Influence de la formulation sur les propriétés physico-chimiques et la cristallisation de verres d'aluminosilicates

par Jean-Patrick Cochard

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des Matériaux

Sous la direction de Pascal Richet.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Cette thèse a étudié la dépendance de la cristallisation à fort degré de surfusion et le frittage de verres peralcalins du système SiO2-Al2O3-FeO-CaO-MgO-Na2O-K2O vis-à-vis de la nature et de la concentration en alcalins (Na/K) et alcalino-terreux (Ca/Mg) ainsi que de l’ajout d’éléments nucléants (Cr, Ti, Zr). Pour la majorité des compositions, la cristallisation est surfacique et la première phase à cristalliser est une néphéline. Les analyses par NanoSIMS et DRX montrent que ces cristaux s’enrichissent en potassium au cours de la montée en température, le plus faible taux de cet ion aux plus basses températures étant dû à sa stabilisation dans la phase liquide par son rôle de compensateur de charge de Al3+ en coordinence tétraédrique. Pour cette même raison, Des teneurs plus élevées en K2O verre initial ont pour effet de diminuer la cinétique de cristallisation. Le frittage dépend principalement de la viscosité des liquides mais aussi de leurs cinétiques de cristallisation et de leurs tensions de surface, si bien qu’il présente des effets alcalin (Na/K) et alcalino-terreux (Ca/Mg) mixtes. L’ajout de ZrO2+TiO2 = 4 mol% provoque la cristallisation volumique d’un oxyde mixte (Mg, Zr, Ti) de taille nanométrique (40nm) à basse température. Cette cristallisation précoce provoque une forte augmentation de la viscosité de l’échantillon si bien que son frittage est grandement décalé vers les hautes températures. Sans tenir compte des autres facteurs pertinents industriellement, il serait ainsi bénéfique d’augmenter fortement les concentrations en MgO, K2O et ZrO2+TiO2 afin d’optimiser la stabilité à haute température de laines de verre dans ce domaine de composition

  • Titre traduit

    Influence of chemical formulation on the physicochemical properties and crystallization of aluminosilicate gasses


  • Résumé

    During this thesis we studied the dependence of the crystallization at high degree of supercooling and the sintering of peralcaline melts of the system SiO2-Al2O3-FeO-CaO-MgO-Na2O-K2O on the nature and concentration of alkalis (Na and K) and alkaline earths (Ca and Mg), and also on the addition of nucleating agents (Cr, Ti, Zr). For most compositions, crystallization takes place at the surface and the first phase to precipitate is a nepheline. NanoSIMS and DRX analyses demonstrate that these crystals get enriched in potassium upon heating, the low of this ion at the lowest temperature is due to its stabilization in the residual liquid as it acts as a charge compensator of Al3+ in tetrahedral coordination. For this reason, upper K2O contents of the initial glass composition lead to a decrease of the kinetics of crystallization. Sintering mainly depends on liquid viscosity but also on the kinetic of crystallization and surface tension, so that it presents mixed alkali (Na/K) and mixed alkaline earth (Ca/Mg) effects. The addition of ZrO2+TiO2 = 4 mol% leads to volume crystallization of a nanometric (40 nm) mixed oxide (containing Mg, Zr, Ti) at low temperature. This early crystallization contributes to increase strongly the viscosity of sample and thus, to shift sintering to higher temperatures. Disregarding other relevant industrial parameters, it would be beneficial to increase highly the MgO, K2O and ZrO2+TiO2 concentrations in order to optimize the high-temperature stability of glass wool or this range of composition

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Informations

  • Détails : 1 vol. (307 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 293-307. 256 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2012 689
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