Propriétés et cristallisation des liquides aluminosilicatés : influence du titane et du zirconium

Properties and crystallization of aluminosilicates : influence of titanium and zirconium

• Auteur / Autrice : Eozen Strukelj
• Direction : Pascal Richet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Cristallisation

Métastable

Aluminosilicate

Titane

Zirconium

Spectroscopie Raman

Résumé

L’étude des mécanismes de cristallisation des liquides silicatés a une importance tant d’un point de vue fondamental, géologique (cristallisation fractionnée, viscosité des magmas…) ou encore industriel (synthèse de verre, vitrocéramiques, …). Notre étude s’intéresse à la cristallisation de la yoshiokaite, une phase dérivée de la néphéline qui se forme de manière congruente et qui présente un large domaine de solution solide. Nous nous sommes focalisés plus particulièrement sur l’influence de certains éléments, appelés agents nucléants, sur la formation de cette phase. Dans les liquides sans agents nucléants, nous observons des modes de cristallisation différents suivant la composition. Pour les structures les plus dépolymérisées, la cristallisation est uniquement surfacique. Au fur et à mesure que le joint de compensation de charge est approché et dépassé, elle devient essentiellement volumique. Ces changements dépendent non seulement de la cristallochimie de la phase mais aussi de la structure du liquide. Nous montrons par ailleurs que la substitution du calcium par du sodium entraîne l’effondrement de la yoshiokaite. A ce titre, nous observons que le domaine de formation des néphélines calciques est particulièrement étendu. A l’inverse du zirconium, le titane entraîne des changements importants des propriétés des liquides même en faible quantité. A faible taux de titane, la cristallisation est surfacique et on montre à ce titre que la yoshiokaite peut contenir une grande quantité de TiO2. Pour des quantités importantes de titane, une cristallisation de volume se manifeste par la précipitation d’une phase métastable d’Al2O3. Lorsque les durées ou la température de traitement augmente une perovskite CaTiO3 se forme préférentiellement. Le zirconium, quant à lui, entre seulement en très faible quantité dans la yoshiokaite. La cristallisation débute par la formation de la forme tétragonale de ZrO2. Nous montrons que cette dernière phase joue efficacement le rôle de nucléant et permet de faire croître la yoshiokaite dans le volume de l’échantillon.