Thèse soutenue

Développement de céramiques d'alumine et de spinelle optiquement transparentes à microstructure fine
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Auteur / Autrice : Annika Pille
Direction : Andrei KanaevFrédéric Schoenstein
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des matériaux
Date : Soutenance le 19/12/2018
Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
Etablissement de préparation : Université Sorbonne Paris Nord (Bobigny, Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 1970-....)
Jury : Président / Présidente : Dominique Vrel
Examinateurs / Examinatrices : Judith Monnier, Eduard Feldbach
Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Monot-Laffez, Anatole Khodan

Mots clés

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Résumé

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Ce travail de thèse porte sur l’élaboration et l’étude des propriétés physiques de céramiques à base d’alumine optiquement transparentes et luminescentes pour lesquelles des applications sont envisagées dans le domaine des matériaux résistants aux rayonnements ionisants. L’enjeu de ce travail a consisté à obtenir un matériau qui présente simultanément une densité élevée et des tailles de grains à l’échelle nanométrique afin de conférer respectivement à la céramique des propriétés de transparence et une résistance aux radiations ionisantes par la capture et la recombinaison des charges induites au niveau des joints de grains.Des céramiques de composition Al2O3 et MgAl2O4 ont été consolidées par Spark Plasma Sintering (SPS) à partir d’alumines ultra-poreuses (UPA) d’une part, et par frittage réactif d’un mélange de précurseur Al2O3 : MgO dans un ratio 1 : 1 d’autre part. Les UPA ont été élaborés par un procédé original mis en place au LSPM. Elles ont ensuite été imprégnées par une solution de nitrate de magnésium puis calcinée à basse température afin d’obtenir le « Précurseur Nanostructuré » (PN) pour la phase spinelle MgAl2O4. Les PNs synthétisés, tout comme les UPA, ont ensuite été consolidées par SPS. Les paramètres de frittage ont été optimisés de manière à obtenir des céramiques possédant les propriétés microstructurales et physiques visées. L’effet de Ta2O5 comme inhibiteur de croissance des grains a été éprouvé sur la microstructure des céramiques élaborées. Les propriétés de transmittance ainsi que de luminescence, avant et après irradiation, des matériaux les plus prometteurs ont été mesurées et corrélées à leurs caractéristiques structurales.