Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Zircone renforcée à l'alumine“

On etudie divers procedes de preparation de poudres bases sur l'impregnation d'une poudre d'alumine par des sels precurseurs des oxydes de zr et ce. On definit les parametres d'obtention d'une poudre de bonne reactivite dont le frittage a 1600**(o)c dans l'air conduit a des materiaux denses et homogenes. On determine les proprietes mecaniques entre 20**(o) et 900**(o)c. Un renforcement d'environ 80% par rapport a l'alumine pure est obtenu pour la composition (al::(2)o::(3))0,8 (zro::(2))0,18 (ceo::(2))0,02. Parallelement, l'atomisation-sechage a ete retenue comme approche d'un processus industriel de preparation des poudres. Les ceramiques frittees obtenues a partir de ces poudres presentent une microstructure double qui n'affecte pas les proprietes mecaniques. La presence de ceo::(2) accroit la mobilite des inclusions intergranulaires de zro::(2), d'ou une densificatin plus rapide, stabilise la phase quadratique transformable sous contrainte, augmente les tailles critiques de transformation quadratique->monoclinique

Il y a une demande croissante de matériaux céramiques personnalisés présentant des formes et des propriétés de plus en plus complexes pour des applications d'ingénierie biomédicale, qui ne peuvent être obtenues par les techniques traditionnelles de traitement de la céramique. Ces dernières années, une attention croissante a été portée aux matériaux à base de céramique produits par une méthode de fabrication additive communément appelée direct ink writing (DIW) ou Robocasting. Cependant, le défi actuel des céramiques produites par DIW reste l'obtention d'une grande fiabilité mécanique. Donc, dans le premier chapitre, cette thèse examine le scénario global du domaine de DIW, en analysant les principaux résultats des études dans la littérature. Il décrit et discute également les approches les plus innovantes, ainsi que les stratégies d'amélioration mécanique et biologique de la méthode DIW. Le deuxième chapitre présente une caractérisation complète des pâtes composées d'une poudre de zircone renforcée à l'alumine (ATZ, 84 % vol. Ce-TZP, 8 % Al2O3, 8 % SrAl12O19), d'un défloculant, d'un liant, d'eau désionisée et, dans certains cas, de nanofibres de carbone (CNF). Le comportement rhéologique et les propriétés fondamentales de ces pâtes ont été déterminés et des tests d'imprimabilité ont été réalisés. Les résultats ont été comparés aux critères d'imprimabilité établis dans la littérature (ф, K et FTI). Ces critères se sont avérés adaptés à l'évaluation de l'imprimabilité, bien qu'ils présentent certaines limites. En outre, un nouveau critère basé sur le taux de récupération du module de stockage a été introduit, avec le potentiel de prédire l'imprimabilité avec un seul test. Le troisième et dernier chapitre de la thèse s'est concentré sur la fabrication par DIW de filaments du même composite ATZ avec et sans CNF, dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques par des processus de déliantage et de frittage minutieux, ainsi que l'orientation des CNF. Des diamètres de buse compris entre 200 et 840 µm ont été utilisés et des conditions optimales de déliantage et de frittage ont été déterminées, en utilisant les méthodes de frittage conventionnel (CS) et de spark plasma sintering (SPS). L'évaluation mécanique des filaments comprenait la détermination de la contrainte de rupture, de la déformation de rupture, du module de Young et de la fiabilité mécanique (module de Weibull). L'ajout de CNF, censé améliorer les propriétés mécaniques, a entravé la plupart d'entre elles en raison de l'agglomération des CNF. L'impression avec des buses plus petites a permis d'améliorer le module d'Young des filaments, les filaments ATZ frittés par CS présentant une plasticité induite par la transformation, alors que ceux frittés par SPS n'en présentaient pas. Les propriétés mécaniques obtenues étaient comparables ou supérieures à celles obtenues par les techniques conventionnelles de traitement des céramiques. De même, un bon niveau de fiabilité mécanique a été atteint
There is a growing demand for personalized ceramic materials with increasingly complex shapes and properties for biomedical engineering applications, which cannot be achieved via traditional ceramic processing techniques. In recent years, increasing attention has been drawn to ceramic-based materials produced by an additive manufacturing method commonly referred to as direct ink writing (DIW) or Robocasting. However, the current challenge of DIW-produced ceramics remains the achievement of strong mechanical reliability. Hence, in the first chapter, this thesis examines the overall scenario of the DIW field, highlighting and analyzing the primary outcomes of studies available in the literature. It also describes and discusses the most innovative approaches, as well as mechanical and biological improvement strategies for the DIW method. The second chapter of the thesis provides a comprehensive characterization of pastes consisting of an alumina-toughened zirconia (ATZ, 84 vol% Ce-TZP, 8% Al2O3, 8% SrAl12O19) powder, a deflocculant, a binder, deionized water and, in some cases, carbon nanofibers (CNFs). The rheological behavior and fundamental properties of these pastes were determined and printability tests were conducted. The results were compared to established printability criteria/parameters outlined in existing literature (ф, K and FTI). These criteria were found to be suitable for assessing printability, although they presented some limitations in predicting some unprintable pastes. Furthermore, a new criterion based on the recovery rate of the storage modulus was introduced, with the potential to predict printability with a single test. The third and last chapter of the thesis focused on the DIW fabrication of filaments of the same ATZ composite with and without CNFs with the objective of enhancing the mechanical properties by careful debinding and sintering processes, as well as the orientation of the CNFs. Nozzle diameters in the range of 200-840 μm were used and optimal debinding and sintering conditions were determined, using both Conventional Sintering (CS) and Spark Plasma Sintering (SPS) methods. The mechanical evaluation of the filaments included the determination of the fracture stress (flexural strength), fracture strain, Young's modulus and mechanical reliability (Weibull modulus). The addition of the CNFs, expected to improve the mechanical properties, hindered most of them because of CNF agglomeration. Printing with smaller nozzles showed improvements in the Young’s modulus of the filaments, with ATZ filaments sintered by CS exhibiting transformation-induced plasticity (TRIP), while those sintered by SPS did not. The mechanical properties obtained were comparable to or higher than those achieved through conventional ceramic processing techniques like cold isostatic pressing and slip casting. Similarly, a good level of mechanical reliability was achieved

