Approche du frittage et du co-frittage de matériaux céramiques et métalliques pour l'élaboration par le procédé d'impression jet d'encre de composants magnétiques

par Lucie Nguyen

Thèse de doctorat en Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Sous la direction de Alexandre Le Maître.

Soutenue en 2013

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018) , en partenariat avec Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (laboratoire) .

Le président du jury était Martine Lejeune.

Le jury était composé de Renaud Podor, Rémi Noguera.

Les rapporteurs étaient Rose-Marie Marin Ayral, Jacques Guillaume Noudem.

mots clés

• Silice vitreuse
• Dopage
• Oxyde de bismuth
• Mécanismes de densification
• Microscopie électronique à balayage environnemental
• Ferrite de Bismuth
• Oxyde de titane
• Ferrites (matériaux magnétiques)
• Cristallisation
• Microscopie électronique à balayage

Résumé

Ce travail est consacré à l’étude du frittage de matériaux céramiques et métalliques en vue de leur co-frittage pour l’élaboration d’un composant magnétique mis en forme par un procédé d’impression jet d’encre. L’étude et la compréhension du frittage du matériau isolant (à base de silice) avec ou sans additifs de type TiO2, Bi2O3, ZnO se sont appuyées sur l’identification in situ par MEBE et DRX des transformations de phases et des mécanismes de densification intervenant au cours du traitement thermique. Il a été notamment montré que ces additifs pouvaient jouer le rôle soit de modificateur soit de formateur du réseau de la silice vitreuse et conduire ainsi à de fortes variations de la température de cristallisation et de densification. Les cinétiques de densification et l’amplitude des retraits des matériaux isolant, conducteur et magnétique étant très différentes, plusieurs voies d’amélioration ont été préconisées en vue de leur cofrittage : dopage du matériau conducteur, température de calcination du matériau magnétique. . . . Ces choix ont permis, à terme, la réalisation de composants bimatériaux mis en forme par impression jet d’encre aux designs proches de celui du composant final.

Titre traduit

Study of the sintering and of the co-sintering of ceramic and metallic or magnetic for the elaboration of magnetic components shaped by ink-jet printing

Résumé

This work deals with the study of the sintering of ceramic and metallic materials to allow their co-sintering for the development of a magnetic component shaped by ink-jet printing. The study and understanding of the sintering of the dielectric material (composed of silica) with or without additives such as TiO2, Bi2O3, ZnO relied on the in situ characterizations by ESEM and XRD of the phase transformations, the mechanisms of densification occurring during the heat treatment. It has been shown that these additives could act either as former or modifier of the vitreous silica network and lead to large variations in the crystallization température and densification. The densification kinetics and shrinkage amplitude of the dielectric, conductive and magnetic materials are very different, several improvement possibilities were advocated for their co-sintering: doping of the conductive material, calcination température of the magnetic material. . . . These solutions allowed the élaboration of bimaterial components shaped by ink-jet printing with designs close to the one of the final component.