Élaboration de matériaux céramiques cellulaires pour la réalisation de filtres à particules fines ou de substituts osseux

par Mariangela Lombardi

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Jérôme Chevalier et de Laura Montanaro.

Soutenue en 2009

à Lyon, INSA en cotutelle avec Politecnico di Torino , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science - UMR 5510 (Rhône) (laboratoire) et de Politecnico di Torino (laboratoire) .

mots clés

• Matériaux céramiques
• Matériaux poreux
• Procédés de fabrication
• Substituts osseux

Résumé

L’objet de cette thèse est la mise au point d’une méthode pour l’élaboration de matériaux céramiques poreux et leur caractérisation mécanique. Les matériaux poreux ont été préparés en vue d’applications à température ambiante (en particulier, pour la filtration des particules en suspension dans l’atmosphère suite aux émissions des véhicules et des installations de chauffage) et biomédicales (comme substituts osseux). Le procédé mis au point dans cette thèse est une combinaison entre la technique basée sur l’utilisation d’agents porogènes et le gelcasting. En particulier, la méthode décrite dans cette thèse se base sur la gélification d’une gélatine naturelle. Des billes de polyéthylène sont ajoutées à la barbotine pour la création des pores dans le matériau céramique après frittage. Une poudre d’alumine alpha a été utilisée pour la mise au point de cette méthode, pour évaluer l’influence du taux de particules organiques sur le comportement mécanique des matériaux poreux. Enfin, en vue de l’application biomédicale de ces matériaux, une poudre d’hydroxyapatite a aussi été utilisée sans, et avec, les sphères de polyéthylène pour préparer des échantillons poreux à 60 % en volume.

Titre traduit

= Elaboration of cellular ceramics for filtration and biomedical applications

Résumé

This PhD thesis was mainly devoted to the set up of a new forming method, a combination of the sacrificial template technique and gelcasting, for the production of porous ceramic components for both environmental and biomedical applications. The innovative method is based on the gelation of a natural gelatine for food industry and polyethylene spheres were added to the ceramic slurry as sacrificial second phase. Before sintering the ceramic structure, the pore formers must be burnt out, yielding sphericallyshaped pores. The set up of the forming method was carried out on alpha-alumina-based materials, investigating the influence of many process parameters. Moreover, the role of the pore volume percentage and of the pore size on the mechanical response was investigated. Finally, in view of the potential biomedical application of these porous components, the new forming method was applied to produce dense and 60 vol% HAp porous components