Formation, microstructure et propriétés de l'hexaluminate de calcium

= Formation, microstructure and properties of calcium hexaluminate

• Auteur / Autrice : Cristina Dominguez Bethencourt
• Direction : Gilbert Fantozzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conductivité thermique

Croissance cristalline

Frittage (métallurgie)

Matériaux céramiques

Résumé

L'objet de ce travail est de fournir une analyse générale de l'hexaluminate de calcium, aussi bien du point de vue de sa formation que de ses propriétés ultimes. Les matériaux ont été préparés par frittage-réaction ce qui permet, en certains cas, la formation des grains sous forme de plaquettes. Nous avons proposé un modèle pour la formation des grains de CA6, fondé sur le fait que les grains d'hibonite ont besoin d'espace pour se développer avec de forts rapports d'aspect. Le mécanisme principal de grossissement apparent des grains de CA6 est la réorganisation de plaquettes voisines qui ont leurs plans de croissance préférentielle parallèles. Ce mécanisme permet la formation de grains apparemment plus equiaxes avec une présence importante de sous-grains à l'intérieur des grains, si l'on fritte à haute température. Au niveau des propriétés, l'hexaluminate de calcium est très proche de l'alumine. Les différences se manifestent principalement par des valeurs de conductivité thermique, de module d'Young et de résistance aux chocs thermiques inférieures pour le CA6, mais une résistance à la propagation de fissures supérieure. En général la microstructure particulière de ce matériau joue un rôle important sur ses propriétés. La propagation préférentielle de la fissure à travers les sous-grains ou les plans basaux, entraîne généralement de fortes déviations de fissure. Le fluage est gouverné par le mouvement de dislocations à travers les sous-joints des grains. L'hexaluminate de calcium préparé par pressage à chaud présente une forte orientation des grains avec leurs plans basaux perpendiculaires à la direction de pressage. Ce matériau est celui qui présente les caractéristiques mécaniques les plus élevées. Il montre une différence appréciable entre les directions parallèle et perpendiculaire à la direction de pressage.

The aim of this work is to supply a general analysis of calcimn hexaluminate, as regard both formation and properties. Materials were prepared by reaction sintering. This way allows, sometimes, the formation of platelet grains. A model is proposed for the formation of CA6 grains. This model is based on the fact that hibonite needs enough space to develop with high aspect ratio. The growth mechanism of CA6 grains is the welding of neighbor platelets when they are disposed with their preferential growth planes parallel. This mechanism allows the formation of more equiaxed grains and is responsible for the subgrains formation when fired at high temperature. In general, calcium hexaluminate has properties similar to alumina. The differences manifested as lower thermal conductivity, Young modulus and thermal chock resistance and higher crack propagation resistance. Its particular microstructure has a key influence on its properties. The preferential crack propagation through subgrains or basal planes leads to high crack deviation. Dislocation movement through subgrains governs creep. Hot pressed calcium hexaluminate is highly oriented with basal planes perpendicular to pressing direction. This is the material with higher mechanical properties (excepting crack propagation resistance). It shows a considerable difference between the directions parallel and perpendicular to pressing direction.