LES TECHNOLOGIES DE CONSOLIDATION PAR FRITTAGE
(Spark Plasma Sintering (SPS), Frittage flash et frittage micro-ondes)
PILOTES : CRIBC et UPHF-LMCPA
Le frittage est un procédé thermique qui permet de faire évoluer un compact pulvérulent vers un matériau cohérent. Il s’agit donc un processus de densification puisqu’il entraine une diminution, voire une élimination, de la porosité. Le frittage est réalisé à une température inférieure à la température de fusion du matériau. Si une fusion intervient toutefois dans le processus, elle ne peut être que très localisée afin de conserver une cohérence à l’ensemble de la pièce. Le frittage conserve donc (idéalement) la forme de l'objet mais s'accompagne (en général) d'une modification de ses dimensions. Par ailleurs, les paramètres de frittage appliqués pendant le cycle thermique conditionnent les propriétés finales de l’objet consolidé. Les technologies SPS, flash et micro-ondes sont connues pour accélérer le processus de frittage, limiter la taille des grains et donc, améliorer les certaines propriétés, mécaniques par exemple, des pièces obtenues.
Frittage SPS / FAST
Frittage rapide par pressage uniaxial et chauffage par effet JouleFrittage de matériaux céramiques, métalliques ou compositesApplicable aux matériaux conducteurs et isolants.
Frittage FLASH
Frittage rapide (instantané) sous l’effet d’un champ électrique importantFrittage sans charge
Frittage de matériaux céramiques.
Equipement SPS (CRIBC)
Frittage micro-ondes
Frittage rapide par pressage uniaxial et chauffage par effet JouleFrittage de matériaux céramiques, métalliques ou compositesApplicable aux matériaux conducteurs et isolants
Equipement micro-ondes monomode (UPHF)
Équipement CSP (Cold Sintering Process) (UPHF)
Équipement micro-ondes multimode (UPHF)
XRF, ICP, XRD, EDX
MEB-EDX, microscopie optique et 3D
Elasticité*, flexion/compression*, conductivités électrique* et thermique*, dureté, …
Dilatométrie par contact ou optique
Photo supérieure dilato optique (CRIBC) permettant de voir des déformations locales et délaminationsPhoto inférieure : dilatomètre par contact (UVHC)
THEMES DE RECHERCHE ET REALISATIONS
Accélération du frittage sous l’effet d’un champ électrique ou électromagnétique (SPS, flash, micro-ondes). Etude comparative de la consolidation de matériaux composites, isolants ou conducteurs. Benchmark de ces nouvelles techniques (impact microstructure/défauts, propriétés, rendement énergétique...).RESULTATS (à venir)
Réalisation d’objets de grandes dimensions et homogènes. Pièces aux propriétés améliorées, ou élaborées plus rapidement, par rapport à ce que permettent les technologies conventionnelles. Modélisation et réalisation de pièces de formes complexes. Matériaux transparents.
Le but de cette étude sera de réaliser des composites alumine/zircone par frittage SPS et micro-ondes, puis de caractériser les propriétés microstructurales et mécaniques des échantillons obtenus afin de comparer les deux techniques. Cela permettra de mettre en avant les avantages des deux techniques qui pourront alors être développés lors de prochaines études.
Les techniques de frittage non-conventionnel permettent la densification de pièces en céramiques en des temps très courts, généralement quelques dizaines de minutes pour l’ensemble du cycle thermique à des températures inférieures à celles nécessaires au cours d’un frittage conventionnel.La technique utilisée est le Frittage SPS (Spark Plasma Sintering) pour fritter un matériau composite dit ultra-haute-température. Les cibles générées sont testées de manière à générer unrevêtement PVD…
Les techniques d’usinage hybride en cru permettent l’obtention de pièces en séries limitées mais avec un degré élevé de personnalisation. Le post usinage par laser d’obtenir une personnalisation accrue des pièces obtenus ou la possibilité d’obtenir d’usinage de détails avec une finesse que l’usinage mécanique ne peut atteindre tout en conservant une vitesse de traitement élevée. Le frittage naturel en atmosphère contrôlée autorise le frittage de grandes quantités de pièces net-shape sans déformation au frittage avec une morphologie complexe et des détails fins.