Thèse soutenue

Élaboration de spinelle MgAl2O4 transparent par frittage naturel et post-HIP pour des applications en protections balistiques

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Auteur / Autrice : Caroline Gajdowski
Direction : Anne LericheJudith BöhmlerYannick Lorgouilloux
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Molécules et matière condensée
Date : Soutenance le 03/07/2018
Etablissement(s) : Valenciennes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux céramiques et procédés associés (Maubeuge, Nord ; 1998-2021)
Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
Jury : Président / Présidente : Dominique Goeuriot
Examinateurs / Examinatrices : Anne Leriche, Judith Böhmler, Yannick Lorgouilloux, Gilbert Fantozzi, Odile Merdrignac, Sébastien Lemonnier, Thierry Midavaine, Bruno Mortaigne, Marc Rubat du Merac, Elmar Strassburger
Rapporteurs / Rapporteuses : Gilbert Fantozzi, Odile Merdrignac

Résumé

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Cette étude s’intéresse à l’amélioration et l’allégement des protections balistiques transparentes. L’utilisation conventionnelle de verre assure une haute efficacité face à un projectile, cependant associée à une masse élevée et à une forte épaisseur du blindage. Le remplacement de la face avant par une céramique polycristalline, telle que le spinelle MgAl2O4, assure un gain de performance et une réduction du volume de l’assemblage. L’élaboration de ce matériau requiert la combinaison d’une haute qualité optique dans le domaine du visible et de propriétés mécaniques élevées. Dans ce travail, l’application d’un frittage naturel sous vide d’une poudre commerciale de haute pureté a permis de limiter l’introduction d’impuretés néfastes à la transparence et la croissance granulaire. Une étape supplémentaire de pressage isostatique à chaud s’est montrée nécessaire à l’élimination des pores résiduels et à l’obtention de spinelles transparents de haute qualité optique (80% à 400-800 nm, e = 2 mm, Ø21 mm). Une étude de la microstructure avant et après post-traitement a permis de mettre en relation la taille des grains et des pores avant post-frittage avec la croissance granulaire observée pendant ce traitement. Une optimisation du procédé a ainsi pu être mise en place afin de limiter l’augmentation de la taille des grains et obtenir une microstructure homogène (~ 12 μm). Après un changement des dimensions des échantillons réussi (e = 4 mm, Ø60 mm), différents spinelles à propriétés microstructurales et mécaniques distinctes ont été sélectionnés pour une évaluation en conditions balistiques.