Frittage sous charge pour l'obtention de céramiques structurales transparentes

Pressure assisted sintering for the obtention of transparent structural ceramics

• Auteur / Autrice : Gabriel Kerbart
• Direction : Sylvain Marinel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : François Valdivieso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Marinel, Catherine Elissalde, Isabelle Monot-Laffez, Charles Manière, Christelle Harnois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Elissalde, Isabelle Monot-Laffez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frittage (métallurgie)

Chauffage par microondes

Spinelles

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Spinelle MgAl2O4

Frittage micro-onde

Frittage sous charge

MgAl2O4 spine

Modelisation

Micro-wave sintering

Pressure assisted

Sintering

Résumé

Le spinelle MgAl2O4 est une céramique polycristalline transparente présentant de nombreux intérêts pour l’industrie et la recherche scientifique. La production de spinelle MgAl2O4 transparent requiert un procédé de frittage sous pression, ainsi le frittage micro-onde sous charge a été considéré. Cette méthode de frittage permet la densification de matériau par frittage-forgeage. Les échantillons produit par cette méthode sont donc libres de fluer radialement. Afin de garantir le bon comportement mécanique lors du frittage il est nécessaire de réaliser une étape de pré-frittage. Dans la perspective de produire des échantillons de spinelle MgAl2O4 transparent et aux propriétés mécaniques optimisés, cette étape de pré-frittage est une étape clé. Ainsi, dans un premier temps, les mécanismes de croissance granulaire seront étudiés afin d’en permettre la modélisation. Dans un second temps, nous étudierons les mécanismes de densification et l’impact de la croissance granulaire sur ces deniers afin d’établir un modèle prédictif complet du frittage du spinelle MgAl2O4. Le modèle ainsi établit permettra de déterminer un cycle de frittage optimisé pour l’obtention de céramique pré-fritté qui pourront ensuite être densifiés en frittage micro-onde sous charge. Enfin, l’optimisation de ce procédé pour l’obtention de spinelle MgAl2O4 sera développé.

MgAl2O4 spinel is an interesting transparent polycristalline ceramic for both industrials and scientific applications. Transparent MgAl2O4 spinel production requires a pressure assisted sintering technique, hence, pressure assisted microwave sintering has been considered. This sintering technology densifies samples by hot forging. Thus, samples produced by this method are allowed to creep. To guarantee a good mechanical behavior during sintering, a pre-sintering step is mandatory. In the prospects of producing transparent MgAl2O4 spinel with optimized mechanical properties, this pre-sintering step is a key step. Hence, we will study the grain growth mechanisms in order to establish a grain growth model. Then, we will study the densification mechanisms and the impact of grain growth on those, to produce a predictive model of sintering of MgAl2O4 spinel. With this model, an optimized sintering cycle for the production of pre-sintered spinel could be produced. Then, the pressure assisted microwave sintering technique will be optimized for the production of transparent MgAl2O4 spinel.