Contribution à l’étude du comportement mécanique de composites céramiques renforcés par dispersion de zircone : alumine-zircone, mullite-zircone, zircone partiellement stabilisée

par Gilles Orange

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Gilbert Fantozzi.

Soutenue en 1992

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Zircone
• Alumine
• Céramiques
• Solides -- Mécanismes de renforcement

Résumé

Le comportement mécanique de composites céramiques à renfort zircone a été étudié en relation avec la microstructure de ces matériaux. Notre étude s'est intéressée à la fois à des matériaux contenant des particules dispersées (alumine-zircone, mullite-zircone) et à des matériaux constitués de grains ou précipités à l'état métastable (zircone partiellement stabilisée, zircone tétragonale). L'étude réalisée s'est appuyée d'une part sur l'analyse des modèles théoriques relatifs aux mécanismes de renforcement, d'autre part sur les résultats obtenus à partir d'un appareillage réalisé au laboratoire (mesure des caractéristiques mécaniques, en fonction de la température), ainsi que des caractérisations microstructurales. Les composites alumine-zircone ont fait l'objet d'une étude particulière, qui a été rendue possible par la maîtrise des conditions d'élaboration. Les principaux mécanismes de renforcement opérant dans les conditions d'essai étudiées (type de contrainte, température) ont pu être déterminés : (i) transformation de phase induite sous contrainte dans les matériaux type zircone tétragonale, (ii) mécanismes multiples (combinés) dans le système alumine-zircone : transformation de phase, micro fissuration, déviation de fissure. La dépendance du comportement mécanique des matériaux composites à dispersoïdes avec les caractéristiques de la phase dispersée est clairement mise en évidence.

Titre traduit

= Contribution to the mechanical behaviour of zirconia toughened ceramic composites : aluminazirconia, mullite-zirconia, partially stabilized zirconia

Résumé

The mechanical behaviour of zirconia toughened ceramic composites has been studied in relation to the microstructure of the materials. Our work is concerned with materials containing dispersed particles (alumina-zirconia, mullite-zirconia) as well as materials made of metastable grains or precipitates (yttried tetragonal zirconia, magnesia partially stabilized zirconia). An analysis of the different theoretical toughening models has been developed, and compared to experimental results obtained from specially designed apparatus (temperature dependence of the mechanicals characteristics) and microstructure characteristics. The alumina-zirconia composites have been specially studied, with the control of processing conditions. The main effective toughening mechanisms were experimentally determined : (i) stress-induced phase transformation in zirconia materials, (ii) multiple mechanisms (combined mechanisms) in alumina-zirconia : phase transformation, micro cracking, crack deflection. The mechanical behaviour of particulate composite materials dependence with the characteristics of the dispersed phase is clearly pointed out.