Traitement superficiel des matériaux céramiques frittes de type oxyde par faisceau laser

par Hacene Abeidia

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Michel Robin.

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

• Lasers à gaz
• Mullite
• Alumine
• Zircone -- Couches minces

Résumé

Dans le cadre des traitements de Surface par faisceau laser de forte puissance de type CO2, nous nous sommes intéressé à la fusion en surface des matériaux céramique frittés dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques. La réalisation d'un dispositif de chauffage auxiliaire permettant de porter la température des échantillons à traiter à plus de 1200°C, nous a permis de réaliser des couches fondues sans fissures sur trois types d'oxydes : alumine, zircone et mullite. L'étude micro-structurale des couches fondues à été réalisée à l'aide de différentes techniques de caractérisation : microscopie optique, microscopie électronique à balayage et diffraction X. Elle a révélé une microstructure essentiellement dendritique et fine. Les propriétés mécaniques qui résultent de cette microstructure s’avèrent intéressantes. La micro dureté est fortement améliorée par rapport au substrat dans le cas de l'alumine et la zircone. Elle dépend de l'affinement des grains et de la densification des zone fondues. La valeur apparente du module d'Young des trois types d'oxydes, évaluée par la méthode dynamique, a fortement baissé notamment dans le cas de l'alumine. La ténacité KIC des zones fondues semble chuter, sauf pour le cas de la zircone où on observe une nette augmentation. Pour terminer notre étude nous avons effectué des essais de flexion 3 points sur des échantillons d'alumine traités la contrainte à la rupture augmente lorsque la couche non fondue est mise en tension,dans le cas contraire on remarque une diminution due à l'état de surface.

Titre traduit

= Surface treatment of sintered ceramic materials type oxide with laser beam

Résumé

As part of surface treatments with high power of a CO2 laser beam, particularly we were interested to surface melting of sintered ceramic materials to improve mechanical properties. The auxiliary heating apparatus, that we have realized, allows increase to bring sample temperature over 1Z00°C. We have realized melted layers without. Cracks on three oxides alumina, zirconia and mullite. The microstructural, study of melted layers has been done with different technicals of characterization: optical microscopy S. E. M. And X-ray diffraction. This study shows that melted lasers have a dendritic and fine structure. The mechanical properties that result from this microstructure is proving interesting. In the case of alumina and zirconia, the melted layer is harder than the substrate. The hardness depend on grain refinement and the densifying of the melted zone. The apparent value of Young's modulus, measured by dynamic method, is decreasing strongly, particularly in the case of alumina. The fracture toughness KIC of the melted layers are decreased, except for the case of zirconia which shows a clear increase. In the end of this study, we have realized 3 point bending test on alumina treated samples. The fracture strength increases when the treated area is in the tensile state, but decreases in the opposite case.