de techniques complémentaires : spectroscopie raman, DRX et DRXHT, ATD-ATG, RMN MAS du 29Si, adsorption-désorption d'azote. Il ressort des résultats obtenus que la formation du zircon, qui est déjà initiée dans le sol, se poursuit a partir de 1000°C par réaction de la zircone quadratique avec la silice amorphe. Cette réaction est régie par une loi cinétique de croissance de type Valensi-Carter. - d'autre part, à élaborer des pièces de zircon, essentiellement, à partir de la poudre précurseur amorphe mise en forme en associant pressage uniaxial et isostatique. Le frittage des crus ainsi préparés a été suivi par analyse dilatométrique. Le retrait enregistré est dû, successivement, à la fermeture de la porosité intragranulaire, laquelle résulte de l'assemblage compact de particules primaires sphériques de silice hydroxylée et de zircone amorphe entourée ou non de zircon, puis à celle de la porosité intergranulaire. La densification des échantillons n'est pas totale (95%) car elle est concurrencée par la cristallisation du zircon. Par ailleurs, les échantillons frittés présentent des fissures dont l'origine exacte n'a pu être expliquée. Il semble, toutefois, que la morphologie de la poudre et les contraintes développées lors de la mise en forme et du frittage doivent être prises en compte.

  • Titre traduit

    = Sol-gel synthesis, characterization, shaping and sintering of zircon powders


  • Résumé

    This thesis consist in : - On one hand, synthesize, by sol-gel process, zircon precursor powder, characterize it and study the zircon crystallization. This synthesis route is very easy, zirconyl nitrate and tetraethoxysilane, in stoechiometric quantities, are used as precursors and the mixing is realized in water. After reflux, at 100°C, this solution becomes a colloidal sol, which is precipitated in diluted ammonia solution. The gel formed is filtered, washed with water to eliminate reactionnal rests, then dried to be transformed in zircon precursor powder. This powder, which is amorphous, crystallizes in zircon from 1150°C. Characterizations from sol to zircon powder, via precursor powder, were studied with complementary techniques: Raman spectroscopy, room and high temperatures X-ray diffraction, ATD-ATG, RMN MAS 29Si, nitrogen adsorption-desorption. It resorts of the numerous obtained results that the formation of the zircon, which is initiated in the sol, follows itself from 1000°C by reaction between the amorphous silica and the tetragonal zirconia. This reaction follows a Valensi-Carter kinetic law, controlled by silicon diffusion. - On the other hand, elaborate zircon pieces, essentially, from amorphous precursor powder shaping by uniaxial and isostatic pressing. The sintering conditions were determined by dilatometric analyses. The shrinkage is caused, in first step, by the closing of intragranular porosity which is due to the assembly, probably compact, of spherical particles composed of hydroxyl silica, amorphous zirconia surrounded, or not, by zircon, then, in second step, by the closing of intergranular porosity. It is worth noting, that sample densification isn't complete (95%) because of the competition between crystallization and sintering. Moreover, sintered samples are cracked but cracks' origin isn't exactly explained. Powder morphology and tension developed during shaping and sintering, are probably, in part, responsible.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (144 p.)
  • Annexes : bibliographie p. 151-160

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  • Cote : 541.39 VEY
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