Frittage Ultra-Rapide: Simulation Multiphysiques, Mécanismes, Contrôle Et Stabilisation – ULTRARAPIDE

La réalisation des objectifs du projet nécessite une approche couplée entre la simulation multiphysique pour les différentes approches de frittage ultra-rapide et la calibration/vérification expérimentale des modèles/approches développés.
Cette étude est organisée en 5 tâches (voir ci-dessous). La tâche 1 est l'établissement de l'outil de simulation multiphysique entièrement couplé qui décrit les processus de frittage ultra-rapide SPS et micro-ondes. Ensuite, dans la tâche 2, le modèle initial sera utilisé avec des expériences pour comprendre les principales conditions responsables de l'apparition de l'«événement flash«. Sur la base de ces connaissances, l'outil de simulation multiphysique sera utilisé dans les tâches 3 et 4, pour l'établissement d'une régulation appropriée et de conditions thermiques homogènes pour ce processus abrupt. Enfin, la tâche 5 est consacrée à l'incorporation de l'aspect frittage des simulations et à la compréhension des mécanismes sous-jacents du frittage éclair. Comme les propriétés physiques de la poudre évoluent avec le frittage, cette tâche aidera également les autres tâches pour la compréhension et la stabilisation des conditions de flash.

Ces études préliminaires réussissent à montrer la possibilité d'appliquer un frittage flash (ultra-rapide) à des échantillons d'une épaisseur de 10 mm. L'approche SPS Flash est intrinsèquement plus stable et prête pour la production de formes complexes de petites pièces. Pour le frittage flash par micro-ondes, des solutions d'effet d'échelles sont toujours à trouver pour aller vers des formes de quelques centimètres. Cependant, un procédé sans contact intéressant a été maîtrisé jusqu'à 10 mm.

Ces études préliminaires ont réussi à montrer la possibilité d'appliquer un frittage flash (ultra-rapide) à des échantillons d'une épaisseur de 10 mm. La prochaine étape du projet consiste à étendre le frittage flash par micro-ondes de 10 mm à 30 mm, une dimension critique permettant la première étude de formes complexes. Pour le frittage flash par SPS, le processus flash est légèrement plus stable et prêt à essayer le frittage de petites formes complexes en combinaison avec l'impression 3D et une méthode d'interface que je développe pour le frittage de formes complexes par SPS tout en continuant à étudier l'amélioration de la stabilité du processus.

L'étude sur le flash SPS a été publiée dans le Journal of the European Ceramics Society (https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.09.021) et l'étude sur les micro-ondes sera bientôt soumise.

Le frittage ultra-rapide est une nouvelle approche permettant un frittage en quelques secondes. Ce projet a pour principale finalité la stabilisation du champ thermique, des microstructures, ainsi que la régulation de ce procédé par nature violent. Ce procédé « flash » va être étudié par deux méthodes avancées à savoir, le spark plasma sintering (SPS) et le frittage micro-onde. L’objectif de ces approches est de déterminer l’impact du courant électrique pulsé ou des irradiations micro-ondes et/ou de la pression sur le déplacement vers des plus basses températures du domaine thermique de frittage. Un meilleur contrôle du procédé et des microstructures est attendu. La modélisation et la simulation multiphysiques de ce procédé « flash » tiendront un rôle central permettant, d’une part, la compréhension de l’ensemble des paramètres multiphysiques couplés, et d’autre part, l’étude des mécanismes de frittage sous-jacents.
La stratégie du projet s’articule en cinq tâches devant être réalisées dans un ordre précis pour atteindre l’objectif visé. La première tâche consiste en l’établissement d’un outil de calculs multiphysiques devant être adapté aux conditions de frittage ultra-rapide. Cet outil numérique sera par la suite utilisé pour l’établissement des conditions expérimentales favorables au frittage ultra-rapide, la régulation de ce dernier, et enfin, l'homogénéisation des champs physiques pour le passage à des dimensions d’échantillons supérieures. Une dernière tâche dédiée à l’aspect fondamental du frittage et à sa modélisation accompagnera l’ensemble des tâches précédentes.
Ce projet a pour ambition l’établissement de conditions expérimentales stables et reproductibles pour le frittage ultra-rapide de pièces (jusqu’à 30 mm) allant des métaux aux diélectriques ; chaque procédé sera accompagné d’un modèle multiphysiques décrivant l’ensemble des principaux phénomènes physiques en présence.