Elaboration de céramiques transparentes par SPS sous haute pression et sans contamination au carbone

Abstract

L'objectif est de produire des céramiques polycristallines transparentes présentant des propriétés optiques exceptionnelles ainsi qu'une amélioration des propriétés mécaniques.Ces céramiques sont fabriquées par frittage Spark Plasma Sintering (SPS), une méthode efficace permettant d'obtenir rapidement des matériaux polycristallins transparents et complètement denses avec des nano-grains, à des températures relativement basses. Afin de réaliser ce travail, une céramique polycristalline à base de spinelle d'aluminate de magnésium (MgAl2O4) a été frittée par SPS à partir de nanopoudres de spinelle commercial à différentes températures (1300, 1350 et 1400 °C) et sous une pression de 73 MPa. Les échantillons frittés ont été minutieusement analysés pour évaluer leurs propriétés microstructurales, optiques et mécaniques. Cette étude a employé différentes techniques telles que le MEB, l’AFM, la spectrophotométrie avec une sphère d'intégration, la dureté Vickers, le tribomètre Pin-on-Disk,ainsi que des tests de résistance aux rayures et de résistance au sablage. Les résultats indiquent l'impact significatif de la température de frittage sur les propriétés des échantillons de spinelle. En particulier, les spinelles fabriqués à basse température de frittage à utiliser de la poudre S25 CRX 12 présentent les meilleures valeurs de transmission (RIT =83 % à 550 nm). Ce résultat positif peut être expliqué par la haute pureté de cette poudre, notamment en ce qui concerne la concentration en soufre. De plus, ces échantillons présentent des propriétés mécaniques exceptionnelles, notamment la dureté Vickers (Hv ≈ 17,5 GPa), la ténacité à la rupture (KIC ≈ 1,3 MPa √ m) et le module d'élasticité (E ≈ 279 GPa). De même, l'étude tribologique a révélé que les spinelles frittés à basse température présentent des granulométries fines, une dureté élevée et une grande résistance à l'usure. De plus, les expériences de sablage et de rayure ont confirmé l'impact important de la température de frittage sur les caractéristiques mécaniques des spinelles produites.