Développement des procédés micro-ondes monomodes à 2450 MHz et 915 MHz pour le frittage de céramiques oxydes
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Abstract EN:
A new microwave single mode cavity was developed to study microwave heating at very high temperature, up to 1500°C. The as developed system, working at 2450 MHz was used to sinter different ceramic oxides. First, zinc oxide material was sintered and the study showed that there is probably a non thermal effect provided by microwave. This non thermal effect was attributed to an electromagnetic pressure. Microwave sintering of pure rutile TiO2 was conducted as well without the use of any susceptor. Almost fully dense TiO2 samples were obtained, and results showed that the microwave process allows lowering the sintering temperature by at least 150°C with respect to the conventional process, and therefore improved dielectric properties were done. Finally, a study on the microwave sintering at high temperature has been done, leading to the development of specific assembly with susceptor, allowing the sintering of alumina. Experimental results and numerical simulations lead us to conclude that the nature of the susceptor (its dielectric properties) highly influences the sintering behavior of alumina. It has been also studied the scaling up of the single mode microwave sintering process, to produce sample, having a diameter greater than 50 mm.
Abstract FR:
Le travail rapporté dans cette thèse est consacré au développement de nouvelles cavités résonantes pour les dispositifs micro-ondes monomodes, dans le but de traiter des matériaux à hautes températures. Le travail de conception mené a permis de mettre en œuvre un dispositif permettant de réaliser des traitements thermiques à des températures supérieures à 1500°C. Les nouveaux dispositifs micro-ondes monomodes ont ainsi été exploités pour le frittage de différentes céramiques oxydes. L’apport de ce nouvel applicateur a, par exemple, été démontré au travers du frittage de l’oxyde de zinc. L’étude menée a permis d’avancer l’existence probable d’un effet d’origine athermique au cours du frittage de cet oxyde, lié à l’apparition d’une pression électromagnétique. Le procédé de frittage micro-ondes a également été employé dans le cadre d’une étude sur le frittage micro-ondes de l’oxyde de titane rutile. Il a été montré que l’utilisation de ce mode de chauffage permet d’abaisser significativement la température nécessaire à la densification de ce matériau, et, ce faisant, permet une amélioration significative de ses propriétés diélectriques. Enfin, la densification de l’alumine a été réalisée avec succès à l’aide de différentes cellules de frittage constituées d’un suscepteur, et développées spécialement pour ce matériau. La cohérence entre les résultats expérimentaux et les simulations numériques, viennent appuyer l’idée selon laquelle la nature du suscepteur (propriétés diélectriques, géométrie) est un paramètre primordial. Il a été également étudié l’élaboration de pièces de grandes dimensions, d’un diamètre supérieur à 50mm et parfaitement dense.