Exploration of MₓOy-Al₂O₃-SiO₂ systems through their dynamics and their structure, from the melted medium to the low temperature
Exploration des systèmes MₓOy-Al₂O₃-SiO₂ à travers leur dynamique et leur structure, depuis le milieu fondu jusqu'à basse température
Résumé
Materials science is currently experiencing major advances linked in particular to the originality and increased diversity of synthesis methods, to the maturity of numerical simulation methods associated with the availability of increasingly efficient means of calculation, but also and especially thanks to improvements in characterization techniques, particularly in terms of speed and resolution. This convergence of numerical methods and experimental techniques opens the way to a more systematic study of phase diagrams and to the exploration of the behavior of systems outside of thermodynamic equilibrium. The possibility of controlling the environment of the molten media and the cooling rates are major assets for understanding these systems and the possibility of developing new structures by controlling their thermal history. In this thesis, we will focus on MₓOy-Al₂O₃-SiO₂ oxide diagrams (with MₓOy = ZrO₂, ZnO, SrO, etc.) with a high melting point, the analysis of which requires the production of very high temperatures which cannot be reached by conventional devices. The study of these systems is of great interest in various fields such as the production of alkali-resistant glasses, the design of chemically stable refractories or even the development of glass-ceramics.The development of a new test platform at the CEMHTI laboratory allowing the confinement of molten media by container-free techniques and characterizing both their thermophysical properties and microscopic quantities integrating information on dynamics and structure, provides a natural setting for this study. Exploration of the liquid phase and the supercooling zone should make it possible to identify the conditions conducive to the formation of original phases,whether they are amorphous or crystalline, as well as to better understand the microscopic mechanisms, which are the catalysts for their stabilization. The selected compositions constitute the systems of choice to shed light on this problem. Indeed, the aluminosilicate network is very versatile, it favors the emergence of often-remarkable properties and its interaction with modifier or intermediate elements must make it possible to understand the variability of behaviors and structures.
La science des matériaux vit actuellement des avancées importantes liées notamment à l'originalité et à la diversité accrues des méthodes de synthèse, à la maturité des méthodes de simulation numérique associée à la disponibilité de moyens de calcul de plus en plus performants, mais également et surtout, grâce aux perfectionnements des techniques de caractérisation en termes notamment de vitesse et de résolution. Cette convergence des méthodes numériques et des techniques expérimentales ouvre la voie à une étude plus systématique des diagrammes de phase et à l'exploration du comportement des systèmes en dehors de l'équilibre thermodynamique. La possibilité de contrôler l'environnement des milieux fondus et les vitesses de refroidissement constituent des atouts majeurs pour la compréhension de ces systèmes et la possibilité d'élaborer des nouvelles structures à travers le contrôle de leur histoire thermique. On s'intéressera dans cette thèse aux diagrammes d'oxydes MₓOy-Al₂O₃-SiO₂ (avec MₓOy = ZrO₂, ZnO, SrO...) à haut point de fusion dont l'analyse nécessite la production de très hautes températures peu atteignables par des dispositifs conventionnels. L'étude de ces systèmes présente un fort intérêt dans différents domaines tels que la production de verres résistants aux alcalins, la conception de réfractaires stables chimiquement ou encore l'élaboration de vitrocéramiques. Le développement d'un nouveau plateau d'essais au laboratoire CEMHTI permettant de confiner les milieux fondus par des techniques hors container et de caractériser à la fois leurs propriétés thermo-physiques et des grandeurs microscopiques intégrant de l'information sur la dynamique et la structure, offre un cadre naturel pour cette étude. L'exploration de la phase liquide et de la zone de surfusion devrait permettre d'identifier les conditions propices à la formation de phases originales qu'elles soient amorphes ou cristallines ainsi que de mieux comprendre les mécanismes microscopiques qui sont les catalyseurs de leur stabilisation. Les compositions sélectionnées constituent des systèmes de choix pour éclairer cette problématique. En effet, le réseau aluminosilicate est très versatile, il favorise l'émergence de propriétés souvent remarquables et son interaction avec les éléments fondants ou intermédiaires doit permettre de comprendre la variabilité des comportements et des structures.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|