Développement d'un code de calcul pour la simulation du frittage en phase solide

Development of a computer code for the simulation of solid state sintering

• Auteur / Autrice : Mounia Ajdour
• Direction : Patrice Goeuriot, François Valdivieso
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Solides

Frittage (métallurgie)

Résumé

Ce travail porte sur une étude numérique sous tendant la simulation de l’évolution de deux grains au cours du frittage en phase solide. Dans un premier temps, une étude bibliographique du frittage avec les différents modèles numériques et analytiques est présentée. Cette étude a permis le développement d’un modèle qui prend en compte les différents mécanismes de diffusion (diffusion en volume, aux joints de grains et en surface), avec comme termes sources les gradients de potentiel chimique, donc en considérant les rayons de courbures le moteur essentiel du frittage. Le comportement mécanique des grains est considéré élastique dans tout le domaine de température du cycle du frittage. La discrétisation de l’ensemble des équations physiques du problème a été faite par la méthode des éléments finis (3D) pour l’élasticité, et par la méthode des volumes finis (2D) pour le problème des interfaces. Enfin des premières simulations en 3D de deux grains de taille identique, ont été effectuées, ce qui a soulevé des discussions et des propositions pour l’amélioration de certains points, qui permettront la validation complète de ce code de calcul.

This work concerns a numerical study for the simulation of the evolution of two grains during solid state sintering. In a first step, a bibliographical study of sintering with the various numerical and analytical models is presented. This study allowed the development of a model, which takes into account the various mechanisms of diffusion (volume diffusion, grain boundary and surface diffusion), with like terms sources the gradient of chemical potential, therefore by considering the radii of curvatures the driving forces of sintering. The mechanical behavior of the grains is considered elastic in all the temperature range of the cycle of sintering. The discretization of the whole of the physical equations of the problem was made by the finite element method (3D) for elasticity, and by the method of the finite volume (2D) for the problem of the interfaces. Finally the first 3D simulations of two grains of identical size were carried. These simulations raised discussions and proposals for the improvement of certain points, which will allow the complete validation of this computer code.