Etude des propriétés physiques et mécaniques de matériaux ...

Caractérisation du compact massif et de ses constituants
que les grains d’AlON F220 (d 50 =78µm) ont un taux d’azote supérieur (1,98%). Pourtant, la variation
de masse totale provoquée par l’oxydation est identique (2,7%). L’azote pouvant être contenu aussi
bien dans la phase ’ que dans des impuretés, il est possible de déduire que ces deux grains diffèrent à
la fois de par leur stœchiométrie de la phase majoritaire et par leur taux d’impuretés (AlN).
Analyse cinétique des thermogrammes. A partir des différents thermogrammes obtenus, nous
avons cherché à savoir quels étaient les mécanismes régissant les cinétiques d’oxydation. Il existe
deux mécanismes limites principaux: le régime de propagation de l’interface réactionnel et le régime
diffusionnel. En première approximation, nous considérons les grains d’AlON comme sphériques.
Quelles sont alors les équations traduisant les deux modèles limites ?
Dans le cas du régime de propagation de l’interface réactionnelle, Jach propose en 1963,
l’équation suivante :
1/3
kt 1 1 (3.6)
avec t le temps, le degré d’avancement à une température donnée et k une constante
k k exp E
0
RT
(3.7)
avec k 0 une constante, T la température, R la constante des gaz parfait et E l’énergie d’activation.
Plusieurs équations ont été proposées pour modéliser le régime diffusionnel en symétrie
sphérique, c’est à dire que l’oxydation est limitée par la diffusion d’espèces dans la couche oxydée.
Précisons les hypothèses et simplifications utilisées pour aboutir à ces modèles. En 1927 Jander [99]
propose la première équation. Il considère que le degré d’avancement diminue avec l’augmentation de
l’épaisseur de la couche. Cette relation est seulement valable pour les faibles épaisseurs d’oxydation
car ce calcul diffusionnel est en fait mené en symétrie plan. Il aboutit à l’équation suivante :
1/3
1
1
kt
Malheureusement son approche souffre de deux simplifications importantes. La première est que
son équation ne prend pas en compte l’évolution de l’aire de la surface réactive. L’autre simplification
est qu’il n’intègre pas la variation de volume entre le produit initial et le produit final. C’est pourquoi
deux autres modèles ont été proposés pour considérer ces deux paramètres.
2
(3.8)
En 1950, Ginstling et Brounshtein [100] proposent l’équation suivante pour le régime diffusionnel
en symétrie sphérique. Elle a été établie à partir d’approximations de l’équation différentielle régissant
la diffusion (équation de Fick). Cette équation prend en compte la variation de l’aire d’interface.
kt 1 2 1 2/3
(3.9)
3
Carter en 1961[99] propose un modèle qui intègre la variation de volume des phases () et la
variation de l’aire réactive:
avec , le rapport des volumes des phases
2/3 2/3
1 1 1 1
kt
1
(3.10)
Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0111/these.pdf
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© [E. Xolin], [2005], INSA de Lyon, tous droits réservés