Élaboration de céramiques transparentes d'oxydes de terres rares pour l'optique : Étude de nouveaux additifs de frittage à base de fluor et synthèse de nanopoudres par réacteur continu

Elaboration of transparent rare-earth oxide ceramics for optics: Study of new fluorine-based sintering additives and synthesis of nanopowders by continuous reactor.

• Auteur / Autrice : Florian Delaunay
• Direction : Alexandre Maitre, Rémy Boulesteix
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Inscription en doctorat le 28/09/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences et Ingénierie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les Céramiques
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IRCER AXE 4 CERAMIQUES SOUS CONTRAINTES ENVIRONNEMENTALES

Mots clés

Mots clés libres

Céramiques transparentes

Sesquioxydes de terre rare

Additifs de frittage

Coprécipitation

Yag

Réacteur de synthèse de poudre continu

Transparent ceramics

Rare earth sesquioxides

Sintering additives

So-precipitation

Yag

Continuous powder synthesis reactor

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur l'élaboration de céramiques transparentes pour des applications lasers comme milieu amplificateur, absorbant saturable ou scintillateur. Les composés étudiés sont les grenats et sesquioxydes de terres rares qui présentent d'excellentes propriétés thermomécaniques. Dans un premier chapitre, l'impact du fluor et de ses dérivés sur les mécanismes de frittage naturel de sesquioxydes de terres rares (Y2O3, Lu2O3) a été étudié. Au final, des céramiques transparentes de Y2O3 et Lu2O3 dopées à l'holmium ont été élaborées par frittage sous charge et leurs propriétés spectroscopiques étudiées. Dans un second chapitre, des nanopoudres de YAG ont été élaborées par la voie chimique de coprécipitation. Une étude des paramètres de synthèse a été menée afin de déterminer les meilleures conditions dans le but de synthétiser des poudres de YAG pures, fines et homogènes à l'aide d'un réacteur batch. Par la suite, ce procédé de synthèse a été transposé à l'utilisation d'un réacteur continu de type piston. L'influence du type de réacteur sur la pureté et la morphologie des nanopoudres de YAG synthétisées a été étudiée. Enfin, l'étude du comportement au frittage des nanopoudres ainsi obtenues a permis l'obtention de céramiques transparentes de YAG.

This thesis focuses on the development of transparent ceramics for laser applications as laser amplifiers, saturable absorbers or scintillators. The compounds studied are rare earth garnets and sesquioxides, which have excellent thermomechanical properties. In a first chapter, the impact of fluorine and its derivatives on the natural sintering mechanisms of rare earth sesquioxides (Y2O3, Lu2O3) was studied. Ultimately, transparent ceramics of Y2O3 and Lu2O3 doped with holmium were produced by pressure sintering and their spectroscopic properties studied. In a second chapter, YAG nanopowders were produced by the chemical coprecipitation route. A study of the synthesis parameters was carried out in order to determine the best conditions in order to synthesize pure, fine and homogeneous YAG powders using a batch reactor. Subsequently, this synthesis process was transposed to the use of a continuous piston-type reactor. The influence of the reactor type on the purity and morphology of the synthesized YAG nanopowders was studied. Finally, the study of the sintering behavior of the nanopowders thus obtained made it possible to obtain transparent YAG ceramics.