Numerical modeling of spark plasma sintering—Discussion on densification mechanism identification and generated porosity gradients

International audienc

New approach of the evolution of densification mechanisms during Spark Plasma Sintering: Application to zirconium (oxy-)carbide ceramics

International audienc

Mechanical behaviour at high temperature of spark plasma sintered boron carbide ceramics

International audienc

Proprietes mecaniques de carbures de bore elabores par SPS pour application nucleaire

International audienc

Frittage de B4C par Spark Plasma SinteringModelisation numerique du procede et optimisation des nano-, microstructures pour l'amelioration des performances thermomecaniques

International audienc

Mechanical properties of submicronic and nanometric boron carbides obtained by Spark Plasma Sintering influence of B/C ratio and oxygen content

International audienceBoron carbide samples exhibiting different microstructures were sintered by Spark Plasma Sintering. Two commercially available powders were used the TK powder, which is composed of nanometric grains and the HD one, which is characterized by submicronic particles. Both powders have a different chemical composition (B/C and B/O ratios) and their stoichiometry are evaluated to B3.82CO0.05 for HD and B4.59CO0.18 for TK. The mechanical properties of sintered materials, having the same relative density (i.e. 96 percent), were characterized at the granular and macroscopic scales. At both scales, even if the TK material had significantly finer grains (i.e. 82 vs. 474 nm for TK and HD materials, respectively), its rigidity and hardness is reduced by a factor between 10 to 20 percent, mainly due to a higher content of oxygen. This study demonstrate the necessity to control the chemical composition of boron carbide powders in order to produce boron carbide ceramics with improved mechanical properties

Frittage de carbure de bore nano-,microstructure par Spark Plasma Sintering effet de la granulometrie des poudres initiales sur la microstructure et les proprietes mecaniques

National audienceLa France est en charge du projet ASTRID (Advanced Sodium Technology Reactor for Industrial Development) qui vise la conception du démonstrateur technologique de réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (RNR-Na). Le choix du matériau absorbant utilisé dans les barres de contrôle (barres mobiles dans le cœur du réacteur permettant de piloter sa puissance en les abaissant ou en les remontant) s’est porté sur le carbure de bore (B4C). En réacteur, les pastilles de B4C subissent un fort gradient thermique pouvant aller jusqu’à 1000 °C.cm-1, ce qui provoque une importante macro-fissuration de la pastille (D. Gosset et al. 2015). De plus, l’accumulation d’hélium sous forme de bulles fortement pressurisées (A. Jostsons et al. 1973; G. Hollenberg et al. 1980; V. Tarasikov 2009) diminue fortement la durée de vie des barres de contrôle.Les pastilles de B4C utilisées dans les RNR présentent des tailles de grains de l’ordre de 5 µm (K. Froment et al. 1992). Afin d’améliorer le comportement du matériau sous gradient thermique et sous irradiation, un meilleur contrôle de sa microstructure est recherché via l’utilisation de poudres nanométrique ou sub-micrométrique, ainsi que la consolidation des massifs par le procédé Spark Plasma Sintering. Dans un premier temps, différentes poudres commerciales ont été caractérisées par spectrométrie Raman, diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et, enfin, par des analyses chimiques. Les poudres présentant les meilleures caractéristiques en termes de composition chimique et de teneur en carbone ont été sélectionnées. Deux lots sont retenus, une poudre de taille submicronique et l’autre de taille nanométrique. Des compacts de poudres provenant de ces lots ont été consolidés par frittage SPS, puis les frittés obtenus ont été caractérisés (densité, taille de grains, nano-indentation, élasticité par échographie ultrasonore). Ceci a permis l’établissement de cartes de frittage des poudres étudiées et l’étude des mécanismes réactionnels mis en jeu lors du frittage