Assemblage de céramiques par faisceau laser
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
CO2 and YAG lasers were used for welging SiO2 Al2O3 ceramic tubes with 60 wt% alumina content (mullite) and Al2O3 tubes with 95wt% alumina content. Investigations of thermal stresses, which must be minimized for crack free welding, show the necessity of preheating. One can preheat the whole workpiece or part of it using different preheating methods. The welding method which could fit the two ceramics was the use of two sub-beams (one is used for preheating) obtained from the division of a primary gaussian beam. The effects of welding parameters on the microstructure of the fusion zone have been studied. Prevention of weld defects including crack and porosity was also investigated. Strength of the weld joints is evaluated by a 4-point bend test and the effects of heterogeneity of ceramics have been taken into account by a Weibull analysis. From cathodoluminescence experiments, the radiative of the samples have been probed in the wavelength rang 250-900 nm. They have been related to the presence of defects as impurities, oxygen vacancies and device centers. At last, ceramics charging properties have been tackled by the use of an original method: the mirror method.
Abstract FR:
L'objectif général de cette étude est la réalisation et la caractérisation d'assemblages de céramiques type oxyde (silicate, alumine) par faisceau laser de puissance (YAG, CO2). La première partie est consacrée aux mécanismes relatifs au transfert d'énergie dans les diélectriques (interaction laser-matière, diffusion de la chaleur). La deuxième partie porte sur la méthodologie de réalisation des soudures par le développement d'un dispositif de soudage adapté aux matériaux étudiés et sur leur caractérisation mécanique et microstructurale. La forte sensibilité des céramiques aux contraintes thermiques nécessite en effet de mettre au point un système de préchauffage. Celui-ci permet d'atteindre des températures, au-delà desquelles le matériau est susceptible d'absorber sans dommage les fortes densités d'énergie élastique associées au choc thermique. La réalisation des divers assemblages est effectuée en analysant l'influence des paramètres laser sur la qualité des soudures obtenues. La reproductibilité de tous les essais lasers est assurée par un suivi en temps réel de la température de surface atteinte en cours de traitement. Le contrôle de la température superficielle étant réalisé par pyrométrie optique et thermographie infrarouge, une estimation de l'émissivité des échantillons est donc entreprise. Une dernière partie est réservée à l'étude, par cathodoluminescence, des relaxations radiatives, associées aux défauts des assemblages (impuretés, lacunes et centres associés. . . ). Enfin, l'influence du soudage sur les propriétés de charge des matériaux est abordée par une technique originale : la méthode miroir.