Mise en forme par coulage-coagulation et frittage d'alumines à microstructure sub-micronique pour applications orthopédiques

Shaping by direct coagulation casting and sintering of aluminas with submicron microstructures for orthopaedics : eng

• Auteur / Autrice : Anne-Laure Pénard
• Direction : Thierry Chartier, Cécile Pagnoux, Fabrice Rossignol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prothèse de hanche

Frittage (métallurgie)

Coagulation

Alumine

Mots clés libres

Coulage

Microstructure sub-micronique

Dcc

Suspensions concentrées

Résumé

Un procédé de mise en forme par coulage-coagulation (DCC) a été développé pour la fabrication d'une articulation de prothèse de hanche. Des suspensions de poudres d'alumine (Φ ~ 200-300 nm) ont d'abord été optimisées en termes de rhéologie/fraction volumique de solide/structuration, en utilisant le sel de tétra-sodium de l'acide 2-phosphonobutanate-1,2,4-tricarboxylique. Un procédé DCC a ensuite été développé en utilisant une réaction chimique différée : la création d'acide acétique in situ par hydrolyse de l'anhydride acétique. Un cycle de séchage spécifique (température/humidité) a été optimisé pour limiter les contraintes. Finalement, le frittage des compacts granulaires par pressage isostatique à chaud en présence de MgO a montré qu'il était possible d'obtenir des matériaux denses à 100% et homogènes à l'échelle sub-micronique (distribution étroite de taille des grains centrée sur 650 nm). Le procédé a été validé en fabriquant des pièces prototypes répondant à l'application visée.

A shaping process by Direct Coagulation Casting (DCC) has been implemented to produce hip prostheses devices. Firstly, the rheology, the volumic fraction of powders (diameter ~ 200-300 nm) and the structure of the concentrated alpha-alumina suspensions have been optimised using the 2-phosphonobutanate-I,2,4-tricarboxylic tetra sodium salt as a dispersant. Then, the DCC process have been implemented in situ, using the time-delayed hydrolysis of acetic anhydride in acetic acid. During the drying, the temperature and humidity profiles have been controlled to limit creation of stresses inside the green parts. Finally, the sintering in the presence of MgO by hot isostatic pressing has allowed to obtain homogeneous materials with the maximal density and sub-microns grain sizes (distribution centred on 650 nm). At last, the realisation of prototypes has validated the process.