L'implantation ionique est un traitement envisagé pour l'amélioration des propriétés de surface des matériaux, notamment les céramiques. Elle permet de modifier fondamentalement les microstructures superficielles. Notre travail a porté sur l'implantation à forte concentration d'espèces métalliques (Cu, Zr, Fe) dans une alumine polycristalline. Les espèces ont été choisies en raison de la diversité de leur valence et de la stabilité de leurs oxydes avec l'alumine. Plusieurs techniques complémentaires ont permis la caractérisation microstructurale de la couche implantée en fonction des paramètres d'implantation (énergie, fluence,. . . ),de la nature de l'ion, et de traitements thermiques réalisés après l'implantation. Ces techniques sont la microscopie électronique conventionnelle et à haute résolution, la microanalyse d'émission photonique X (EDS) et la technique d'absorption X (XANES). La couche superficielle formée lors de 1'implantation est constituée de grains finement morcelés d'alumine en association avec une précipitation fine des espèces métalliques. La présence en surface de la variété spinelle fortement maclée est également observée dans le cas du fer. Une amorphisation est seulement observée dans le cas d'implantation du zirconium alors que systématiquement, une sous-couche très fautée est décelée au delà de la zone implantée. La composition de la couche superficielle évolue avec les traitements thermiques vers un système constitué d'alumine et d'oxyde(s) des espèces métalliques qui, globalement, est en accord avec les prévisions thermodynamiques
Ion implantation is being investigated as a method to alter near-surface properties of materials, particularly ceramics. It allows, in non-equilibrium conditions, a thin layer to be created, the composition and structure have beneficial effects of surface properties. This study was related to the high doses implantation of metallic ions into polycrystalline alumina. The species (Cu, Zr, Fe) has been chosen from the gap between their valences and the formation free enthalpies of their oxides. In order to understand the microstructural evolution of the as-imp- planted and the implanted-annealed samples, various techniques have been used, suer as transmission electron microscopies (conventional and high resolution), X-ray emission spectroscopy (EDS) and X-ray absorption spectroscopy (XANES) The observed microstructure in the as-implanted material is composed of several regions. The first of these consists in of highly divided alumina grains including a fine precipitation of the metallic species. In the case of iron, the spinel phase is also observed near the implanted surface. Beyond the implanted zone, a high density M crystalline defects is seen in the alumina lattice. Moreover, an amorphous-like layer is produced by implantation of zirconium. In most cases, the evolution of the implanted zone composition after annealing is consistent with the expected equilibrium phase diagrams

