Academic literature on the topic 'Pressage (Métallurgie des poudres)'

Ce travail d’élaboration de céramique transparente pour la protection balistique s’inscrit dansun contexte d’allégement de structure et d’amélioration des propriétés optiques et mécaniques.Le remplacement de la face avant en verre par une céramique polycristalline, telle que lespinelle MgAl2O4 permet d’optimiser considérablement les performances balistiques, touten diminuant la masse et le volume de la protection. Le principal objectif de ce travail a étél’obtention d’une céramique transparente type spinelle avec une microstructure à grains finspermettant d’obtenir de bonnes propriétés mécaniques et balistiques. Afin de contrôler lamicrostructure de la céramique, il est nécessaire d’adopter des conditions de frittage douces,c’est pourquoi l’utilisation d’une poudre très fine et réactive a été envisagée. Mais l’utilisationd’une telle poudre soulève souvent des problèmes de mise en forme et de frittage homogène,qui sont un frein à la transparence de la céramique. Cette étude s’est tout d’abord focaliséesur la poudre de spinelle en comparant quatre poudres de spinelle commerciales. Cette partiea permis de mettre en avant les particularités rhéologiques ou morphologiques nécessaires àla mise en forme des céramiques, influençant ainsi le frittage et donc la transparence finale,comme par exemple le réarrangement granulaire, la surface spécifique ou la perméabilité. Unefois la poudre de spinelle choisie, une étude de traitement a été menée sur cette dernièreen exploitant son agglomération afin d’obtenir une céramique transparente dans le visibleavec une microstructure fine. Le challenge a été d’optimiser sa mise en forme par différentstraitements et son frittage. Cette étude s’est soldée par l’obtention de céramique transparenteà fine microstructure (taille de grain de 4-5_m) et avec une transmission en ligne de 71%à 650nm, grâce à l’utilisation d’un spray dryer et d’un additif PEG. Une autre étude s’estconcentrée sur la possibilité de renforcer ce spinelle transparent par l’ajout de matériau dedifférentes natures (nanodiamant, alumine, zircone). L’objectif a été d’améliorer les propriétésmécaniques du spinelle, tout en gardant intactes ses propriétés optiques. L’ajout de phasesecondaire en tant que renfort soulève de nombreuses difficultés de par leurs tailles, l’indicede réfraction différent du spinelle et les éventuelles réactions qui peuvent se produire lors dufrittage. Une dernière étude a été menée sur la mise en forme de forme complexe, permettantainsi d’autres applications du spinelle en tant que protection. La voie classique par pressageuniaxial s’étant avéré peu concluante, une mise en forme par voie liquide s’est montrée êtreune solution envisageable. Elle a nécessité une étude complète de la mise en suspension duspinelle et son comportement lors de sa mise en forme. Chacune des études s’est appuyée surla morphologie de la poudre et son évolution lors de la mise en forme et le frittage, par lebiais d’études microstructurales et rhéologiques ainsi que l’évaluation des propriétés optiqueset mécaniques
This work aims to elaborate the benefits of transparent ceramics in ballistic protection systemswhich are employed by the military in their vehicles. The main focus lies on improving bothoptical and mechanical properties as well as reducing the weight of the system as a whole.Substituting the standard multilayered front glass panel with a polycrystalline ceramic, suchas the spinel MgAl2O4 used in this work, considerably improves its ballistic performance, whilesimultaneously reducing its mass and volume. In order to achieve these improved properties,which most commonly result from a fine-grained microstructure, a very fine grained andreactive powder is used. However, the use of such powders raises additional difficulties inshaping and homogeneous sintering, all of which have a negative effect on the transparency ofthe ceramic. The first focus of this study is the selection of an appropriate powder, carried outby comparison of multiple commercially available powders. This following step highlightedthe rheological and morphological particularities of the examined powders, necessary for theshaping of ceramics, and influencing the sintering and thus the final transparency, such asgranular rearrangement, specific surface area or permeability. Once the spinel powder hadbeen chosen, a processing study was carried out on it, exploiting its agglomeration to obtain avisibility transparent ceramic with a fine microstructure. Since some nanopowders presentedwith difficulties in shaping, further optimization of different treatment methods (use of afreeze dryer, an oven or a spray dryer) in combination with appropriate sintering approacheswere explored. Ultimately, by combining a spray dryer and a PEG additive, the study resultedin the production of a transparent spinel ceramic with a fine microstructure (grain size of4-5 µm) and an in-line transmission of 71% at 650 nm. A parallel study on strengtheningthe transparent spinel by introducing various additives, such as nanodiamond, alumina, andzirconia was also carried out. The primary objective was to improve the mechanical