Etude et comprehension des reactions auto-entretenues activees mecaniquement. Elaboration du compose feal nanostructure

par Frederic Charlot

Thèse de doctorat en Sciences et techniques. Chimie

Sous la direction de Eric Gaffet.

Soutenue en 1999

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Nanostructures
• Métaux -- Traitement thermochimique

Résumé

L'objectif a ete d'obtenir a partir d'un procede de synthese non conventionnel mashs un materiau nanostructure et dense. Ce procede, applique a la synthese du compose feal, repose sur deux etapes : l'activation mecanique (ma) qui est un pre-broyage energetique de courte duree conduisant a des poudres precurseurs nanostructurees et la synthese des composes par une reaction shs (self-propagating high-temperature synthesis). Une premiere partie du travail a ete d'etudier l'influence des differents parametres controlant ce procede mashs et une seconde partie fut de comprendre les chemins reactionnels a partir d'un dispositif original autorisant le suivi in-situ et en temps reel en utilisant la diffraction des rayons x (rayonnement synchrotron) couplee a une thermographie infrarouge. Il a ete mis en evidence plusieurs modes d'activation mecanique, le mode de friction et le mode choc direct grace au controle des conditions de broyage appliquees. Il a ete clairement demontre que l'utilisation de poudres activees mecaniquement (friction ou mode direct) entraine une diminution de la temperature d'amorcage d'au moins 100\c de la reaction de combustion ainsi qu'une vitesse de front de propagation multipliee par 4 ou 5. Un des faits importants est l'obtention d'echantillons chimiquement homogenes. Les etudes in-situ en temps reel ont mis en valeur deux phenomenes, le premier est l'existence d'une phase liquide qui implique que la reaction est de type solide-liquide, le second est l'observation d'une phase transitoire, la forme allotropique gamma du fer. Bien que le procede mashs permette d'obtenir en une seule etape la phase desiree nanostructuree, un des points faibles est la densification. Un procede experimental a ete developpe, en collaboration avec z. A. Munir, permettant de synthetiser, de densifier et d'obtenir une nanostructure en une seule etape. Ces resultats permettent d'aller vers la comprehension de la granulo-dependance des proprietes mecaniques.

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