Elaboration et caracterisation d'une nanoceramique a usage optique

Abstract

Le présent travail a pour but d’élaborer par frittage flash SPS (Spark Plasma Sintering) des céramiques transparentes à base de nano-poudres d’alumine et de spinelle, frittées à différentes températures. Le traitement thermique a été effectué à différentes températures sous une pression de 73 MPa. Le cycle thermique a été réalisé comme suit: la vitesse de chauffe est de 100 °C/min jusqu’à 800 °C puis 10 °C/min jusqu’à 1100 °C et 1 °C/min jusqu’à la température finale de frittage (entre 1200°C et 1400°C). Les échantillons obtenus ont été polis avec une machine automatisée. Le polissage passe par plusieurs étapes durant lesquelles, nous avons diminué progressivement la taille des grains abrasifs (40 µm, 20 µm, 6 µm, 3 µm, 1 µm, 0.25 µm). Pour optimiser la température de frittage, nous avons combiné entre les propriétés optiques et mécaniques des pastilles élaborées. Selon les conditions d’élaboration (nature des nano-poudres, les paramètres technologiques du frittage), une étude microstructurale a été menée en utilisant un MEB (microscope électronique à balayage). L’analyse des spectres de diffraction des rayons X, nous a permis d’identifier la phase présente. Avec le microscope à force atomique (AFM), nous avons pu suivre les états de surface et la taille des grains selon les paramètres des différentes étapes de la fabrication. Avec des méthodes non destructives, nous avons étudié la transmission optique, le gap optique, l’absorption et la diffusion optique. La technique d’indentation Vickers instrumentée nous a permis de suivre l’évolution de la dureté Hv, de la ténacité KIC et du module d’élasticité E. Aussi, à l’aide d’un tribomètre, nous avons étudié le comportement tribologique en fonction de la température de frittage. A travers cette étude, nous avons réussi à optimiser les conditions de fabrication des pastilles transparentes pour les deux céramiques (alumine alpha et spinelle) qui présentent à la fois les meilleures propriétés optiques et mécaniques.