Frittage conventionnel et par induction de composites à base d'argent pour les disjoncteurs de puissance

par Edouard Biguereau

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Sous la direction de Didier Bouvard et de Jean-Marc Chaix.

Le président du jury était Yannick Champion.

Le jury était composé de Didier Bouvard, Jean-Marc Chaix, Sophie Roure.

Les rapporteurs étaient Frédéric Bernard, Guy Dirras.


  • Résumé

    L’amélioration des procédés de fabrication de matériaux de contacts électriques à base d’argent nécessite de mieux comprendre et maîtriser les mécanismes mis en jeu lors du frittage. Ce travail a pour objectif d’identifier et d’expliquer l’influence des paramètres d’élaboration des composites Ag-C-Ni et Ag-WC sur les mécanismes de frittage et les propriétés finales dans le cas d’un frittage conventionnel et par induction.La démarche expérimentale adoptée a consisté à réaliser en parallèle des essais de frittage conventionnel dans un dilatomètre permettant le suivi en continu de la déformation et dans un dispositif de chauffage par induction permettant d’obtenir des vitesses de chauffage élevées. Un intérêt particulier a d’abord été porté à l’influence de la poudre d’argent (morphologie et taux d’impuretés) afin d’identifier les mécanismes de densification de l’argent pur, avant d’étudier l’influence des poudres de renfort (nature, teneur et taille) sur le frittage des composites.L’analyse des résultats de ces essais de frittage a permis de montrer que des phénomènes de gonflement et de densification sont en compétition lors du chauffage. Nous avons déterminé, d’une part, que le gonflement pendant le frittage est le résultat d’un fluage local sous l’effet de la pression à l’intérieur de la porosité fermée, d’autre part, que celui-ci est influencé par la présence et la nature des renforts qui modifient la morphologie et la répartition de la porosité. Quant à la densification elle est induite par les mécanismes classiques de frittage.Enfin nous avons montré que le chauffage rapide par induction, en ne laissant pas assez de temps aux mécanismes de diffusion à longue distance, permet de favoriser les mécanismes de diffusion à courte distance comme la soudure des particules au détriment des mécanismes de densification liés à une diffusion à longue distance. Dans le cas de l’argent et des composites Ag-C-Ni, le frittage par induction permet donc d’atteindre une bonne consolidation avec un gonflement moindre qu’en frittage conventionnel, et d’obtenir ainsi de meilleures propriétés.

  • Titre traduit

    Conventional and induction sintering of silver base composites for circuit breakers


  • Résumé

    Improving the manufacturing of the silver-based electrical contacts requires a better understanding and control of specific mechanisms involved during sintering. This work aims at identifying and explaining the effect of composition and process parameters on sintering mechanisms and final properties of Ag-C-Ni and Ag-WC composites in conventional and induction sintering.Sintering experiments have been carried out in a conventional way in a dilatometer allowing for a continuous monitoring of deformation and in an induction heating device allowing for high heating rates. In a first step, we focused on silver powder parameters (morphology and impurity content) to identify the densification mechanisms involved during pure silver sintering. We then studied the effect of reinforcement powders (nature, amount and size) on the sintering of composites.The results of these experiments showed that swelling and densification phenomena are competing during heating. We have determined, on one hand, that the swelling observed during heating originates from the local creep induced by the pressure inside the closed porosity and, on the other hand, that this swelling is influenced by the presence and the nature of the reinforcements, which modify the morphology and distribution of pores. Meanwhile densification is induced by classical sintering mechanisms.Finally we have shown that fast induction heating does not allow enough time for long-distance diffusion mechanisms and thus favors short-distance diffusion mechanisms, in particular interparticle bonding, in comparison with densification and swelling mechanisms, which are associated to long-distance diffusion. In the case of pure silver and Ag-C-Ni composites, induction sintering therefore enables good consolidation with less swelling than conventional sintering, resulting in better final properties.

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