Étude de la stabilité de dispersions colloïdales de zircone yttriée pour la fabrication de céramiques à grains fins

par Marie-Laure Rami

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Martine Meireles.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est d'apporter, aux procédés céramiques, une meilleure compréhension de la stabilité colloïdale de dispersions aqueuses de particules commerciales de zircone yttriée (TZ3Y). Des modèles classiques (DLVO) suffisent à décrire la stabilité malgré des forces attractives élevée (constante Hamaker de 17kT). D'après les propriétés granulométriques, rhéologiques et structurales (SAXS), nous mettons en évidence que la transition d'un état liquide à un état gel viscoélastique, après un stress osmotique, est surtout liée à la polydispersité et à la stabilité de fines particules de 20nm. Les interactions jouent un rôle puisque cette transition apparaît à une fraction arphi=0. 2 avec des répulsions ioniques et avec arphi=0. 3 en créant une barrière stérique avec l'acide citrique. L'empilement dans les gels reste dense sans hétérogénéités. Enfin, l'addition de nanoparticules (10nm) de zircone et silice est explorée mais tend vers une stabilisation ou une flocculation.

  • Titre traduit

    Study of colloidal dispersions stability of zirconia particles for the ceramics engineering


  • Résumé

    The aim was to develop a comprehensive approach for the stabilization of aqueous dispersions used in ceramics applications : i. E, particles should be dispersed then concentrated without premature aggregation. This is a key point to improve final materials properties such as density or processing parameters such as sintering temperature. We used zirconia particles (Tosoh TZ3Y) with a broad distribution of diameters (mean diameter 70 nm, width of the distribution 15 nm), dispersed at pH3. Aggregation thresholds were determined through turbidity and small angle scattering (SAXS) experiments (solid fractions below 10%). Then for dispersions with a good stability, osmotic compression was carried out to investigate the volume fraction at which liquid-gel transition takes place. Samples at different stages of the compression were also characterized by rheological measurements and SAXS. For dispersions prepared in acetic acid, we observed that the particles aggregates at a low volume fraction arphi=0. 2 despite a positive surface charge (zeta =+80mV). This surprising behavior may originate from the presence of a fraction of fines particles (diameters < 20nm) for which the ionic repulsions didn’t prevent the aggregation caused by the large attractive Van der Waals forces. For systems in which an extra steric barrier is provided by adsorption of opposite charged molecules (citrate, pH5-7) or particles (silica with a diameter 10 nm), a protective effect against aggregation is evidenced and gel with a solid volume fraction as high as 40% can be produced without premature aggregation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (243 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 TOU3 0324
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