Elaboration de céramiques nanostructurées en carbure de silicium : de la synthèse de la poudre à la céramique frittée
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The materials used inside future nuclear reactors will be subjected to very high temperature and neutron flux. Silicon carbide, in the form of SiCf/SiC nanostructured composite is potentially interesting for this type of application. It is again necessary to verify the contribution of nanostructure on the behaviour of this material under irradiation. To verify the feasibility and determine the properties of the matrix, it was envisaged to produce it alone by powder metallurgy from SiC nanoparticles. The objective is to obtain nanostructured SiC ceramic fully densified and without using sintering aids. For that, a parametric study of the phase of synthesis and agglomeration was carried out, with for objective the determining the active mechanisms and the influence of the key parameters. Thus, the study of the nanopowder synthesis by laser pyrolysis made it possible to produce, with high production rates, homogeneous batches of SiC nanoparticles whose size can be adjusted between 15 and 90 nm. These powders were densified by an innovating method: Spark Plasma Sintering (SPS). The study and the optimization of the key parameters allowed the densification of silicon carbide ceramic without sintering aids while preserving the nanostructure of material. The thermal and mechanical properties of final materials were studied in order to determine the influence of microstructure on their properties.
Abstract FR:
Les matériaux des réacteurs nucléaires du futur seront soumis à des températures et des flux de neutrons très élevés. Il est alors envisagé d’utiliser des matériaux céramiques tels que le carbure de silicium sous la forme de composite SiCf/SiC nanostructuré. Il est cependant encore nécessaire de vérifier l’apport de la nanostructuration sur le comportement de ce matériau sous irradiations. Afin de vérifier la faisabilité et déterminer les propriétés de la matrice, il a été envisagé de fabriquer celle-ci seule par métallurgie des poudres à partir de nanoparticules de SiC. L’objectif est d’obtenir du SiC dense et nanostructuré sans avoir recours à des ajouts de frittage. Pour cela, une étude paramétrique de la phase de synthèse et de densification a été réalisée dans l’objectif de mieux connaître l’influence des paramètres clés et les mécanismes mis en jeu. Ainsi l’étude de la synthèse des nanopoudres par pyrolyse laser a permis de produire, avec des taux de production élevés, des lots de nanoparticules de SiC homogènes dont la taille peut être ajustée entre 15 et 90 nm. Ces poudres ont été densifiées par une méthode innovante : le Spark Plasma Sintering (SPS). L’étude puis l’optimisation des paramètres clés ont permis de densifier, sans avoir recours à des ajouts, du SiC (3. 1 g/cm3) tout en conservant la nanostructuration du matériau. Les matériaux obtenus ont été caractérisés thermiquement et mécaniquement afin de déterminer l’influence de la nanostructuration sur leur comportement.