Allègement de céramiques pour les arts de la table : Influence de la porosité sur les caractéristiques mécaniques et thermiques

par Benjamin Verhaeghe

Thèse de doctorat en Sciences et technologie

Sous la direction de Christian Courtois.

Soutenue en 2010

à Valenciennes .


  • Résumé

    Dans cette étude, des céramiques poreuses sont réalisées et caractérisées mécaniquement et thermiquement. La matrice céramique est à base de silicoaluminate densifiée par frittage. La nature de la matière première céramique et le cycle de frittage sont uniques dans tout ce travail. La porosité est obtenue par addition à la pâte céramique de différents agents poreux organiques calibrés en tailles et formes. Le taux de porosité total est compris entre 8 et 30%. Plusieurs procédés de mise en forme sont testés et permettent de contrôler la qualité de la porosité. Une porosité hétérogène est obtenue par mélange des porogènes avec la poudre atomisée. La porosité résultante est essentiellement distribuée autour des agglomérats d'atomisation. Une porosité assez homogène est apportée par un procédé innovant: Un porogène particulier est introduit au sein de la barbotine avant atomisation, conduisant à une microstructure où la porosité introduite (10µm) est localisée dans le granulat, tandis qu'une faible quantité de porosité subsiste entre eux. Les propriétés mécaniques (compression, flexion, ténacité) et thermiques (diffusivité thermique) sont déterminées puis analysées relativement aux qualités des phases poreuses réalisées. Parallèlement, différentes modélisations par éléments finis sont développées pour décrire l’impact des porosités sur les caractéristiques mécaniques et thermiques des pièces. Plusieurs porosités modèles sont choisies de façon à s’approcher au plus près des porosités expérimentalement réalisées. Les caractéristiques mécaniques et thermiques mesurées sont comparées aux résultats des modélisations.

  • Titre traduit

    Ceramics lightening for kitchenware : Porosity influence on mechanical and thermal characteristics


  • Résumé

    In this study, porous ceramics are developed and mechanically and thermally characterized. The ceramic matrix is based on a silicoaluminate material then after densified by sintering. The nature of the ceramic material and sintering cycle is unique through all this work. Porosity is obtained by adding to the ceramic paste various organic porous agents calibrated in sizes and shapes. Total porosity rate is between 8 and 30%. Several preparation routes are tested allowing the control of the porosity quality. Heterogeneous porosity is obtained by mixing spray dried siliocaluminate powder with pore-forming agent. The obtained porosities are mainly distributed around the spray dried agglomerates. A relatively homogeneous porosity is provided by an innovative process: A particular porogen agent is introduced within the slurry before spray-drying and leads to specific microstructure consisting in pores (10μm) localized inside the aggregates, while a small amount of porosity remains between them. The mechanical properties (compression, bending, toughness) and thermal properties (thermal diffusivity) are determined and analyzed in regards to porous phases qualities. Meanwhile, various finite element modeling are developed to describe the impact of porosity on the mechanical and thermal properties. Several models of porosity are chosen as close as the experimentally realized porosities. The experimental mechanical and thermal characteristics are compared with modeling results.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (205 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 190-205

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  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 900688 TH
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