Elaboration par frittage réactif de céramiques monolithiques et composites à base de grenat d'yttrium et d'aluminium : Etude des relations entre microstructures et propriétés optiques

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Céramiques transparentes, Cinétiques de densification, Nd:YAG

Mots-clés

Matériaux céramiques,

Grenats,

Yttrium,

Matériaux -- Propriétés mécaniques,

Aluminium -- Alliages,

Matériaux -- Propriétés optiques,

Kerr, Effet

Ce travail porte sur l’élaboration de céramiques transparentes composites à base de grenats d’yttrium et d’aluminium (Nd:YAG) avec différents ratios stœchiométriques (Nd+Y)/Al compris entre 0,40 et 0,70, autour du ratio correspondant à la composition stœchiométrique du Nd:YAG ((Nd+Y)/Al = 0,6000) par frittage-réaction sous vide. La mise en forme a été effectué par coulage sous pression de suspensions stables et homogènes de mélanges Al2O3-Y2O3-Nd2O3. L’étude des propriétés microstructurales, thermiques et optiques de ces céramiques a permis de mettre en évidence l’influence du ratio (Nd+Y)/Al sur les cinétiques de formation de la phase grenat et de densification du matériau ainsi que sur leurs propriétés optiques. Ainsi, il apparaît que pour des céramiques avec un ratio supérieur à 0,6000, correspondant à un matériau enrichi en yttrium, les cinétiques précédemment évoquées sont diminuées mais les propriétés de transparence et lasers apparaissent moins dégradées, contrairement au cas de céramiques enrichies en aluminium ((Nd+Y)/Al < 0,6000). De plus, l’étude de mélanges pulvérulents Nd:YAP-Al2O3 a permis de mettre en évidence un mécanisme de formation de la phase Nd:YAG suggérant l’existence d’une réaction solide-gaz avec évaporation-condensation de la phase réactive aluminée. Enfin, la faisabilité de céramiques de Nd:YAG à haut taux de dopage (4 % at.) a permis de montrer l’intérêt de ces matériaux dans la génération de propriétés optiques non linéaires du troisième ordre, particulièrement le phénomène d’autofocalisation de faisceaux lumineux par effet Kerr.