Étude expérimentale de la fabrication additive du nitrure de silicium

Experimental study οf the additive manufacturing οf silicοn nitride

• Auteur / Autrice : Théotim Marie
• Direction : Sylvain Marinel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/03/2025
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Wilfrid Prellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Pateloup, Helen Reverón, Chee Lip Gan, Zheui Du, Charles Manière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Pateloup, Helen Reverón
• DOI : 10.70675/8bb1cb90zb9caz45a2zab0az6afca6b3e895

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frittage (métallurgie)

Propriétés mécaniques

Nitrure de silicium

Stéréolithographie

Mots clés libres

Déliantage

Épaisseur de parois

Stereolithography

Silicon nitride

Debinding

Wall-Thickness

Sintering

Mechanical properties

Résumé

La stéréolithographie de suspensions céramiques photopolymérisables est une technique de fabrication additive de haute résolution pour fabriquer des pièces céramiques complexes. Bien qu’elle étende les possibilités d’applications, l’un des inconvénients est la faible épaisseur de parois réalisable. Les polymères formant une structure réticulaire après polymérisation sont pyrolysés lors d’une étape appelée déliantage. Pendant le déliantage, les composés gazeux passant par des canaux d’évacuation créent des pressions internes, résultant souvent en la création de fissures. Lorsque cette thèse a débuté, l’épaisseur de parois critique jusqu’où les pièces ne présentaient pas de défaut était comprise entre 4 et 5 mm pour le nitrure de silicium. Grâce à une optimisation du déliantage se reposant sur l’analyse d’ATG, des pièces d’épaisseurs de parois allant jusqu’à 11 mm ont été obtenues sans défaut. Lors de cette optimisation, l’impact de l’épaisseur des couches a été étudié et il a été révélé qu’une faible épaisseur de couche réduit le risque d’apparition de fissure. Enfin, les propriétés mécaniques ont été mesurées, montrant des valeurs similaires au nitrure de silicium fabriqué par des méthodes plus conventionnelles.

Stereolithography of UV-curable ceramic suspensions is an additive manufacturing technique with high precision and great resolution to fabricate complex ceramic parts. While it widens the possibilities of applications, one of the drawback of this method is the low wall-thickness of the parts. The polymers forming the network structure upon cross-linking undergo pyrolysis in a step called debinding. During debinding, the gaseous compounds going through evacuation channels create internal pressures, often resulting in crack formation. When this PhD started, the critical wall-thickness where crack-free parts are obtained was located between 4 and 5 millimeters for silicon nitride. Thanks to an optimization of the debinding relying on TGA analysis, defectless parts with a wall-thickness of up to 11 mm were obtained. During this optimization, the layer thickness impact was studied and it was revealed that a low layer thickness reduces risks of cracking. Finally, the mechanical properties were measured, showing values equivalent to silicon nitride fabricated by conventional methods.