Étude du frittage du titanate d’aluminium (TiAl2O5) et caractérisation des propriétés thermomécaniques
Résumé
Bien qu’intrinsèquement faible, la flexibilité (aptitude à la déformation) des céramiques peut être significativement augmentée par des effets de microstructure (taille de grains, volume de microfissures, porosité…). Si en général, la flexibilité des céramiques n’est pas une propriété recherchée, elle reste néanmoins un paramètre essentiel dans l’augmentation de la tenue aux chocs thermiques des céramiques réfractaires comme le titanate d’aluminium (TiAl2O5). En effet la maille orthorhombique du titanate d’aluminium TiAl2O5 confère aux grains une dilatation thermique très anisotrope et conduit à une microstructure du matériau très endommagée après frittage. Les microfissures diffuses, ainsi créées lors du refroidissement, conduisent, lors d’une sollicitation mécanique, à une relation contrainte-déformation fortement non-linéaire. Il en résulte alors une déformation à la rupture plus élevée.
L’objectif de cette thèse est donc de mieux appréhender l’influence des conditions de frittage de TiAl2O5 sur la microstructure et donc sur les propriétés thermomécaniques. Des études récemment menées par Babelot ont permis de mettre en évidence différents comportements mécaniques du titanate d’aluminium liés à la microstructure et aux conditions de frittage naturel du matériau obtenu. Ainsi la flexibilité est favorisée par une microstructure à gros grains présentant de larges microfissures et est obtenue avec une température de frittage élevée, une durée de palier longue ainsi qu’un refroidissement lent.
Parallèlement à la compréhension du frittage naturel, une étude du frittage non-conventionnel par SPS (Spark Plasma Sintering) de la céramique est engagée, l’objectif étant l’obtention d’un matériau dense à petits grains. En effet il est très difficile de dissocier le volume de microfissures du taux de porosité. Afin d’obtenir une céramique flexible, un second traitement thermique classique sera envisagé afin de faire croître la taille des grains. Cette méthode pourrait s’avérer intéressante dans la compréhension des mécanismes de croissance granulaire car elle permet de dissocier la densification du grossissement granulaire.