Mise en forme, usinage à cru, déliantage et frittage de pièces complexes en nitrure d'aluminium
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Aluminum nitride (AIN) is a very interesting ceramic rnaterial because of its excellent thermal conductivity. However raw materials and manufacturing costs are very high. Green rnachining (machining before burning out and sintering) is an effective way to obtain complex ceramic parts at low costs. Experiments were conducted on green compacts obtained by uniaxial dry pressing of alurninum nitride spray-dried powders. The aim of the study was to find out a new formulation for the granules and an optimized process to elaborate green compacts that withstand green machining. At a first time, conventional techniques for mechanical characterization and micro-structural investigation were adapted to green bodies. The development of a new recipe for granules in order to improve the green bodies’ mechanical properties has required a detailed bibliographic study. The choice has been turned to a thermoset resin. This is introduced in the slurry before spray-drying. A thermosetting heat treatment on the granules after shape forming allows reaching high strength for the green bodies. Another point of the study has been the development of test methods to measure the green bodies’ machinability. Then, we have been able to fully characterize the standard granules produced by Elf Atochem and the new granules. We have shown differences in the mechanical properties and in the microstructure. The thermoset polymer leads to a different mechanical behavior by comparison with classical recipes and to a more homogeneous microstructure. Results of machining trials also show unequal behavior at machining. We have tried to link these observations with mechanical properties and the microstructure. The synthesis of the results allows us to give some criteria to warrant a correct green machinability.
Abstract FR:
Le nitrure d'aluminium (AlN) est une céramique intéressante par ses bonnes propriétés de conductivité thermique. Les coût de matière première et de fabrication sont cependant élevés. La pratique de l'usinage à cru sur les pièces après mise en forme et avant frittage est un moyen de réduire les coûts. Nous avons travaillé sur des pièces crues mises en forme par compaction uniaxiale de granules fabriquées par atomisation d'une barbotine. L'objectif de cette étude a donc été de mettre au point une composition de granules et un procédé d'élaboration optimisés pour produire des pièces crues en AlN supportant bien l'usinage. Nous avons, dans un premier temps, adapté des techniques de caractérisation mécanique et microstructurale aux pièces crues. La mise en œuvre d'une nouvelle formulation de granules a nécessité une étude bibliographique approfondie afin d'améliorer la tenue mécanique des pièces crues. Le choix s'est porté sur une résine thermodurcissable. Celle-ci est introduite dans la barbotine. Un traitement thermique de réticulation sur les granules mis en forme permet d'atteindre des résistances mécaniques élevées pour les pièces crues. Un autre axe de l'étude a été la conception de méthodes d'essais pour quantifier l'usinabilité des matériaux crus. Nous avons alors pu caractériser de façon approfondie les formulations fabriquées par Elf Atochem et la nouvelle formulation. Nous avons montré des différences de comportement mécanique et de microstructure. La résine thermodurcissable est à l'origine d'un comportement mécanique différent des formulations classiques et d'une microstructure plus homogène. Les résultats des tests mis au point pour caractériser l'usinabilité révèlent également des comportements inégaux des formulations vis à vis de l'usinage. Nous avons cherché à relier ces observations aux propriétés mécaniques et à la microstructure. La synthèse des résultats permet de proposer des critères garantissant une usinabilité à cru satisfaisante.