Frittage SPS de matériaux céramiques et métalliques : étude des phénomènes électromagnétiques associés et comparaison avec le frittage sous charge par modélisation analytique

Discipline

Procédés et Matériaux

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Effet Branly, Modélisation analytique du frittage

Mots-clés

Matériaux céramiques - Thèses et écrits académiques,

Métaux - Thèses et écrits académiques,

Frittage (métallurgie) - Thèses et écrits académiques,

Spark plasma sintering (métallurgie)Spark plasma sintering (métallurgie) -- Thèses et écrits académiques

Deux approches ont été mises en oeuvre afin de vérifier l'existence de phénomènes spécifiques au frittage Spark Plasma Sintering. La première fait intervenir l'étude isotherme des cinétiques de densification pour une poudre d'alumine alpha sub-micrométique et de grande pureté. Le domaine de validité du modèle de Bernard-Granger a été étudié pour des pressions et des températures comprises entre 20 et 50 Mpa et entre 900 et 1050̊ C. La comparaison des résultats expérimentaux avec le modèle a révélé une très forte variabilité de l'exposant de contrainte traduisant une évolution anormale des mécanismes gouvernant la densification. Un nouveau modèle a donc été établi considérant les composantes radiale et tangentielle de la contrainte. Les mécanismes déterminés en HP et SPS ont été comparés. Il a été montré que le mécanisme prépondérant faisait intervenir la fragmentation des grains de Al₂O₃ accompagnée d'un glissement intergranulaire dans les deux cas. Cependant, l'importante vitesse de chauffage en SPS permettrait de s'affranchir des phénomènes de diffusion superficielle. La seconde approche porte sur l'étude des phénomènes électromagnétiques susceptibles d'intervenir lors des premiers instants du frittage SPS de métaux. Un dispositif spécifique a été développé au laboratoire afin de simuler les effets d'une onde électromagnétique sur la transition isolant/conducteur d'un cru. L'influence de la forme de l'onde de courant sur l'évolution de la conductivité du cru a été étudiée. Cette étude montre que la couche d'oxyde naturellement présente en surface des grains métalliques est endommagée par le claquage dialectrique induit par l'onde électromagnétique (effet Branly).