Élaboration d'une matrice aluminosilicate de baryum pour la réalisation d'un composite de type oxyde/oxyde

Elaboration of a baryium aluminosilicate matrix for an oxide/oxide composite formulation

• Auteur / Autrice : Clément Guerin
• Direction : Yann Le Petitcorps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 30/03/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Heintz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Phillipe Belleville, Sylvain Marinel, Alexandre Maître, Yann Le Petitcorps, Rémy Boulesteix, Alexandre Allemand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Phillipe Belleville, Sylvain Marinel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions chimiques -- Mécanismes

Composites

Aluminosilicate de baryum

Mots clés libres

Aluminosilicate de baryum

Composite oxyde/oxyde

Mécanisme réactionnel

Frittage

Barium aluminosilicate

Oxide/oxide composite

Reaction mechanism

Sintering

Résumé

Ces travaux de thèse portent d’une part sur l’élaboration maitrisée d’une matrice, l’aluminosilicate de baryum ou BaAl2Si2O8 (BAS), et d’autre part sur le renforcement de cette matrice par des fibres continues d’alumine. Afin que le matériau soit exploitable pour des applications à haute température, la forme hexagonale du BAS (métastable depuis la température ambiante jusqu’à 1590 °C et stable de 1590 °C à 1750 °C) doit être utilisée. Dans un premier temps, l’étude porte sur l’élaboration du BAS hexagonal pur. Une compréhension des mécanismes réactionnels mis en jeu lors du frittage réactionnel en voie totalement solide du BAS a été recherchée. Puis, l’élaboration de l’hexacelsian à l’aide de quatre technologies de frittage (SPS (Spark Plasma Sintering), UFPS (Ultra Fast Pressureless Sintering), HP (Hot Pressing) et four conventionnel) a été étudiée. Ceci permettant de faire varier deux paramètres : les vitesses de montée en température, la présence d’une pression appliquée ou non lors du traitement thermique et la nature de l'atmosphère. Une comparaison entre ces quatre techniques pour le frittage du BAS a également été réalisée vis-à-vis des produits obtenus. Dans un second temps, les frittages du BAS hexagonal monolithique et du composite BAS/alumine sont étudiés. pour cela, deux voies de frittage ont été réalisées : le frittage conventionnel et le frittage réactif. Le premier nécessite la fabrication préalable de poudre de BAS héxagonal tandis que le second est réalisé à partir de poudres précurseurs. Les quatre technologies de frittage ont également été utilisées pour cette étude afin d'en dégager une voie d'obtention du monolithe et du composte.

The present work inclines on one hand toward the controlled matrix elaboration, the barium aluminosilicate or BaAl2Si2O8 (BAS), and on the other hand, the matrix reinforcement by continuous alumina fibers. In order to product a usable material at high temperature, the BAS’s hexagonal form (metastable between room temperature and 1590 °C and stable from 1590 °C to 1750 °C) must be used. First, the study inclines toward the pur hexagonal BAS elaboration. An understanding of the mechanism reactions which occurs during the BAS solid state reactional sintering was searched. Then, the hexacelsian elaboration with four sintering technologies (SPS (Spark Plasma Sintering), UFPS (Ultra Fast Pressureless Sintering), HP (Hot Pressing) and conventional oven) was studied. This enabling to focus on the variation of two parameters: the heating rate, the pressure application on the sample during the heat treatment and the atmosphere. A comparison between these four processes for the BAS synthesis was realized regarding to the products obtained. Secondly, the sintering of monolithic hexagonal BAS and BAS/alumina composites were studied. For that, two processes were realized: conventional sintering and reactive sintering. The first one needs the production of hexagonal BAS powder beforehand. the four sintering technologies were also used in this study in order to find a fabrication process for the monolith and the composite.