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Elaboration de céramiques hautes performances par voie polymère précéramique - Mise en forme par fabrication additive de type Digital Light Processing

Authors
  • Vry, Sébastien
Publication Date
Mar 02, 2021
Source
HAL-INRIA
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Les technologies de fabrication additive offrent actuellement l’opportunité d’atteindre des géométries complexes pour une offre de matériau relativement large, allant des polymères aux métaux, ainsi que pour certaines céramiques. L’offre commerciale de matériaux de structure est encore limitée par des verrous technologiques généralement associés à la compatibilité entre le procédé de mise en forme et le matériau visé. Dans cette thèse, une nouvelle voie, encore peu explorée dans la littérature, porte sur la fabrication additive de type Digital Light Processing (DLP) de la céramique de type carbure de silicium (SiC), à partir de polymères pré-céramiques. En effet l’utilisation d’une poudre de SiC dans une formulation photosensible, présente des limites en termes de taux de charge, liées à la compatibilité optique entre cette poudre et la longueur d’onde UV utilisée lors de la mise en forme couche par couche. L’utilisation de polymères se convertissant en céramique, avec des traitements thermiques adaptés, apporte la possibilité d’améliorer la compatibilité des constituants à la longueur d’onde de travail et permet l’obtention d’une céramique de type SiC. Trois polymères pré-céramiques commerciaux (deux polysiloxane et un polycarbosilane) ont été sélectionnés et des traitements thermiques de réticulation à 200 °C, suivis d’un traitement de pyrolyse compris entre 1000 et 1700 °C, sous argon, ont été réalisés pour étudier les évolutions microstructurales, les compositions chimiques, ainsi que les propriétés mécaniques. Il en ressort que ces matériaux polymères peuvent être convertis en céramique SiC polycristalline, avec une phase secondaire résiduelle riche en carbone. Des formulations photopolymérisables sous exposition UV, contenant un fort taux de charge en polymère pré-céramique (de 25 à 75 %pds), ont été développées et étudiées afin de pouvoir mettre en forme un objet cru par DLP, qui sera ensuite converti en céramique par traitement thermique. Avant la mise en forme par ce procédé, la réactivité de ces formulations a été caractérisée, en faisant varier les proportions des constituants, en particulier le système amorceur et l’incorporation d’un photoabsorbeur UV. La caractérisation de ces formulations a été principalement réalisée en mesurant l’épaisseur d’une monocouche polymérisée sous exposition UV, ainsi qu’en caractérisant la cinétique de photopolymérisation par spectroscopie infrarouge en temps réel. Pour finir, les objets fabriqués par DLP ont été convertis en céramique et leurs propriétés mécaniques et leur intégrité géométrique ont été caractérisées.

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