Transformation-frittage d'alumines de transition nanostructurées : rôle des conditions de mise en forme, du cycle thermique, de l'ensemencement et du dopage
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Sintering of γ nanostructured transition alumina, studied via a multiscale approach of the sintering behavior (macroscopic behavior investigated by dilatometry and detailed microstructural observations at different steps of sintering by microscopy techniques) clearly points out the influence of parameters such as α-seeding, forming conditions, thermal cycle, nature and concentration of doping element on the transformation-densification of γ-Al2O3. Thus, the green bodies characteristics can be linked with their sintering fitness. The densification of γ-Al2O3 shows two regimes of densification associated with the γ-α phase transformation and the densification of α-phase. During the transformation, an enhanced densification higher that expected for the γ-α transition is observed and is brought about particle rearrangement-coalescence during the transformation, the degree of particle rearrangement being influenced by the nuclei density that depends on the above mentioned parameters. The post-transformation microstructure consisting of porous monocrystalline clusters with α elementary bricks promotes the further densification. The doping changes the sintering behavior. Y and Zr, which have a low solubility limit in α-Al2O3, delay the γ-α transformation and don't enhance the α-densification. Ti and Mg have a higher solubility limits in α-Al2O3. Consequently, the transformation temperature lightly decreases when the amount of doping elements is lower than the solubility limit; otherwise, it increases. Sintering behavior of doped Al2O3 presents also a transient increase in densification more intense for Ti and Y samples than for Mg and Zr samples. A microstructural transition between segregation at grain boundaries to precipitation of mixed oxide is also observed. The best sintering behavior is obtained with Ti doping which increases the densification rate of Al2O3. Ti induces the formation of elongated elementary bricks, which by coarsening, promotes the densification.
Abstract FR:
L'étude du frittage de poudres nanostructurées d'alumine γ, abordée avec une approche multiéchelle (comportement macroscopique suivi par dilatométrie et investigations des microstructures (MEB et MET) à différents stades du frittage), permet d'expliciter l'influence de paramètres tels que l'ensemencement, la mise en forme, le traitement thermique, la nature et la quantité de dopants sur la transformation-frittage et de relier les caractéristiques des corps crus à leur aptitude au frittage. Le frittage présente deux régimes de densification associés à la transformation γ-α et à la densification de la phase α. Pendant la transformation, un gain de densité supérieur à celui résultant du changement de maille cristallographique est observé et attribué à des mécanismes couplés de transformation-réarrangement- coalescence à partir de "sites de germination" dont la densité est fonction des différents paramètres déjà cités. La microstructure post-transformation, composée de colonies monocristallines poreuses constituées de briques élémentaires de phase α, conditionne la densification ultérieure. L'ajout de dopant modifie le comportement au frittage. Y et Zr, ayant une faible limite de solubilité dans l'alumine α, retardent la transformation γ-α et ne favorisent pas la densification ultérieure. Ti et Mg, dont la limite de solubilité est plus élevée, avancent légèrement la transformation pour des taux inférieurs à cette limite, sinon ils la retardent légèrement. Par ailleurs, le frittage des échantillons dopés présente une accélération temporaire de la densification, plus intense pour les échantillons dopés Ti et Y, que pour ceux dopés Mg et Zr. Une transition microstructurale entre ségrégation et précipitation d'une seconde phase aux joints de grains est également observée. Le meilleur comportement au frittage est obtenu pour le dopage au Ti. Il accélère significativement la densification en phase α par une croissance anisotrope des briques.