A numerical and experimental study of sintering at the grain scale.
Etude numérique et expérimentale du frittage à l'échelle du grain
Résumé
This work deals with the experimental and numerical study of sintering processes, at the grain scale. In a first step, 2D Monte Carlo modelling of sintering, based on a non discrete energetic model is presented. It has been applied to different systems with increasing complexities. In parallel, equivalent experiments on real systems have been realised in order to validate the numerical modelling of the sintering of glass. Moreover, a thermodynamical and analytical model has been developed to characterise the stable configurations of a system, depending on the ratio of the solid/solid and solid/gas surface tensions. The comparison of these morphologies with the morphologies obtained using the Monte Carlo model, has shown a change in the kinetic behaviour, as soon as the contact angle between grains reached its equilibrium value. Finally, a tomography study has been performed both on glass and on ceramic materials during the sintering process. For the first time, it was possible to visualised, in three dimensions, morphological evolutions of grains during densification.
Ce travail porte sur les études expérimentale et numérique du frittage à l'échelle du grain. Dans un premier temps, la modélisation 2D de type Monte Carlo associée au frittage, basée sur un modèle énergétique non discret, est présentée. Puis celle-ci est appliquée à différents systèmes dont la complexité est croissante. En parallèle, des expériences menées sur des systèmes réels équivalents ont permis de valider la modélisation numérique du frittage d.un verre. De plus, un modèle analytique thermodynamique 2D a été développé pour caractériser les états stables d'un système en fonction du rapport des tensions de surface solide/solide et solide/vapeur. En comparant ces états à ceux obtenus en modélisation Monte Carlo, nous avons pu mettre en évidence des changements de comportement cinétique dès que l'angle de contact entre grains atteint sa valeur d'équilibre. Enfin, une étude de la densification d'un verre et d'une céramique a réalisée en tomographie X. Pour la première fois, nous avons pu visualiser, en trois dimensions, les évolutions morphologiques d.un ensemble de grain en cours de frittage.
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