Influence des transformations de phase de la zircone sur le comportement thermomécanique de réfractaires à très haute teneur en zircone

par Fanny Gouraud

Thèse de doctorat en Matériaux Céramiques et Traitement de Surface

Sous la direction de Thierry Chotard, Marc Huger et de Guy Antou.

Le président du jury était Michel Boussuge.

Le jury était composé de Isabelle Cabodi, Nathalie Gey.

Les rapporteurs étaient Christian Olagnon, Eric Blond.


  • Résumé

    Ces travaux de thèse, réalisés dans le cadre du programme de recherche ASZTech, portent sur l’étude de deux réfractaires électrofondus : un matériau Alumine-Zircone-Silice (AZS) et un produit à Très Haute Teneur en Zircone (THTZ), destinés à l’industrie verrière. La zircone étant non stabilisée, ces réfractaires subissent donc, lors de l’étape de recuisson (refroidissement), la transformation quadratique (Q) à monoclinique (M) de la zircone qui, de par sa forte expansion volumique, est une source d’endommagement. L’objectif de cette étude a consisté à caractériser, au cours de traitements thermiques représentatifs, le comportement thermomécanique de ces matériaux et à établir des corrélations avec les évolutions microstructurales rencontrées. En étudiant leurs comportements sous sollicitations thermiques par des techniques acoustiques, l’impact de la transformation Q-M de la zircone sur le développement de l’endommagement a été mis en évidence. En s’intéressant particulièrement au comportement mécanique au passage de cette transformation, la présence d’un phénomène de plasticité de transformation (TRIP) a été confirmée. Outre le phénomène de TRIP qui participe à la relaxation des contraintes au passage de la transformation de phase, un phénomène d’endommagement diffus, offrant également une capacité d’accommodation, a été identifié pour le matériau THTZ. Au final, ces données ont permis d’améliorer le modèle de simulation numérique décrivant l’étape de recuisson de blocs industriels. En outre, la robustesse de ce modèle pourra maintenant être validée par confrontation à des mesures expérimentales de contraintes résiduelles réalisées au cours de cette étude.

  • Titre traduit

    Influence of zirconia phase transitions on the thermo-mechanical behavior of high zirconia refractories


  • Résumé

    This thesis, carried out under the research program ASZTech, focuses on the study of two fused cast refractories: an Alumina-Zirconia-Silica (AZS) product and a product with very High content of Zirconia (HZ), used in glass industry. These refractories containing non-stabilized zirconia are therefore subjected, during the annealing step (cooling), to the tetragonal (T) to the monoclinic (M) phase transition of zirconia associated with a very high volumetric expansion which is a source of stresses. This study aims at characterizing, during representative thermal treatments, the thermo-mechanical behavior of these materials, in correlation with the detected microstructural evolutions. Thanks to the analysis of their behavior under thermal stresses by acoustic techniques, the effect of the T-M transition of zirconia on the development of damage has been highlighted. In particular, the occurrence of a TRansformation Induced Plasticity (TRIP) phenomenon during the zirconia phase transition has been identified and characterized thanks to cooling tests under mechanical stress. In addition to this TRIP phenomenon which allows to relax the mechanical stresses induced during the phase transition, a diffuse damage phenomenon has been also identified for HZ product. Eventually, these data have led to an improvement of the numerical model which simulates the annealing step of industrial blocks. Moreover, the reliability of this model will be now checked by comparison to experimental measurements of residual stresses performed during this study.


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