Thèse soutenue

Effet de la microstructure sur la propagation des fissures dans l'alumine
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Auteur / Autrice : Ebrahimi Mohammad Ebrahim
Direction : Gilbert Fantozzi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des matériaux
Date : Soutenance en 2000
Etablissement(s) : Lyon, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA)

Résumé

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Le comportement à la fissuration de différentes alumines, présentant une large gamme de tailles de grains, est étudié à l'aide de la double torsion (DT) et d'essais de flexion sur éprouvettes entaillées (essais SENB). Une alumine de très haute pureté (> 99,99%) et une alumine présentant 500 ppm d'oxyde de magnésium ont été utilisées comme poudres de départ. Les matériaux ont été élaborés par pressage puis frittage à différentes températures, de 1550°C à 1850°C, afin d'obtenir des tailles de grains allant de 4 à 53 μm. Une transition du mode de rupture d'intergranulaire à transgranulaire apparaît au delà de 35 μm, accompagnée par une diminution importante de la résistance à propagation. Nous montrons ici que les longueurs de fissures calculées à partir de la complaisance sous-estiment de façon importante la vraie longueur de fissure, et ceci d'autant plus que la microstructure est grossière. Les ligaments non fissurés, responsables des mécanismes de pontage, et donc de l'effet de courbe R, sont en effet aussi la cause de l'erreur induite sur la complaisance. Des résultats obtenus sous différents environnements (air, eau, huile) permettent de montrer que la propagation lente des fissures dans l'alumine peut être décrite par un mécanisme de corrosion sous contrainte par les molécules d'eau. Les lois de propagation sont décrites en termes de vitesse de fissure en fonction du facteur d'intensité de contrainte. Les alumines présentant le maximum de courbe R (d=35 μm) présentent une loi V-K1 décalée vers les forts facteurs d'intensité de contraintes ; de plus, leur pente est plus importante. Grâce à la méthode de DT, il est possible de soustraire l'effet de renforcement dû à la microstructure aux courbes de propagation lente, afin de déterminer les lois de propagation intrinsèque. Toutes les alumines possèdent la même loi de propagation intrinsèque, identique à celle mesurée par ailleurs dans le saphir, avec une ténacité intrinsèque de l'ordre de 2,2 MPaѴm