Optimisation de la production des céramiques industrielles : analyse statistique du comportement mécanique et diélectrique

par Olivier Paulhe

Thèse de doctorat en Génie des Matériaux

Sous la direction de Daniel Treheux.


  • Résumé

    Cette étude est menée en collaboration avec des fabricants de céramiques industrielles de type isolateurs électriques ou produits de porcelaine. Des dommages non contrôlés, qui surviennent durant le procédé de fabrication, peuvent avoir pour conséquence l'augmentation significative des taux de rebuts. Notre objectif a été d'optimiser la production de porcelaine en contrôlant les procédés de fabrication et la formulation. L'analyse des avaries laisse entrevoir le rôle de l'énergie de polarisation. En effet, les propriétés électriques, ainsi que les propriétés mécaniques, sont liées à la capacité du matériau à piéger des charges électriques induites par le procédé de fabrication. Ainsi la relaxation brutale de cette énergie accumulée peut entraîner la rupture mécanique. Dans ce sens, un protocole de caractérisation mécanique /diélectrique et physico-chimique a été mis au point pour classer les produits en fonction de leur capacité à éviter des ruptures mécaniques de type catastrophiques. D'une part, le modèle de Weibull est utilisé pour mesurer la fiabilité du produit, en complément des propriétés mécaniques classiques (résistance à la flexion), et des analyses physico-chimiques (RDX, Densimétrie, fractographies). D'autre part, la capacité à piéger des charges électriques est déterminée par mesure du courant de masse. Pendant l'injection simulée d'électrons (SEMM). Enfin, l'analyse statistique (Analyse discriminante, tri hiérarchique) a permis de classer les produits de porcelaine industrielle en fonction des critères mécaniques et diélectriques (capacité à piéger des charges électriques) et de les comparer aux taux de rebut. Le suivi des taux de rebuts pendant une année de production, pour différentes compositions, semble valider l'hypothèse de phénomènes de piégeage / dépiégeage de charges au cours du procédé de fabrication de la porcelaine industrielle CERAMA.


  • Résumé

    This study is conducted in collaboration with industrial ceramic producers of electrical insulators, or whiteware bodies. Some non-controlled damages, which occur during the industrial production, result in a significant increase of reject rates. Our objective has been to optimise the porcelain production by controlling its process and formulation. The reject analysis lets expect the polarisation energy stock rule. As a matter of fact, electrical properties as well as mechanical properties are related to the material capacity to trap electrical charges induced by process. Indeed, a brutal relaxation of accumulated energy can cause a mechanical rupture. Therefore, a protocol of mechanical 1 dielectrical and physico-chemical characterisations has been adjusted to classify the product in function of its ability to avoid mechanical ruptures of a catastrophic type. On the one hand, the Weibull model is used to measure the reliability of the product, in complement to the classical mechanical properties (flexure strength), and the physico-chemical analysis (RDX, density, fractography). On the other hand, recording the absorbed current during electron injection determinate the trapping dectrical charge capacity. Finally, a statistical analysis (discriminant analysis, cluster analysis) has allowed a classification of industrial porcelain products in function of mechanic or dielectric criteria (electrical charges trapping ability) and to compare them to the reject rate. The study of reject rates evolution during a whole year of production, for different compositions, leadsto ratifv the hvoothesis of charae traooina / detraooino durino the orocess of CERAMA nnrc~lain

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