propertiesof the spinel, while keeping its optical properties untouched. The addition of a secondaryphase as reinforcement raised many difficulties, mainly due to the size disparity, differentrefractive index of the spinel and potential unwanted reactions that can occur during sintering.Lastly, the final study focused on complex shaping of spinel ceramics for ballistic protection.As a prerequisite, a complete examination of the spinel’s suspension and its behaviour duringshaping had to be performed. The new findings validated liquid shaping as a viable solutionto achieve transparent 3D profiles, while the classic uniaxial pressing route did not yield anyconclusive results. Each of the studies was based on the morphology of the powder and itsevolution during shaping and sintering. The results were obtained through microstructuraland rheological studies as well as the evaluation of optical and mechanical properties

Cette étude s’intéresse à l’amélioration et l’allégement des protections balistiques transparentes. L’utilisation conventionnelle de verre assure une haute efficacité face à un projectile, cependant associée à une masse élevée et à une forte épaisseur du blindage. Le remplacement de la face avant par une céramique polycristalline, telle que le spinelle MgAl2O4, assure un gain de performance et une réduction du volume de l’assemblage. L’élaboration de ce matériau requiert la combinaison d’une haute qualité optique dans le domaine du visible et de propriétés mécaniques élevées. Dans ce travail, l’application d’un frittage naturel sous vide d’une poudre commerciale de haute pureté a permis de limiter l’introduction d’impuretés néfastes à la transparence et la croissance granulaire. Une étape supplémentaire de pressage isostatique à chaud s’est montrée nécessaire à l’élimination des pores résiduels et à l’obtention de spinelles transparents de haute qualité optique (80% à 400-800 nm, e = 2 mm, Ø21 mm). Une étude de la microstructure avant et après post-traitement a permis de mettre en relation la taille des grains et des pores avant post-frittage avec la croissance granulaire observée pendant ce traitement. Une optimisation du procédé a ainsi pu être mise en place afin de limiter l’augmentation de la taille des grains et obtenir une microstructure homogène (~ 12 μm). Après un changement des dimensions des échantillons réussi (e = 4 mm, Ø60 mm), différents spinelles à propriétés microstructurales et mécaniques distinctes ont été sélectionnés pour une évaluation en conditions balistiques
This work focuses on the improvement and the lightening of transparent ballistic armours. The conventional use of glass provides high efficiency against a projectile, however associated with a heavy and thick armour. The replacement of the strike face by a polycrystalline ceramic, such as MgAl2O4 spinel, leads to a performance gain and a decrease of the protection volume. The development of this material requires the combination of a high optical quality in the visible domain and high mechanical properties. In this work, pressureless sintering under vacuum of a high purity commercial powder allowed to minimize the addition of impurities, detrimental to the transparency, and the grain growth phenomenon. An additional step of hot isostatic pressing was necessary to eliminate residual porosity and to obtain transparent spinel with high optical quality (80% at 400-800 nm, t = 2 mm, Ø21 mm). An analysis of the microstructure before and after the post-treatment made it possible to determine the link between the grain and pore sizes before post-sintering and the observed grain growth during this treatment. An optimisation of the process was established in order to restrain the grain size increase, and thus to obtain a homogeneous microstructure (~ 12 μm). After a successful up-scaling of the samples (t = 4 mm, Ø60 mm), several spinel samples with distinctive microstructural and mechanical properties were selected in order to evaluate their performances through ballistic tests

Les poudres ceramiques destinees a la mise en forme par pressage sont souvent granulees par atomisation sechage de suspensions aqueuses. Plusieurs polymeres hydrosolubles entrent dans la formulation de la poudre atomisee. Pour comprendre le mode d'action de ces additifs organiques sur le comportement des poudres atomisees au pressage et en particulier celui du liant, nous avons examine, dans une premiere etape, l'evolution de la compacite de l'empilement forme par les granules au cours du pressage. Un modele est propose pour rendre compte de l'evolution de la porosite intergranulaire. La nature du liant et sa temperature de transition vitreuse conditionnent l'aptitude des granules a la deformation. Dans une seconde etape, nous avons etudie les proprietes mecaniques (resistance a la rupture, module d'elasticite) des produits presses en fonction de la pression de mise en forme. Une segregation du liant a la peripherie des granules a ete mise en evidence. La resistance a la rupture des comprimes resulte d'un compromis entre l'adhesion mutuelle des granules deformes et les proprietes mecaniques du liant, qui sont a leur tour liees a sa temperature de transition vitreuse. Enfin, nous avons applique les connaissances acquises lors de cette etude pour preparer des nanocomposites a1#2o#3/sic par dispersion des deux poudres en milieu aqueux

