Modélisation numérique du frittage de particules d'argent aux échelles nano- et micrométriques : étude des mécanismes physiques en jeu et effets des paramètres de process

Numerical modelling of silver particle sintering at nano- and micro-scale : investigation of the physical mechanisms and effects of the process parameters

• Auteur / Autrice : Xudong Wang
• Direction : Lahouari Benabou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 24/07/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Richard Dahoo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Heintz, Mohand Ould Ouali, Luc Chassagne, Mounir Ben Amar, Florent Tétard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Marc Heintz, Mohand Ould Ouali

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique moléculaire

Frittage d'argent

Mots clés libres

Simulation

Frittage

Particule d'argent

Dynamique Moléculaire

Surface Evolver

Echelle nano/micro

Simulation

Sintering

Silver particle

Molecular Dynamics

Surface Evolver

Nano/micro scale

Résumé

Le frittage des particules d'argent est simulé à plusieurs échelles avec différentes approches numériques. La méthode de la dynamique moléculaire est utilisée pour effectuer les calculs à l'échelle nanométrique. Les modèles composés de particules d'argent de taille nanométrique sont frittés dans diverses conditions. Ensuite, les propriétés mécaniques des structures poreuses produites sont analysées qualitativement par rapport aux paramètres du processus. Dans la deuxième partie, un processus de fabrication similaire est mis en œuvre avec des modèles à micro-échelle. Les simulations sont faites en implémentant dans le programme Surface Evolver avec les mécanismes physiques pertinents. Le frittage à température modérée implique la diffusion en surface et la diffusion au joint de grain. Le comportement de frittage prévu est ensuite discuté sur la base non seulement du modèle de base tel que la paire de particules de taille égale ou inégale, mais également de trois cellules unitaires spécifiques avec le taux de porosité initial différent. Enfin, une application pour le frittage à haute température est présentée en se concentrant sur le mécanisme de diffusion évaporation-condensation.

The sintering of silver particles is simulated at several scales with different numerical approaches. The Molecular Dynamics method is used to carry out the nanoscale calculations. Models composed by silver particles of nanometric size are sintered under various conditions. Then, the mechanical properties of the produced porous structure are analyzed qualitatively with respect to the process parameters. In the second part, similar fabrication process is implemented with microscale models. Simulations are made by implementing in the Surface Evolver program with the relevant physical mechanisms. Sintering at moderate temperature involves surface diffusion and grain boundary diffusion. The predicted sintering behavior is then discussed based on not only the basic model such as equal-size or unequal-size pair of particles, but also three specific tetragonal unit cells with different initial porosity rate. At last, an application for sintering at high temperature is presented by focusing on the evaporation-condensation diffusion mechanism.