Etude de la résistance au choc thermique d’un matériau fragile : cas d’une céramique type alumine

Abstract

Notre travail de thèse a fait l'objet d'une étude expérimentale effectuée au sein du Groupe d’Etude des Matériaux Céramique au laboratoire MATEIS (INSA Lyon) pendant un stage de 18 mois. Dans le premier chapitre, on a évoqué la résistance aux chocs thermiques à travers l’analyse de différentes approches fondamentaux gouvernant ce phénomène. L’approche thermo- élastique abordée par KINGERY qui suppose que le solide non pré-fissuré, l’analyse énergétique qui est abordée par HASSELMAN qui suppose que le matériau est déjà fissuré et l’approche locale qui se base sur la solution de l’équation de la diffusion de la chaleur et qui considère que le phénomène est transitoire. Vu la dépendance des propriétés thermo- élastiques de la température, le recours aux outils informatiques est inévitable. Les facteurs influençant la résistance aux chocs thermiques (l’effet de la taille de grains, porosités, dimension de l’éprouvette) ont été également présentés. Dans le deuxième chapitre on a présenté les différentes techniques d’élaboration de céramique notamment la céramique de type alumine (Al2O3). Les différentes étapes (préparation des poudres, mise en forme, frittage et étape de contrôle), seront détaillées en précisant chaque fois son principe de base. Pour la mise en forme nous nous pencherons à la voie humide (coulage) et la voie sèche qui sont destinés respectivement au frittage naturel et frittage SPS appelé ‘ ‘Spark Plasma Sintering ’. Le troisième chapitre est consacré à l’élaboration des échantillons par différentes méthodes. Les deux voies, humide et sèche sont destinées respectivement au frittage naturel et au SPS.2 La dispersion de la barbotine est effectuée grâce une analyse granulométrie laser (Mastersizer 2000) après chaque 2 heures. Une procédure à été mise au point pour le séchage des pièces de grandes dimensions en contrôlant le pH au cours de temps. Une étude dilatométrique pour déterminer la température de frittage naturel à ensuite été réalisée. L’élaboration des échantillons par frittage Flash (SPS) a été effectuée en faisant varier les différents facteurs température, temps de palier et pression. Les faciès de rupture des échantillons préparés soit par frittage naturel ou SPS avec différentes conditions ont été examinés aux MEB. L-analyse des résultats expérimentaux obtenus on fait l'objet du quatrième chapitre. Des faciès de rupture des échantillons de différentes conditions ont été examinés au MEB. Des microstructures ont été prises est analysés. Nous mettons l’accent sur l’analyse de différentes caractéristiques (la ténacité, module de Young, porosité et l’évolution de la contrainte de rupture)