Influence of P2O5 on the structure and nucleation of alkali aluminosilicate glasses
Influence de P2O5 sur la structure et la nucléation de verres d'aluminosilicates d'alcalins
Résumé
Glass-ceramics are materials obtained by partial and controlled crystallization of parent glasses. They have the advantages of the glass, easiness of glass shaping, and new properties compare to glasses and crystals. Nucleation is the first step of the crystallization process, and its control is a key step to optimize materials properties. In commercial materials, nucleating agents are added to promote volume crystallization of the phase of interest. Nevertheless, their action mechanisms are not well-understood.The aim of this PhD thesis is to have a better understanding of the role of a nucleating agent, P2O5, in two alkali aluminosilicate systems as a function of composition : P2O5 and Al2O3 contents, nature of alkali (lithium or sodium). We study the influence of P2O5 on the glass structure and the local environment of phosphorus. Addition of P2O5 results in a polymeri- zation of the network and its local environment depends on alumina content. Two compositions with different crystallization behaviors are studied : a correlation exists between the local en- vironment of phosphorus in the glass and its nucleating role. P2O5 favors volume nucleation when phosphate species are isolated and surrounded by alkali and when they are in a sufficient amount. Modifications of the local environment of phosphorus with heat treatments are linked to modifications at a larger scale. The first nuclei are related to the clusterization of these phos- phate species.
Les vitrocéramiques sont des matériaux obtenus par cristallisation contrôlée de verres. Ils offrent l’avantage d’une mise en forme facile des verres et de propriétés améliorées ou nouvelles par rapport aux verres ou aux cristaux. Le contrôle de la nucléation, première étape de la cristallisation, est essentiel pour optimiser les propriétés de ces matériaux. Dans les compositions commerciales, des agents nucléants sont ajoutés pour favoriser la cristallisation en volume de la phase d’intérêt. Cependant, les mécanismes fondamentaux qui gouvernent l’action de ces agents nucléants sont encore mal compris.L’objectif de cette thèse est de mieux appréhender le rôle d’un agent nucléant, le P2O5, dans deux systèmes d’aluminosilicates d’alcalins en fonction de la composition : taux de P2O5, d’alumine, nature de l’alcalin (lithium ou sodium). Nous étudions l’influence de P2O5 sur la structure du verre et l’environnement local du phosphore. L’ajout de P2O5 induit une polymérisation du réseau et son environnement est très dépendant du taux d’alumine. Deux compositions où les comportements à la cristallisation sont différents sont étudiées : une corrélation existe entre l’environnement local du phosphore dans le verre et son aptitude à être agent nucléant. Le P2O5 favorise la nucléation en volume lorsque le phosphore est sous forme isolée entouré d’alcalins dans le verre et que la quantité de cette espèce est suffisamment importante. Les modifications de l’environnement local du phosphore avec les traitements thermiques ont pu être reliées à des modifications à plus longues distances. Les premiers nucléi proviennent de la ségrégation de ces espèces phosphatées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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