La frittabilité et le développement microstructural de différentes poudres de zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium et d'alumine sont etudiés. Les poudres de zircone de surface spécifique moyenne obtenues industriellement par hydrolyse en phase vapeur du tétrachlorure de zirconium, frittées à une température optimale (1300-1350°C), conduisent a des méteriaux denses contenant très peu de phase monoclinique. La mauvaise frittabilité des poudres de zircone, élaborées par pyrolyse d'acétates mixtes de zirconium et d'yttrium, est reliée a leur forte agglomération. La synthèse de zircone par réaction dans les milieux sels fondus produit des poudres très fines et densifiables. Une granulométrie fine, une faible teneur en impuretés, une densité à vert élevée et l'addition d'oxyde de magnésium favorisent la densification des poudres d'alumine ex-alun. Ces paramètres contribuent aussi a l'obtention d'un matériau fritté ayant une microstructure fine et homogène. En fin de frittage des alumines ex-alun, les caractéristiques (densité, microstructure) des échantillons ne dépendent pas de façon significative de la teneur en phases de transition (alumine gamma) des poudres. En l'absence de grossissement exagéré des grains, la valeur médiane de la distribution en nombre de la taille des grains d'une alumine frittée est corrélée à la densité de l'échantillon. Au cours du stade final du frittage des alumines bayer, le grossissement éxagéré des grains se développe. Pour les poudres les plus fines, ce grossissement est accompagné d'une chute de densité.

Ce travail est consacre a l'etude de l'adsorption de sels (nacl; kcl) et de tensioactifs anioniques sur l'alumine et la zircone. Nous avons trace les isothermes d'adsorption par spectroscopie u. V. , mesure la charge de surface par microelectrophorese, le ph et enfin effectue des mesures calorimetriques. Les adsorbants ont ete caracterises par n. E. B. , b. E. T. En solution aqueuse par electrophorese et par titrage potentiometrique. On montre que le p. I. E. Et le p. C. N. Ont pratiquement les memes valeurs, donc il n'y a pas d'adsorption specifique. Le processus d'adsorption est compose de quatre etapes: 1) adsorption directe par les interactions electrostatiques, 2) adsorption cooperative, et formation d'agregats de surface, 3) fusion des agregats de surface, 4) formation des micelles en solution, et apparition du plateau de l'isotherme d'adsorption qui se situe autour de la c. N. C.

Pour obtenir des matériaux céramiques aux propriétés contrôlées il est le plus souvent fait appel à l'utilisation d'additions minérales en faible quantité.
Ces ajouts permettent de favoriser la densification ou de contrôler le phénomène de grossissement des grains, ou encore de modifier les propriétés mécaniques, physiques ou optiques.
Cette étude a pour objectif de caractériser et de modéliser l'action de certains dopants à la fois sur la réactivité et la microstructure, et sur les propriétés optiques de l'alumine-alpha.
Nous avons montré que la thermoluminescence (TL) basse température après une excitation UV est une excellente technique permettant de détecter la présence de la phase quadratique de la zircone, stabilisée par l'alumine. La TL basse température des composites alumine-manganèse est influencée par une émission à 675,5-679 nm. Plusieurs hypothèses sur le(s) centre(s) de recombinaison responsable(s) de cette émission ont été avancées : Mn4+, Cr3+ présent dans un environnement autre que l'alumine, ou à la fois Mn4+ (à 675,5 nm) et Cr3+ dans un autre réseau (à 679 nm). La TL basse température des composites alumine-titane est influencée par l'ion Ti3+ agissant comme centre de recombinaison et comme centre piège. La TL à température ambiante des composites alumine-titane est influencée par l'ion Ti4+ agissant comme centre de recombinaison et comme centre piège. Cette influence de Ti4+ se traduit notamment sur le pic D' par une double bande d'émission bleue-verte attribuable au centre Ti4+ et à l'agrégat (Ti4+-VAl').
Nous avons mis en évidence pour les composites alumine-zircone, qu'un traitement thermique du mélange sera préférable pour l'aptitude au frittage à un traitement des oxydes seuls avant mélange. La présence de manganèse favorise la densification de l'alumine, en particulier grâce à un frittage en phase liquide. On le constate par la présence d'un pic dérivé de dilatométrie supplémentaire à haute température. Nous avons pu mettre également en évidence la présence de ségrégation aux joints de grains avec drainage des impuretés fer, calcium avec le manganèse. La présence de titane favorise la densification de l'alumine, ainsi que le grossissement des grains. Nous avons pu mettre en évidence la ségrégation aux joints de grains d'excès de TiO2 au-delà de la limite de solubilité, ainsi que la présence de la phase secondaire Al2TiO5 en surface des échantillons.