Les procédés d’hyper-déformations (SPD) peuvent imposer de très grandes déformations à un métal et en transformer les propriétés métallurgiques de la matière en introduisant une forte densité de dislocations et un important affinement de la microstructure. Dans ce travail de thèse présenté, des expériences en torsion à haute pression (HPT) ont été réalisées pour la consolidation des différentes poudres de fer de taille à l’échelle nano et micrométrique. Ces expériences ont été effectuées avec succès à la température ambiante aboutissant à la fois à un faible niveau de porosité résiduelle et l'affinement significatif de la taille de grain, grâce à une importante déformation en cisaillement et à de la pression hydrostatique appliquée au procédé HPT. La compression a été faite en deux étapes: d'abord une compression axiale, puis déformation en cisaillement en tournant la partie inférieure de la filière HPT tout en maintenant constante la force axiale. L'homogénéité de la déformation en cisaillement à travers l'épaisseur du disque a été examinée par une mesure de déformation locale, qui montre une distribution du gradient. L'analyse par diffraction à rayons X a été réalisée sur des échantillons consolidés qui ont révélé une proportion peu importante d’oxydes. L'effet de la déformation en cisaillement sur la microstructure et la texture a été étudié par microscopie électronique à balayage et EBSD. La micro-dureté et la porosité moyenne des échantillons en fonction de la déformation en cisaillement, à pression hydrostatique constante, ont également été mesurées. Une trame de modélisation mise en œuvre dans le modèle de Taylor a été développée pour simuler l'effet du glissement aux joints de grains pour l'évolution de la texture cristallographique. Le principal effet constaté est un décalage des orientations idéales dans les conditions de cisaillement simple, ce qui a été vérifié expérimentalement. Le procédé de consolidation par HPT a été simulé numériquement en utilisant la méthode des éléments finis pour un modèle de plasticité des poudres. La simulation de ce dernier a permis de confirmer la porosité résiduelle moyenne observée expérimentalement et les différents gradients de la déformation plastique. La distribution de la densité locale a également été modélisée
Severe plastic deformation (SPD) processes can impose extremely large strains to a metal and transforming the metallurgical state of the material by introducing high dislocation density and high level of microstructure refinement. In the present thesis work High Pressure Torsion (HPT) experiments were performed for consolidation of different powders including Nano- and Micro- scaled iron powders. The experiments were carried out successfully at room temperature, achieving both low level of residual porosity and significant grain refinement, thanks to the intense shear strain and hydrostatic pressure applied in HPT. The compaction was done in two steps: first axial compaction, then shear deformation by rotating the bottom part of the HPT die while maintaining the axial force constant. The homogeneity of shear strain across the thickness of the disk was examined by local strain measurement, showing a gradient distribution. X-ray diffraction analysis was carried out on the consolidated samples which revealed no significant proportion of oxides. The effect of shear deformation on the microstructure and texture was investigated by metallographic scanning electron microscopy and electron backscattered diffraction (EBSD). The micro-hardness and average porosity of the samples as a function of shear strain at constant hydrostatic pressure were also measured. A modeling frame implemented into the Taylor model was developed to simulate the effect of Grain Boundary Sliding (GBS) on the evolution of crystallographic texture. The main effect found is a shift of the ideal orientations under simple shear conditions, which was verified experimentally. The consolidation process by HPT was simulated numerically using the finite element method together with a powder plasticity model. The simulation of the consolidation process permitted to confirm the experimentally observed average residual porosity and the different gradients in the plastic strain. The local density distribution was also modeled

Les procédés d'élaboration des céramiques avancées nécessitent, de manière générale, l'utilisation d'auxiliaires organiques, dont la vocation est de conférer aux matériaux les propriétés d'écoulement ou de cohésion souhaitées. La coexistence des différents additifs dans la suspension céramique de départ entraîne des interactions non seulement entre les additifs et la poudre mais aussi entre les additifs eux-mêmes. Dans le procédé de granulation des poudres de pressage par atomisation, la faible adsorption du liant, au regard de celle de dispersant engendre une distribution hétérogène de la phase organique dans les céramiques crues. Notre étude a pour objectif la définition et la synthèse de nouveaux polymères, qui portent deux fonctions susceptibles de leur conférer à la fois le rôle de liant et de dispersant. Une attention particulière est portée d'une part, sur la compréhension des phénomènes d'interaction entre ces copolymères et la surface des poudres d'alumine en suspension aqueuse par l'étude des isothermes d'adsorption, des propriétés électrocinétiques et rhéologiques et, d'autre part, sur l'effet de ces interactions sur l'état de dispersion des poudres. Les propriétés mécaniques des pièces crues élaborées par pressage des poudres atomisées en présence des copolymères synthétisés sont ensuite évaluées et discutées en tenant compte de la nature des copolymères
