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

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

• Auteur / Autrice : Lucie Nguyen
• Direction : Alexandre Le Maître
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (1998-2011)
• Jury : Président / Présidente : Martine Lejeune
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Podor, Rémi Noguera
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rose-Marie Marin Ayral, Jacques Guillaume Noudem

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à balayage

Cristallisation

Ferrites (matériaux magnétiques)

Oxyde de titane

Ferrite de Bismuth

Mots clés libres

Silice vitreuse

Dopage

Oxyde de bismuth

Mécanismes de densification

Microscopie électronique à balayage environnemental

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.

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.