Maîtrise des propriétés optiques de céramiques transparentes par le contrôle des paramètres physicochimiques des précurseurs et des techniques d'élaboration. Cas du YAG.

Control of ceramics optical properties through mastering precursors phisico-chemical parameters and elaboration technics. Case of YAG.

• Auteur / Autrice : Etienne Lachaud
• Direction : Yannick Guyot, Vincent Garnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 05/03/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Christelle Goutaudier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Guyot, Vincent Garnier, Sylvain Marinel, Aurélien Vivet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Chadeyron, Anne Leriche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cathodoluminescence

Spectroscopie

Frittage (métallurgie)

Matériaux céramiques

Mots clés libres

Céramique

Frittage

Transparence

Spectroscopie

Microscopie

Cathodoluminescence

Ceramics

Sintering

Transparency

Spectroscopy

Microscopy

Cathodoluminescence

Résumé

Ces travaux ciblent l’étude de la relation entre la microstructure et les propriétés optiques découlant d’une céramique de YAG:Ce. Les propriétés microstructurales d’une céramique luminescente définissent sa capacité à transmettre et émettre la lumière. En considérant l’ensemble des étapes d’élaboration, de la mise en forme de la poudre jusqu’à la densification maximale du matériau final, nous cherchons à déterminer les facteurs régissant l’activité de luminescence. Les céramiques ont été élaborées à partir de poudres commerciales produites par l’entreprise Baikowski. Les caractérisations réalisées sur les particules de poudres ont mis en évidences de défauts internes à l’échelle nanométrique. Une mise en forme par atomisation, pressage uni-axial et pressage isostatique a précédé une densification par pressage isostatique à chaud (HIP). Afin de conservé une bonne finesse granulaire, nous n’avons pas utilisé d’additif de frittage. La maitrise des conditions d’élaborations nous a permis de réaliser des céramiques à microstructures variables. Certaines de ces céramiques présentent de bonnes propriétés de transparence. Les caractérisations optiques confirment l’influence des facteurs expérimentaux considérés. Nous notons l’impact significatif de la quantité et de la dimension des phases diffusantes sur les propriétés optiques du matériau à travers les mécanismes de diffusion optique. De plus, ces phases diffusantes affectent le spectre d’émission du matériau. Un rendement de luminescence maximal a été observé pour une taille de grain sub-micronique. La corrélation des caractérisations optiques et microscopiques mettent en évidence l’influence de l’absorption non radiative sur l’efficacité globale. Grace à la technique de cathodoluminescence couplé à la microscopie électronique à balayage, nous avons observé la répartition spatiale de la luminescence ou sein de l’ensemble des matériaux élaborés

This work aims to study the relationship between microstructure and optical properties of a Ce:YAG ceramic. The microstructural properties of a luminescent ceramic define its capacity to transmit and emit light. Considering the integrally of the elaboration process, from powder shaping to maximal densification, our goal is to identify the factors ruling the luminescence activity. Ceramics were elaborated from Baikowski’s commercial powders. The characterizations on powders particules put in evidence internal defects at the nano scale. The shaping steps (granulation, pressing and isostatic pressing) were followed by densification through hot isostatic pressing (HIP). In order to keep a thin microstructure, we did not used any sintering additives. The mastering of elaboration allowed us to fabricate ceramics with different microstructures. Some of those ceramics present good transparency. Optical characterizations confirm the influence of the investigated parameters. We note the significant impact of both quantity and dimension of secondary phases on optical properties through scattering processes. Thus, scattering affects the emission spectra of the material. A maximal luminescence yield has been observed for a submicronic grain size. Linking optical and microscopic observations, we put in evidence the influence of un-radiative absorption mechanisms on efficiency. Thanks to cathodo-luminescence scanning electron microscopy, we observed the spatial repartition of luminescence on the full range of the elaborated materials