The forming of advanced ceramics generally requires the use of organic additives, in order to confer to the system desired properties of flow and cohesion. The introduction of different organics in the ceramic suspension often involves interactions not only between the additives and the particles but also between the additives themselves. In the spray-drying process of powders for die pressing, the weak adsorption of the binder in comparison to that of the dispersant generates a heterogeneous distribution of the organic phase in the ceramic green part. The aims of this study is the definition and the synthesis of new polymers, which would carry two functions in order to confer both the role of binder and dispersant. A particular attention is paid in on hand, on the comprehension of the phenomena of interaction between these copolymers and the surface of the alumina powders in aqueous suspension with the study of the adsorption isotherms, the electrokinetic and rheological properties and, in the other hand, on the effect of these interactions on the state of dispersion of the powders. The mechanical properties of green parts pressed using spray dried powders with the synthesized copolymers are evaluated and discussed according to the nature copolymers

Dans le cadre du projet ASTRID, le procédé de fabrication du combustible nucléaire par métallurgie des poudres, pour les RNR, est revisité dans le but d’être simplifié. En particulier, nous cherchons à supprimer l’étape de granulation mécanique de la poudre qui lui confère un bon comportement à l’écoulement. La problématique, est d’arriver à faire s’écouler spontanément et rapidement une poudre, à travers un orifice par lequel elle ne s’écoule pas naturellement. Par ailleurs, la poudre alterne entre des phases d’écoulement et de non-écoulement.Pour garantir l’écoulement de la poudre à travers le moule de presse, nous appliquons des vibrations horizontales. Les vibrations permettent de faire s’écouler la poudre et d’atteindre le débit requis par les cadences de fabrication. Toutefois, elles ont également le défaut, lors des phases de non-écoulement, de compacter la poudre et de retarder les futurs écoulements. Tout l’art du remplissage des moules de presse assisté par vibrations consiste à maîtriser le caractère ambivalent des vibrations.L’évolution singulière de la compacité des poudres d’actinides, lors de la phase de non écoulement, nous a amené à définir un modèle stochastique unidimensionnel de compaction. La confrontation des résultats de simulation, avec les lois empiriques de compaction, a permis d’identifier le sens physique des paramètres d’ajustement des lois empiriques. Nous avons aussi proposé une nouvelle loi d’évolution de la compacité à deux exponentielles étirées. Cette nouvelle loi rend compte, non seulement de la cinétique de compaction des poudres d’actinides mais également de l’ensemble des résultats que nous avons trouvé dans la littérature
In the framework of the ASTRID project, the nuclear fuel production process by powder metallurgy, for Fast Neutron Reactors, is revisited in order to be simplified. In particular, we seek to remove the mechanical granulation step of the powder which gives a good flow behavior during the filling of press molds. The aim is to reach a spontaneous and quick powder flow through a hole in which the powder does not flow without external energy. Furthermore, the powder alternates between flow phases during the filling of press molds, and non-flow phases during the compaction and ejection of the pellet.We hence apply horizontal vibrations to ensure the flow of the powder through the press mold. The vibrations help the powder to flow and increase the production rates. However, they have the disadvantage to compact the powder and delay the future flows, during the non-flow phases. The art of filling the press mold assisted by vibrations is to master / control the ambivalent nature of the vibrations.The remarkable packing fraction evolution of actinides powders, during the non-flow phases, allows us to define a simple 1D stochastic model to understand the compaction kinetics. The comparison of the stochastic model with the empirical compaction laws found in the literature helps us to identify the physical meaning of fitting parameters proposed by the empirical models. Furthermore, we have also proposed a new compaction law with two-stretched exponentials. This new law not only reflects the compaction kinetics of actinides powders, but also of all the compaction data we found in the literature