Frittage à basse température d'une argile kaolinique du Burkina Faso : Transformations thermiques et réorganisations structurales

par Karfa Traore

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

Sous la direction de Philippe Blanchart et de Guy Venance Ouedraogo.

Soutenue en 2003

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


  • Résumé

    Ce travail décrit la transformation thermique et le frittage à basse température (1100°) de compositions à base d'une argile kaolinitique du Burkina Faso. L'argile utilisée est représentative des mélanges argileux utilisés dans ce pays pour la fabrication traditionnelle de poterie et de matériaux de construction. L'argile a été utilisée seule ou en mélange avec de la calcite. L'argile est caractérisée en ce qui concerne sa composition chimique et minéralogique. Nous avons aussi déterminé ses caractéristiques structurales, ce qui a montré que le fer, comme impureté majoritaire est inclus dans la structure de la kaolinite, en site octaédriques. L'étude des transformations thermiques subies par l'argile seule indique un comportement typique d'une argile kaolinitique peu organisée structuralement. Il a été possible de détailler les processus de transformations et de densification et de quantifier les énergies d'activation correspondantes. Néanmoins, pour ce type de matériau, la caractérisation du comportement intrinsèque du matériau lors du frittage, en utilisant la dilatométrie, doit être soustraite des observations expérimentales. Les mélanges argile-calcite sont intéressants puisqu'ils permettent d'augmenter la résistance mécanique malgrè la faible température de frittage. Ces mélanges sont transformés dès 950°C en un matériau partiellement recristallisé. On est en présence d'un processus frittage-friction avec formation successive de méta kaolinite et chaux, de géhlénite puis d'anorthite. Ces phases cristallisées sont sous forme de nodules microniques dans une matrice peu organisée structuralement et poreuse. La séquence de transformation a été caractérisée, ce qui a mis en évidence les transformations structurales préférentielles ainsi que les orientation mutuelles des réseaux cristallins. Les propriétés mécaniques de ces matériaux sont conditionnées par la nature très hétérogène de leur texture. Le réseau tridimensionnel de particules d'anorthite est partiellement interconnecté dans la matrice poreuse. Les propriétés mécaniques sont fortement reliées aux interconnections des cristallites ainsi qu'à la porométrie de la matrice. En particulier la ténacité et le module de Weibull sont en relation forte avec la prédominance de l'un ou l'autre de ces aspects de la texture.

  • Titre traduit

    Low temperature sintering of a kaolinitic clay from Burkina Faso : Theermal transformations and structural reoganizations


  • Résumé

    This work describes the thermal transformation and the sintering process at low temperature (1100°C) of ceramic compositions based on a selected kaolinitic clay from Burkina Faso. It is a very representative clay among those used in this country for the traditional manufacturing of pottery and brick wares or roof tiles. This clay was used as it or mixed with calcite to improve the properties the fired products. The chemical and mineralogical compositions of the clay were analysed as the structural characteristics of the kaolinitic phase, which include all the iron impurity in octahedral sites. The study of thermal transformations of the clay reveals typical thermal transformations very similar to that of a low crystallized kaolinite mineral. Thermal transformations and sintering processes were studied in more details to identify and quantify the mechanism involved, but for the dilatometry characterizations, the intrinsic material behaviour must be separated from the experimental results. We also study the clay-calcite mixes because they proved to increase the mechanical strength of products sintered at low temperature. Since 950°C, these mixes become recrystallized through a reaction- sintering mechanism, which follows a particular crystallization path : metakaolinite-gehlenite-anorthite. These crystallized phases are under the form of small nodules embedded in a silico-aluminate matrix, which is porous and weakly structurally organized. The crystallographic study of the transformation path of phases revealed specific structural transformations with preferential mutual orientations of cristallographic directions and the maintain of calcium atom positions. The mechanical strength of the sintered materials is controlled by the very heterogeneous character of the microstructure. In general, a three dimensional network of anorthite particles are partially interconnected in the matrix phase. The occurence and repartition of connections influence the mechanical properties, together with the porosity of the matrix phase.

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Informations

  • Détails : 190 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Ref. bibliogr.

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  • Cote : 03 LIMO 0004
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