Etude du frittage micro-ondes de la zircone et des composites alumine/zircone : Rôle de la composition et de l’architecture des matériaux

Microwave sintering of zirconia and alumina/zirconia composites : Role of the composition and the architecture of materials

• Auteur / Autrice : Nouhaila Khalile
• Direction : François Valdivieso
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et genie des materiaux
• Date : Soutenance le 17/03/2023
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Georges Friedel / LGF-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Heintz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Heintz, Sylvain Marinel, Helen Reveron, Paola Palmero, Clémence Petit, Christophe Meunier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Marinel, Helen Reveron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypage rapide

Micro-ondes

Frittage (métallurgie)

Zircone

Mots clés libres

Frittage

Micro-ondes

Zircone

Composites

Alumine

Dopage

Fabrication additive

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Résumé

Le frittage micro-ondes est une technique de densification rapide qui permet le chauffage des matériaux par absorption de l’onde électromagnétique puis sa conversion en chaleur. Cette technique dépend des propriétés diélectriques, électriques et magnétiques des matériaux. Pour la zircone et les composites alumine/zircone, ces propriétés varient avec le dopage de la zircone et la teneur en zircone dans les composites.Cette thèse traite du frittage micro-ondes de la zircone et des composites, en s’intéressant aux éléments de la cellule de frittage, aux matériaux eux-mêmes et à leur architecture. Différentes cellules de frittage ont été testées sur l’alumine et la zircone. Les résultats montrent un effet suscepteur des éléments de la cellule de frittage. Puis, des essais de frittage micro-ondes, avec et sans suscepteur, ont été réalisés sur les composites alumine/zircone avec différentes teneurs en zircone et différents types de zircone. Sans suscepteur, l’effet du matériau est visible dans son comportement pendant le frittage (évolution des puissances micro-ondes et courbes de densification), en particulier selon que la zircone soit non dopée, yttriée ou cériée. Mais, ces différences ne se retrouvent pas dans les caractéristiques finales des matériaux frittés (densité, microstructure). Enfin, l’influence de l’architecture des pièces a été étudiée en frittant en micro-ondes des échantillons de zircone yttriée mis en forme par Digital Light Processing. Des pièces pleines et structurées ont été densifiées avec des microstructures fines. Des différences de comportement entre ces pièces ont été détectées sur les courbes d’évolution des puissances durant le frittage micro-ondes.

Microwave sintering is a rapid densification technique that allows the heating of materials by absorbing the electromagnetic wave and then converting it into heat. This technique depends on the dielectric, electrical and magnetic properties of the materials. For zirconia and alumina/zirconia composites, these properties vary with zirconia doping and zirconia content in composites. In this thesis, the microwave sintering of zirconia and alumina/zirconia composites was studied, focusing on the effect of the sintering cell, the materials themselves and their architecture. Different sintering cells were tested on alumina and zirconia. The results confirm a susceptor effect of the sintering cell elements. Then, microwave sintering with and without susceptor were carried out on alumina/zirconia composites with different content and types of zirconia. The effect of the material is more visible in its behavior during sintering without susceptor (evolution of microwave powers and densification curves). This effect depends on whether the zirconia is not doped, doped with yttria or with ceria. However, these differences are not visible in the final characteristics of sintered materials (density, microstructure). Finally, the influence of the architecture of samples was studied by studying the microwave sintering of yttria-doped zirconia shaped by Digital Light Processing. Solid and structured parts were successfully densified with fine microstructures. Differences in behaviour between these parts were observed on the power curves during microwave sintering.