Processing of transparent YAG and BaTiO3 ceramics by SPS

Résumé

Cette thèse vise à élaborer des céramiques transparentes de grenat d’yttrium et d’aluminium (YAG) et de titanate de baryum (BT) et à investiguer la relation entre
les propriétés fonctionnelles (optiques et diélectriques) des céramiques frittées
et les caractéristiques des poudres et paramètres de frittage.
Trois poudres de YAG différentes (deux commerciales et une synthétisée) ont été densifiées par Spark Plasma Sintering (SPS). Le rôle des caractéristiques physico-chimiques des poudres (pureté, agglomération et stœchiométrie) sur le frittage et la transmission optique des échantillons a été
investigué. De plus, différents pré-traitements et/ou post-traitements ont été optimisés en fonction du type de poudre afin d’améliorer l’homogénéité et la transmission optique des céramiques obtenues. Dans le cas de poudres agglomérées, une dispersion par ultrasons a été efficiente pour augmenter l’homogénéité et la transmission optique. Des post-traitements de recuit sous air et de post-hipping ont permis de réduire la quantité de lacunes d’oxygène et de porosités résiduelles, et ainsi d’améliorer la transmission optique des céramiques. L’effet néfaste des impuretés (soufre), même en quantités très faibles (50ppm) sur la transmission optique a été mis en évidence. Les meilleurs résultats de transmission optique ont été obtenus avec la poudre de YAG la moins agglomérée et de plus haute pureté: une transmission en ligne de 70%, mesurée à une longueur d’onde de 600 nm, a été obtenue après frittage SPS à 1500°C, sous 50 MPa, et avec l’addition de
0.2% LiF.
Après frittage SPS des poudres de titanate de baryum et de titanate de baryum et de strontium (BST), des échantillons noirs et opaques ont été obtenus. Néanmoins, l’optimisation des paramètres SPS (avec une dispersion préalable dans le cas de la poudre de BT) a conduit à des échantillons complètement denses, avec une microstructure composée de grains de taille inférieure au micron. Ces deux conditions ont conduit à l’obtention de céramiques translucides après un recuit sous air optimisé. Les échantillons présentent les meilleurs résultats de transmission optique obtenus jusqu`à
présent, dans la littérature, avec des valeurs de transmission totale de 35% et 41% (à 600 nm), pour des céramiques de BT et de BST, respectivement. Les céramiques complètement denses, de microstructure homogène contenant des grains de taille proche de 1 μm, présentent les valeurs de permittivité les plus élevées et après recuit des pertes diélectriques faibles.

la date de réponse	17 janv. 2018
langue originale	Anglais
L'institution diplômante	Universite de Namur
Sponsors	BCRC (Member of EMRA)
Superviseur	Luc Henrard (Promoteur), Laurent Boilet (Copromoteur), Laurent Houssiau (Président), Francis Cambier (Jury), Olivier Deparis (Jury), Philippe Aubry (Jury), Paola Palmero (Jury) & Claude Estournes (Jury)