Calcination des Sédiments de Dragage Contaminés - Thèses de l ...
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Chapitre I : Synthèse bibliographique - Le grossissement de grains important peut inhiber fortement le frittage en raison de l’influence significative de la dimension des grains sur la loi de densification. I-2.3.2.3 Fin du frittage En fin de frittage, soit l’échantillon est dense, soit il subsiste une porosité. La microstructure la plus courante est formée par des grains reliés par des joints de grains à l’intérieur desquels subsistent des pores de petite dimension par rapport aux grains. Si l’échantillon initial est constitué de grains dont les dimensions présentent une certaine répartition, un grossissement de grains peut se produire. Le grossissement et déplacement des pores Le grossissement des grains provoque souvent un grossissement des pores car ceux-ci se déplacent et fusionnent par collision ; on obtient alors une microstructure formée de gros grains délimitant entre eux des pores de grande dimension, par rapport à la dimension initiale [111 , 112 , 113]. Un pore, lorsqu’il est localisé dans un joint de grains, exerce sur celui-ci une force de freinage. Cette force représente une force motrice qui tend à déformer et déplacer le pore. Sous l’influence de cette déformation, il apparaît deux rayons de courbure à l’avant et à l’arrière du pore. La présence de ces deux rayons conduit à l’existence de gradients de contrainte dans la phase solide et de pression dans la phase gazeuse. Le gradient de contrainte dans la phase solide adjacente à la surface du pore conduit à un flux de diffusion superficiel ou volumique depuis la surface de plus grand rayon de courbure vers la surface arrière de plus petit rayon. Ces flux de matière se traduisent par un déplacement simultané du pore en sens inverse, donc dans le sens du déplacement du joint de grains. La mobilité d’un pore dépend de la dimension du pore et du mode de diffusion de la matière. Deux possibilités d’évolution peuvent alors être envisagées : soit les pores et les joints de grains se déplacent à la même vitesse, soit les pores n’ont pas la mobilité suffisante pour suivre les joints de grains, alors ils se séparent des joints de grains et passent en position intraglanulaire. L'interaction entre les frontières de grain et les pores avec l'évolution microstructurale pendant le frittage a été longtemps identifié [114 , 115 , 116] . Récemment, des modèles plus simples et plus réalistes de grossissement des pores ont été 58
Chapitre I : Synthèse bibliographique établis par Liu et Petterson en 1993 [117], utilisant des descriptions plus générales sur la porosité en contact avec des frontières des grains, indépendamment de la morphologie des pores. En fin de frittage, plusieurs auteurs, comme Cheng et Wang [118] ainsi que Rahaman et son équipe [119] ont affirmé que le grossissement des grains est accompagné d’une séparation accrue des pores et de la baisse de la densification. Riedel et Svoboda [113] ont proposé des modèles numériques pour prédire l’évolution de la densification pendant ce stade de frittage. Si les pores se localisent à l’extérieur des extrémités alors, la relation de la variation de la porosité en fonction de la température du frittage est : dε = dT −110δDCγΩ r p kT L 4 ( 4 ) I-2.3.2.4 Densification La plupart des auteurs utilisent le modèle à deux grains en contact pour modéliser la densification. Le mécanisme de la densification pendant le frittage se réalise généralement en trois étapes : l’étape initiale, l’étape intermédiaire et l’étape finale. Etape initiale Johnson et German [120] ont étudié la densification pendant l’étape initiale et ont basé leur modèle sur la densification du frittage par le modèle à deux grains en contact, illustré par le graphique 9. Au stade initial du frittage, la densification dépend du gradient de courbure entre la surface convexe et la frontière des grains. Etant donné que la densité peut être obtenue à partir du retrait linéaire : ρ = ( 1− S) 0 ρ ( 5 ) 3 59
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Chapitre I : Synthèse bibliographique<br />
établis par Liu et Petterson en 1993 [117], utilisant <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong><strong>de</strong>s</strong>criptions plus générales sur la<br />
porosité en contact avec <strong><strong>de</strong>s</strong> frontières <strong><strong>de</strong>s</strong> grains, indépendamment <strong>de</strong> la morphologie<br />
<strong><strong>de</strong>s</strong> pores.<br />
En fin <strong>de</strong> frittage, plusieurs auteurs, comme Cheng et Wang [118] ainsi que<br />
Rahaman et son équipe [119] ont affirmé que le grossissement <strong><strong>de</strong>s</strong> grains est accompagné<br />
d’une séparation accrue <strong><strong>de</strong>s</strong> pores et <strong>de</strong> la baisse <strong>de</strong> la <strong>de</strong>nsification.<br />
Rie<strong>de</strong>l et Svoboda [113] ont proposé <strong><strong>de</strong>s</strong> modèles numériques pour prédire<br />
l’évolution <strong>de</strong> la <strong>de</strong>nsification pendant ce sta<strong>de</strong> <strong>de</strong> frittage. Si les pores se localisent à<br />
l’extérieur <strong><strong>de</strong>s</strong> extrémités alors, la relation <strong>de</strong> la variation <strong>de</strong> la porosité en fonction <strong>de</strong> la<br />
température du frittage est :<br />
dε<br />
=<br />
dT<br />
−110δDCγΩ<br />
r<br />
p<br />
kT L<br />
4<br />
( 4 )<br />
I-2.3.2.4 Densification<br />
La plupart <strong><strong>de</strong>s</strong> auteurs utilisent le modèle à <strong>de</strong>ux grains en contact pour modéliser<br />
la <strong>de</strong>nsification.<br />
Le mécanisme <strong>de</strong> la <strong>de</strong>nsification pendant le frittage se réalise généralement en<br />
trois étapes : l’étape initiale, l’étape intermédiaire et l’étape finale.<br />
Etape initiale<br />
Johnson et German [120] ont étudié la <strong>de</strong>nsification pendant l’étape initiale et<br />
ont basé leur modèle sur la <strong>de</strong>nsification du frittage par le modèle à <strong>de</strong>ux grains en<br />
contact, illustré par le graphique 9.<br />
Au sta<strong>de</strong> initial du frittage, la <strong>de</strong>nsification dépend du gradient <strong>de</strong> courbure entre<br />
la surface convexe et la frontière <strong><strong>de</strong>s</strong> grains.<br />
Etant donné que la <strong>de</strong>nsité peut être obtenue à partir du retrait linéaire :<br />
ρ<br />
=<br />
( 1−<br />
S)<br />
0<br />
ρ ( 5 )<br />
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