Elaboration de céramiques transparentes par SPS sous haute pression et sans contamination au carbone
| dc.contributor.author | HOGGAS , Khadidja | |
| dc.contributor.author | HAMIDOUCHE , Mohamed Encadrant | |
| dc.contributor.author | FANTOZZI , Gilbert Co-Encadrant | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-29T12:53:34Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | La demande de matériaux innovants alliant viabilité économique, rentabilité et hautes tolérances a conduit à la fabrication de nouveaux éléments optiques. Les céramiques transparentes sont privilégiées en raison de leurs qualités optiques exceptionnelles et de leur grande durabilité pour les applications optiques. Les propriétés remarquables de la spinelle (MgAl2O4) ont démontré leur potentiel dans le développement de matériaux transparents, tels que leur transmission élevée (87%), leur dureté élevée, leur résistance aux fissures et leur faible conductivité thermique. L'objectif est de produire des céramiques polycristallines transparentes présentant des propriétés optiques exceptionnelles ainsi qu'une amélioration des propriétés mécaniques. Ces céramiques sont fabriquées par frittage Spark Plasma Sintering (SPS), une méthode efficace permettant d'obtenir rapidement des matériaux polycristallins transparents et complètement denses avec des nano-grains, à des températures relativement basses. Afin de réaliser ce travail, une céramique polycristalline à base de spinelle d'aluminate de magnésium (MgAl2O4) a été frittée par SPS à partir de nanopoudres de spinelle commercial à différentes températures (1300, 1350 et 1400 °C) et sous une pression de 73 MPa. Les échantillons frittés ont été minutieusement analysés pour évaluer leurs propriétés microstructurales, optiques et mécaniques. Cette étude a employé différentes techniques telles que le MEB, l’AFM, la spectrophotométrie avec une sphère d'intégration, la dureté Vickers, le tribomètre Pin-on-Disk, ainsi que des tests de résistance aux rayures et de résistance au sablage. Les résultats indiquent l'impact significatif de la température de frittage sur les propriétés des échantillons de spinelle. En particulier, les spinelles fabriqués à basse température de frittage à utiliser de la poudre S25 CRX 12 présentent les meilleures valeurs de transmission (RIT =83 % à 550 nm). Ce résultat positif peut être expliqué par la haute pureté de cette poudre, notamment en ce qui concerne la concentration en soufre. De plus, ces échantillons présentent des propriétés mécaniques exceptionnelles, notamment la dureté Vickers (Hv ≈ 17,5 GPa), la ténacité à la rupture (KIC ≈ 1,3 MPa √ m) et le module d'élasticité (E ≈ 279 GPa). De même, l'étude tribologique a révélé que les spinelles frittés à basse température présentent des granulométries fines, une dureté élevée et une grande résistance à l'usure. De plus, les expériences de sablage et de rayure ont confirmé l'impact important de la température de frittage sur les caractéristiques mécaniques des spinelles produites. | |
| dc.description.abstract | The demand for innovative materials combining economic viability, cost-effectiveness and high tolerances has led to the manufacture of new optical elements. The transparent ceramics are favored because of their exceptional optical qualities and high durability for optical applications. The remarkable properties of spinel (MgAl2O4) have demonstrated their potential in the transparent materials development, such as high transmission (87%), high hardness, resistance to cracking and low thermal conductivity. The aim is to produce transparent polycrystalline ceramics with outstanding optical properties and improved mechanical properties. These ceramics are fabricated by SPS sintering, an efficient method for quickly obtaining transparent, fully dense polycrystalline materials with nanograins, at relatively low temperatures. To realize this work, a transparent polycrystalline