Formulation de systèmes mixtes alumine/kaolin : Application à l'élaboration de matériaux multicouches par co-pressage

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Matériaux multicouches alumineux, Co-Ressage

Mots-clés

Kaolinite,

Contraintes résiduelles,

Composites,

Mullite

Les architectures céramiques multicouches présentent généralement des propriétés mécaniques améliorées par rapport à leurs constituants monolithiques. Dans les matériaux à base d'alumine, l'ajout de kaolin peut avantageusement permettre de promouvoir i) la cristallisation de la mullite et ii) des contraintes résiduelles internes notamment par le contrôle du différentiel d'expansion thermique entre couches. À partir de poudres préparées par granulation cryogénique dont les formulations contiennent une quantité réduite d'additifs organiques, des composites alumine/mullite mis en forme par pressage uniaxial ont été élaborés et caractérisés. Deux kaolins différents sont utilisés dans cette étude avec des caractéristiques différentes en termes de cristallinité, de forme de grains, d'empilement de feuillets et de rapport face basale/latérale. L'originalité de ce travail a consisté à étudier en détail les mécanismes de dispersion des suspensions de kaolinite en milieu aqueux par acoustophorèse et de mettre en évidence la relation entre les propriétés électrocinétiques de la kaolinite, les caractéristiques physico-chimiques et le prétraitement thermique entre 200 et 800 °C. Les propriétés de frittage de formulations mixtes alumine/kaolinite ont été étudiées en fonction de la teneur en kaolinite (0-25%vol). Ce travail de thèse étudie la chaîne intégrée d'un procédé céramique en commençant par la sélection de la kaolinite comme matière première (acoustophorèse, RMN MAS), sa transformation cristallochimique en mullite (analyses thermiques, dilatométrie) et son incorporation dans une matrice d'alumine pour une architecture originale de matériaux multicouches aux propriétés modifiées de ténacité et de résistance à la rupture. Les matériaux multicouches élaborés présentent une bonne adhésion interfaciale malgré la présence d'une zone poreuse proche de l'interface des couches. Certaines configurations multicouches élaborées présentent une contrainte à la rupture améliorée de 30% par rapport aux matériaux monolithiques.