Développement et caractérisation de céramiques spinelles transparentes ZnGa2O4

Discipline

Matériaux céramiques et traitement de surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Céramique transparente, ZnGa2O4, Dopage

Mots-clés

Matériaux céramiques,

Spark plasma sintering (métallurgie),

Luminescence

Depuis quelques années, les céramiques transparentes sont largement étudiées pour leurs propriétés optiques et mécaniques et leurs applications dans les domaines de la photonique (laser de puissance, …) ou militaire (radôme, fenêtre, …). Par rapport aux monocristaux dont elles reproduisent les caractéristiques techniques, leur synthèse est facilitée, plus rapide et moins onéreuse. Aujourd’hui, elles sont le plus souvent synthétisées par des méthodes de frittage sous charge (Spark Plasma Sintering, Hot Isostatic Pressing ou Hot Pressing). Il s’agit par exemple d’Al2O3, de YAG ou encore de MgAl2O4. Ce dernier cristallise sous forme de spinelle cubique et sa composition permet notamment l’obtention d’une fenêtre de transmission large (de 0,25 à 9 μm). D’autres espèces de même structure cristalline, telles que ZnAl2O4, sont également étudiées dans la littérature. Au cours de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la synthèse de nouvelles céramiques transparentes ZnGa2O4 par Spark Plasma Sintering. Plusieurs voies de synthèse ont été étudiés, notamment en modifiant la poudre initialement introduite dans la matrice graphite. Le frittage « pseudo-réactif » d’un mélange ZnO-Ga2O3, la densification d’une phase mère ZnGa2O4 ainsi que la consolidation de cristaux nanométriques ZnGa2O4 obtenus par lixiviation d’une vitrocéramique ont permis d’obtenir ces céramiques transparentes par SPS. La faisabilité de ces différentes synthèses a donc été montrée. Des céramiques Cr3+:ZnGa2O4 et Ni2+:ZnGa2O4 ont également pu être obtenues par frittage « pseudo-réactif » et leurs propriétés optiques ont été étudiées.