Rôle de la localisation (inter ou intragranulaire) des impuretés sur le frittage de l'alumine alpha couplée ou non avec un gradient de température

Role of the localisation (inter or intragranular) of the impurities on the sintering of alpha alumina coupled or not with a gradient of temperature

• Auteur / Autrice : Naima Hilli
• Direction : Patrice Goeuriot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Granulométrie

Microstructure (physique)

Température

Frittage (métallurgie)

Alumine

Résumé

Depuis le début des années 1960, avec les travaux de Coble, le frittage de l’alumine a fait et continue à faire l’objet de très nombreux travaux de recherche et de développement avec des attentions toutes particulières sur le rôle des éléments de dopage sur les mécanismes de densification et d’évolution microstructurale de ce matériau céramique à la fois modèle et industriel. Leurs efficacités respectives ne se manifestent pas dans les mêmes stades de densification ; il est donc possible de penser que leurs actions soient complémentaires en cas d’un codopage. C’est dans ce contexte que se situe ce travail de recherche qui s’est donné pour objectif l’étude de l’influence de la présence d’impuretés dans les poudres d’alumine sur la densification et la microstructure des pièces frittées. Pour se faire, trois types d’impuretés ont été étudiés : les dopants, codopants et impuretés résiduelles provenant du processus d’élaboration de la poudre ou lors de la mise en œuvre (broyage). Il a été montré que le codopage conduit à un taux de densification toujours plus faible par rapport aux poudres d’alumines monodopées. En utilisant le modèle de la « Master Sintering Curve (MSC) », il a été montré que le chemin de diffusion choisi durant le stade intermédiaire évolue selon le type de dopant ou codopant présent dans la poudre initiale. Il a été montré également que la présence d’impuretés inter et/ou intragranulaires dans l’alumine est néfaste à la densification lors d’un frittage sous un gradient thermique. De plus, la combinaison d’un gradient thermique et les impuretés inter et intragranulaires conduit à un facettage des grains ce qui diminuera par conséquent la potentialité du frittage du système et permettra l’obtention de matériaux poreux avec des grains fins.

Since the beginning of the 1960’s Years, with the works of Coble, the sintering of alumina was and continues to be the subject of very many research tasks with a special attention on the role of the doping agents on the mechanisms of densification and the microstructural evolution of this model and industrial ceramic material. Their respective effectiveness does not appear in the same stages of densification; it is thus possible to think that their actions could be complementary in the case of a codoping. The objective of the present work is the study of the influence of the presence of impurities in the alumina powders on the densification and the microstructure of the sintered pieces. To be done, three types of impurities were studied: doping agents, codoping agents and residual impurities coming from the elaboration process of the powder or during the processing (crushing). It was shown that the codoping leads to a rate of densification always weaker compared to the monodoped alumina powders. By using the model of “Master Sintering Curve (MSC)”, it was shown that the way of diffusion chosen during the intermediate stage evolves according to the type of doping or codoping agent present in the initial powder. It was also shown that the presence of inter and/or intragranular impurities in alumina is harmful to the densification during a sintering under a heat gradient. Moreover, the combination of a heat gradient and the inter and intragranular impurities lead to a faceting of the grains which will decrease consequently the potentiality of the sintering of the system and will allow obtaining porous materials with fine grains.