Densification de matériaux pulvérulents par un procédé innovant de frittage flash DCRS (Dynamic Compaction Resistance Sintering)

par Philippe Acquier

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Alexis Rusinek et de Thierry Grosdidier.

Le président du jury était Jean-Marc Chaix.

Le jury était composé de Élodie Barraud, Yannick Champion, Sébastien Lemonnier.

Les rapporteurs étaient Guy Dirras, Dirk Mohr.


  • Résumé

    Le contexte de ces travaux de thèse est la nécessité de développer des procédés innovants pour produire des matériaux nouveaux ou aux propriétés améliorées. Une des solutions envisagées est l'élaboration de matériaux denses nanostructurés. L'objectif a été de concevoir et développer un dispositif de mise en forme de matériaux pulvérulents par frittage FLASH, couplé à la possibilité de réaliser une compaction dynamique, en vue d'obtenir des matériaux aux microstructures originales. Dans un premier temps, le développement et la conception du dispositif ont été réalisés. La suite de l'étude a eu pour objectif l'analyse et la compréhension du fonctionnement du dispositif à travers une analyse mécanique et une étude des matériaux. L'étude mécanique a permis de déterminer la manière dont se propagent les ondes dans ce nouveau dispositif. L'objectif a été la mise en place d'une méthode de correction de propagation des ondes dans le dispositif DCRS, qui pourrait permettre d'estimer l'énergie stockée dans le matériau due à la déformation à partir de l'obtention des courbes contrainte-déformation. L'insertion des éléments en graphite permettant de réaliser le frittage des matériaux pulvérulents provoque en effet une discontinuité mécanique avec les barres métalliques, perturbant la propagation des ondes élastiques. L'étude de l'effet du graphite est déterminée par une étude numérique, et confirmée par les résultats expérimentaux. Une méthode corrective a été mise en place afin de corriger l'effet du graphite sur la propagation des ondes élastiques. L'étude matériaux a permis d'étudier les effets de la compaction dynamique sur les propriétés physiques de différents matériaux mise en forme avec le dispositif DCRS. Une première étape a été la détermination des mécanismes de durcissement d'un cuivre Oxide dispersion Strengthened (ODS) mise en forme avec le dispositif DCRS. L'objectif était d'estimer l'énergie stockée dans le matériau lors de la compaction dynamique pour une température de frittage donnée. Après la caractérisation du cuivre ODS réalisée et les paramètres de mise en forme du cuivre ODS définis, l'analyse des mécanismes de durcissement a permis d'identifier les perspectives pour l'optimisation de la mise en forme de tels matériaux. Une seconde étape a abordé les relations entre microstructures et propriétés physiques dans un nickel pur via les variations de vitesses d'impact et de température auxquelles est effectuée la compaction dynamique lors d'un cycle thermique défini. Les phénomènes physiques de réorganisation microstructurale intervenant lors de la compaction dynamique comme la recristallisation dynamique et le stockage de l'énergie ont ainsi été mis en évidence

  • Titre traduit

    Development of a new FAST powder material consolidation process, the DCRS (Dynamic Compaction Resistance Sintering)


  • Résumé

    This works investigates a new process development in order to consolidate materials with original microstructures thus improved properties. The technological approach was to use powder metallurgy processes and combine FAST sintering with dynamic compaction. In parallel to elastic wave propagation study into the system, a systematic parametric study on the influence of the processing parameters on the material properties was made


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