Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux céramiques transparentes. Cette famille de céramiques techniques fonctionnelles allie les propriétés optiques des monocristaux et la flexibilité des procédés céramiques. Toutefois, leur transparence peut être rapidement altérée par des défauts engendrant des phénomènes de diffusion ou d’absorption de la lumière. Le lien entre leurs propriétés optiques (i.e. leur transparence) et leur composition, (micro-)structure est décrit. Les différentes étapes clés du procédé à maîtriser pour leur fabrication sont détaillées et discutées dans cet article : la synthèse des poudres, la mise en forme et le traitement thermique final de densification (frittage).
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This article is devoted to transparent ceramics. This family of technical ceramics associates the advantages of single-crystal optical properties and the flexibility of ceramic manufacturing processes. However, their transparency can be rapidly impaired by defects generating light scattering and absorption phenomena. The link between their optical properties (i.e. transparency), composition, and (micro-) structure is described. The different key steps to be managed during their manufacturing process are also detailed and discussed: powder synthesis, shaping and final thermal treatment for densification (sintering).
Auteur(s)
-
Rémy BOULESTEIX : Maître de Conférences - Institut de Recherche sur les Céramiques, IRCER UMR CNRS 7315, - Université de Limoges, France
-
Alexandre MAITRE : Professeur - Institut de Recherche sur les Céramiques, IRCER UMR CNRS 7315, - Université de Limoges, France
INTRODUCTION
Les céramiques transparentes polycristallines sont des matériaux produits par mise en forme de poudres et frittage de crus. De par leur nature et les procédés de fabrication utilisés, les céramiques transparentes combinent les propriétés des monocristaux (compacité, pureté, homogénéité) et les caractéristiques des céramiques (facilité de mise en forme, pièces de grande taille, flexibilité de composition). Elles permettent aussi d’accéder à des performances thermomécaniques exacerbées (ténacité, résistance aux chocs thermiques).
Depuis les premiers travaux de développement de céramiques transparentes menés dans les années 1950, de nombreux efforts de recherche ont été menés pour mieux maîtriser leur fabrication. En effet, le contrôle drastique du procédé de fabrication est nécessaire afin de maîtriser les microstructures des céramiques élaborées et, par voie de conséquence, leurs performances optiques. Le principal challenge dans ce cas repose sur l’élimination complète de la porosité et sur le contrôle des impuretés pouvant altérer leurs propriétés optiques. Ces deux objectifs peuvent être atteints grâce à la synthèse de nanopoudres pures et homogènes, la mise en œuvre de procédés de mise en forme par voie liquide, et le développement des techniques de frittage sous atmosphère contrôlée (sous vide, sous pression, etc.).
L’objectif de cet article est de préciser le lien entre les caractéristiques structurales, microstructurales et optiques des céramiques transparentes, de manière à pouvoir au final orienter le choix de procédés céramiques adaptés à leur fabrication. Les étapes clés du procédé sont détaillées à travers des exemples de réalisations.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et une liste des symboles utilisés.
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KEYWORDS
microstructure | sintering | transparent ceramics | light scattering | nanopowders
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Symboles
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5. Glossaire
biréfringence ; birefringence
Milieu qui présente un indice de réfraction fonction de la direction de polarisation de l'onde lumineuse (i.e. il dépend de la direction cristallographique).
frittage ; sintering
Procédé de fabrication de pièces consistant à chauffer une poudre compactée sans la mener jusqu'à la fusion. Sous l'effet de la chaleur, les grains se soudent entre eux, ce qui conduit à la consolidation de la pièce. Dans les cas favorables, la porosité entre les grains est éliminée (phénomène de densification), ce qui peut aussi s’accompagner d’un grossissement des grains.
agglomérat ; agglomerate
Ensemble de particules de poudre liés entre elles par des liaisons relativement faibles et de cohésion limitée.
agrégat ; aggregate
Ensemble de particules de poudre liés entre elles par des liaisons relativement fortes et de cohésion élevée (présence de joints de grains étendus entre les particules).
atomisation ; atomization
Procédé de granulation d’une poudre par pulvérisation et séchage de fines gouttelettes d’une suspension céramique. Le diamètre des granules obtenus est généralement de l’ordre de 200 à 700 µm.
pelletisation ; pelletization
Procédé de granulation d’une poudre par agitation mécanique et séchage d’une pâte céramique. Le diamètre des granules obtenus est généralement de l’ordre de 1 à 5 mm.
porosimétrie ; porosimetry
Technique de mesure de la distribution en taille des pores.
porosité inter (ou intra) granulaire ; inter (ou intra) granular porosity
Porosité localisée à l’intérieur des grains (intragranulaire) ou aux joints de grains (intergranulaire).
pressage à chaud ; Hot Pressing – HP
Procédé de frittage sous charge mécanique uniaxiale dans une matrice de pressage. La chaleur est apportée par une résistance externe.
pressage isostatique à chaud ; Hot Isostatic Pressing – HIP
Procédé de frittage sous charge isostatique à l’aide d’un gaz. La chaleur est apportée par une résistance externe.
frittage SPS ; Spark Plasma Sintering
Procédé de frittage...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KRELL (A.), HUTZLER (T.), KLIMKE (J.) - Transmission physics and consequences for materials selection, manufacturing, and applications. - J. Eur. Ceram. Soc. 29 207-221 (2009).
-
(2) - COBLE (R.L.) - Preparation of transparent ceramic Al2O3 . - Am. Ceram. Soc. Bull. 38 507 (1959).
-
(3) - COBLE (R.L.) - Transparent alumina and method of preparation. - U.S. Patent 3.026.210 (1962).
-
(4) - LEFEVER (R.A.), MATSKO (J.) - Transparent yttrium oxide ceramics. - Mater. Res. Bull. 2 865 (1967).
-
(5) - GRESKOVICH (C.), WOODS (K.N.) - Fabrication of transparent ThO2-doped Y2O3 . - Am. Ceram. Soc. Bull. 52 473-478 (1973).
-
(6) - LU (J.), BISSON (J.F.), TAKAICHI (K.), UEMATSU (T.), SHIRAKAWA (A.), MUSHA (M.), UEDA (K.), YAGI (H.), YANAGITANI...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
OPTIMATR (A Computer Program to Calculate Optical Properties of Materials), ARSoftware, 8201 Corporate Drive, Suite 1110, Landover MD 20785
Page web opensource interactive de calcul de diffusion lumineuse par la théorie de Mie :
https://omlc.org/calc/mie_calc.html
Logiciel opensource de calcul de diffusion lumineuse par la théorie de Mie :
http://www.philiplaven.com/mieplot.html
HAUT DE PAGE2.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Groupe Français de la Céramique
https://www.sf2m.fr//Vie_GFC/GFC_accueil.htm
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