Etude des propriétés physiques et mécaniques de matériaux ...

Conclusions et perspectives
L’originalité de cette thèse est d’avoir considérer les meules abrasives à liant vitreux comme un
matériau granulaire cohésif. Cette approche a permis de commencer à comprendre et de décrire les
origines du comportement mécanique à température ambiante et à haute température.
Influence de la distribution granulométrique des grains. La distribution granulométrique a un
impact direct sur le procédé de mise en forme des meules. La coulabilité des grains diminue avec la
taille et la dispersion granulométrique des grains. A pression isostatique constante, la densité finale de
la meule dépend de la taille des grains mais aussi de leur dispersion. Dans notre étude, nous avons
montré que la diminution de la taille des grains entraîne une diminution du nombre de ponts de verre
ou de leur taux de remplissage puisque les meules sont élaborées à un taux massique constant de verre.
La diminution de la taille des grains entraîne une diminution du diamètre médian des pores. La
diminution de la taille des grains provoque une diminution de module d’élasticité et de la ténacité à
température ambiante sauf pour l’échantillon F1000 (d 50 =4,6 µm) où un retrait est très important. Cette
diminution s’explique par la diminution du nombre de ponts de verre. A haute température, cette
modification a une toute autre conséquence ; elle augmente la raideur des matériaux sans doute par la
création de contacts grain/grain.
Influence de la viscosité et de la mouillabilité du verre. L’augmentation de la température
d’élaboration des meules d’alumine provoque une augmentation de la cohésion entre les grains
abrasifs et le verre mais ne modifie pas la structure de la meule. Cette augmentation de cohésion
provient du remplissage des rugosités du grain et sans doute de l’augmentation de l’énergie
interfaciale due à une diffusion plus importante. Cette augmentation de cohésion se traduit par un
module d’élasticité et une ténacité apparente des meules plus élevés.
Comparaison de l’AlON ’ et de l’alumine. Une des particularités de l’AlON ’ par rapport à
l’alumine est son oxydation dans la gamme de température d’élaboration des meules. L’oxydation
de l’AlON débute à 850°C et s’accélère vers 1000°C. Cette oxydation, dont le produit final est
l’alumine se fait par l’apparition d’une phase intermédiaire l’alumine ’. Notre étude a permis de
montrer que la faible densité absolue des grains d’alumine provient de la présence de nanoporosités.
L’oxydation de l’AlON se caractérise également par une modification importante de la structure du
grain monocristallin: apparition de polycristaux colonnaires et de fissures. L’augmentation du volume
des grains provient de l’apparition de la nanoporosité et des fissures. Nous avons pu observer que
l’empilement des grains était modifié par leur oxydation par le couplage de la porosimétrie mercure et
de mesures dilatométriques. L’étude des cinétiques d’oxydation a montré que le degré d’avancement
de l’oxydation augmente en général avec la température. Nous avons observé des différences de
comportement avec la taille des grains ce qui s’explique par une différence de stœchiométrie de la
phase ’ et du taux d’impuretés présentes. Ces différences de chimie ainsi que les particularités de
l’oxydation de l’AlON ’ rendent difficile l’analyse des cinétiques par les modèles d’oxydation en
régime sphérique. L’oxydation de l’AlON au sein de la meule est limitée par la présence de verre qui
empêche la diffusion d’espèces.
L’AlON se caractérise par une réaction différente vis-à-vis des liants vitreux utilisés dans cette
étude. Les verres ont une mouillabilité plus faible avec l’AlON qu’avec l’alumine. Nous avons montré
par une analyse EDX par MET qu’il y avait un mouillage réactif entre les grains abrasifs et le liant
vitreux. Il semble d’après nos résultats que l’aluminium diffuse plus rapidement dans le cas de
Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0111/these.pdf
© [E. Xolin], [2005], INSA de Lyon, tous droits réservés
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