ceramic based on magnesium aluminate spinel (MgAl2O4) was sintered by Spark Plasma Sintering (SPS) from commercial spinel nanopowders at different temperatures (1300, 1350 and 1400 °C) under a pressure of 73 MPa. The sintered samples were thoroughly analyzed to assess their microstructural, optical and mechanical properties. This study employed various techniques such as SEM, AFM, spectrophotometry with an integrating sphere, Vickers hardness tester, Pin-on-Disk tribometer, as well as scratch resistance and sandblast resistance tests. The results indicate the significant impact of sintering temperature on the properties of spinel samples. In particular, spinels produced at low sintering temperatures and using S25 CRX 12 powder show the best transmission values (RIT =83% at 550 nm). This positive result can be explained by the high purity of this powder, particularly with regard to sulfur concentration. In addition, these samples exhibit outstanding mechanical properties, including Vickers hardness (Hv ≈ 17.5 GPa), fracture toughness (KIC ≈ 1.3 MPa √ m) and modulus of elasticity (E ≈ 279 GPa). Similarly, the tribological study revealed that low-temperature sintered spinels exhibit fine grain sizes, high hardness and high wear resistance. In addition, sandblasting and scratching experiments confirmed the significant impact of sintering temperature on the mechanical characteristics of the spinels produced. | |
| dc.description.sponsorship | أدى الطلب المتزايد على المواد المبتكرة التي تجمع بين الجدوى االقتصادية، والفعالية من حيث التكلفة والدقة العالية إلى تصنيع السيراميك الشفاف بسبب خصائصه البصرية االستثنائية ومتانته العالية للتطبيقات البصرية. عناصر بصرية جديدة. يتم تفضيل إمكاناتها في تطوير مواد شفافة نظرً ا لخصائصها الرائعة، مثل نفاذيتها MgAl₂O₄ وقد أثبتت مادة اإلسبنيل ألومينات المغنيسيوم ق، وانخفاض توصيلها الحراري. ) وصالبتها العالية ومقاومتها للتشق %87 الضوئية العالية ( يهدف هذا البحث إلى إنتاج سيراميك متعدد البلورات شفاف يتمتع بخصائص بصرية متميزة إلى جانب تحسين الخصائص , وهي طريقة فعالة للحصول بسرعة على )SPS( الميكانيكية. ويتم تصنيع هذه المواد باستخدام تقنية التلبيد بالبالزما الشرارية دة البلورات شفافة وكثيفة بالكامل مع حبيبات نانوية في درجات حرارة منخفضة نسبيًا. من أجل تنفيذ هذا العمل، تم تلبيد مواد متعد سيراميك متعدد البلورات من سبينيل ألومينات المغنيسيوم وذلك انطالقً ا من مساحيق نانوية تجارية من السبينيل عند درجات ميجا باسكال. ثم خضعت العينات الملبدة لتحليل دقيق 73 درجة مئوية) وتحت ضغط 1400 ، و 1350 ، 1300 حرارة مختلفة ( لتقييم خصائصها البنية المجهرية والبصرية والميكانيكية. تمت دراسة العينات باستخدام تقنيات متعددة مثل المجهر اإللكتروني ة الخدش ومقاومة السفع الرملي. أظهرت النتائج التأثير واختبار صالدة فيكرز، واختبار التآكل، باإلضافة إلى اختبارات مقاوم S25 CRX 12 الكبير لدرجة حرارة التلبيد على خصائص عينات السبينيل. وعلى وجه الخصوص، أظهرت العينات السبينيل ويمكن تفسير هذه النتيجة ( نانومتر 550 دعن )RIT=83% الضوئية الملبدة عند درجات حرارة منخفضة أفضل قيم للنفاذية اإليجابية بالنقاء العالي لهذا المسحوق، خاصةً فيما يتعلق بتركيز الكبريت. وباإلضافة إلى ذلك، تُظهر هذه العينات خواص ميكانيكية ≈ E( المرونة ومعامل )KIC ≈ 1.3 MPa√m( وصالبة الكسر )Hv ≈ 17.5 GPa( فيكرز استثنائية، بما في ذلك صالبة 279 GPa) كشفت الدراسة الترايبولوجية أن اإلسبنيل الملبد بدرجة حرارة منخفضة يُظهر أحجام حبيبات دقيقة وصالبة عالية ،وباإلضافة إلى ذلك، أكدت تجارب السفع الرملي والخدش التأثير الكبير لدرجة حرارة التلبيد على الخواص ومقاومة عالية للتآكل. . الميكانيكية لإلسبنيل المنتج | |
| dc.identifier.uri | https://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/1604 | |
| dc.language.iso | fr | |
| dc.publisher | Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Institut d'Optique et Mécanique de Précision | |
| dc.subject | Key words: Spinel | |
| dc.subject | transparent ceramics | |
| dc.subject | SPS | |
| dc.subject | mechanical properties | |
| dc.subject | sandblasting | |
| dc.title | Elaboration de céramiques transparentes par SPS sous haute pression et sans contamination au carbone | |
| dc.type | Thesis |