Compaction conventionnelle et compaction grande vitesse (CGV) de céramiques. Influence du procédé de compactage sur le frittage

par David Souriou

Thèse de doctorat en Sciences et Génie des Matériaux

Sous la direction de Patrice Goeuriot, Gérard Thomas et de Olivier Bonnefoy.

Soutenue en 2007

à Saint-Etienne, EMSE .


  • Résumé

    L’amélioration des propriétés des pièces céramiques passe par une meilleure compréhension des phénomènes intervenant au cours de la mise en forme et du frittage. Les comprimés céramiques sont classiquement mis en forme par pressage uniaxial quasi-statique (pressage conventionnel) dans des matrices acier ou carbure. Mais une technique de mise en forme par impact, la Compaction Grande Vitesse (CGV), utilisée pour la mise en forme d'objets céramiques, apporte des résultats différents en terme de propriétés microstructurales. L’objectif de notre étude est d’identifier l’origine des différences microstructurale constatée entre ces deux méthodes de mise en forme. Des poudres d'alumine formulées sont testées pour identifier les paramètres les plus influant en terme de propriétés macrostructurale et microstructurale des comprimés céramiques à vert mis en forme conventionnellement ou par CGV. La finesse de la poudre, la nature et la quantité des ajouts organiques sont identifiés comme des paramètres influant sur les propriétés des comprimés ; mais une plus grande vitesse de compression apporte des améliorations significatives aux comprimés en terme de densité et de taille de pore réduite. De plus, une modélisation phénoménologique de la compaction permet d’identifier l’intensité des paramètres de fragmentation, de déformation plastique, et de vitesse d'élimination de la porosité. Il ressort que les phénomènes de déformation plastique des granules et de réarrangement granulaire sont favorisés en CGV. Par ailleurs, l’élaboration directe de pièces de forme complexe en CGV permet une étude plus approfondie des mouvements granulaires. Malgré le temps très court de l’impact (3 ms), il n’y a pas seulement des mouvements verticaux des grains, mais aussi des déplacement latéraux ; de plus, des effets de bord sur les comprimés sont dus à des phénomènes de frottement des grains contre la matrice en périphérie des pièces. Les pièces élaborées par chacune des voies de mise en forme sont ensuite frittées. L’objectif est de voir comment la microstructure initiale d’un comprimé céramique peut influer sur son comportement au frittage et sur la qualité des pièces en terme d’homogénéité de densité et de tailles de grains, ceci avec des géométries de pièces variables (dimensions, forme). Il est montré que la plus grande présence de pores de petite taille est à l’origine d’une meilleure densification et d’une microstructure plus fine. Les résultats du frittage sont donc reliés à ceux de la mise en forme et mettent en évidence l’aspect positif de la CGV sur la qualité des pièces frittées.

  • Titre traduit

    Conventional pressing and High Velocity compaction (HVC) of ceramic powders : influence of forming process on sintering


  • Résumé

    The properties enhancement of ceramic compacts can be reached with a better understanding of phenomena that occur during compression and sintering. Ceramic compacts are classically formed by quasi-static uniaxial pressing (conventional pressing) in steel or carbide die. But an impact forming method, High Velocity Compaction (HVC), used for elaboration of ceramic tablets brings different results in term of microstructural properties. The aim of our study is to identify the origin of observed microstructural differences between these two processes. Formulated alumina powders have been tested to identify the more influent parameters on microstructural and microstructural properties of green ceramic tablets formed by HVC or conventional pressing. The powder fineness, the nature and the amount of organic phases are identified as influent parameters on tablets properties ; but a greater compression velocity brings significant enhancements to compacts in term of density and reduced pore size. Moreover, a phenomenological study of compaction allows estimating the intensity of fragmentation, plastic strain and porosity elimination velocity phenomena. Plastic deformation and porosity elimination velocity of spray-dried particles is enhanced with HVC. The elaboration of ceramic items with a complex form has allowed a more detailed study of granular moving. Despite of a very short compression time (3 ms), there are not only vertical movements of grains, some lateral movements also occur ; and wall-friction phenomena must be taken in account in items periphery. Tablets elaborated with each forming process are then sintered. The aim is to observe how the initial microstructure of a compact can influence on items sintering behaviour and on their quality in term of density homogeneity and grains size, with consideration of various geometry (form and dimension). It is shown that a more important presence of small size pore is originally of a better densification and a finer microstructure. Sintering results are then linked to the forming process type and reveal positive aspect of HVC on sintered items quality.

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Informations

  • Détails : 1 volume (202 pages)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie pages 165-169

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 620.192 SOU
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