Bio-sourced sustainable Materials: organic-mineral reactions and shaping process ?

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Clays: the promising key for developing wide diffusion materials and ceramics

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New trends and sustainability concerns for silicate based geomaterials and ceramics

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Sustainable textured ceramics: Formulation of clay slurries for tape casting and properties of tapes

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Etude de l’influence de la perlite sur la consolidation de matériaux géomimétiques à base d’argile

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Transformations thermiques, organisation structurale et frittage des composés kaolinite-muscovite

Les argiles les plus utilisées pour l'élaboration des céramiques de grande diffusion ont des teneurs élevées en minéraux du groupe de la kaolinite et des micas. Pour étudier les propriétés d'usage de ces argiles dans les matériaux céramiques, nous avons analysé les transformations thermiques et structurales ainsi que le processus frittage de composés kaolinite-muscovite. Leurs teneurs en muscovite sont inférieures à 25% de la masse totale. Le comportement idéal des composés s'insère dans le diagramme ternaire Al2O3-SiO2-K2O, dans une zone non étudiée. Nous proposons une étude expérimentale et une modélisation de deux sections verticales de ce diagramme, qui décrivent les composés kaolinite-muscovite. Il est ainsi montré l'existence d'un domaine d'immiscibilité sur la section reliant le point eutectique à 985C au point de composition de la mullite, susceptible d'être le prolongement dans le ternaire de la lacune de miscibilité mise en évidence autour du point de composition de la kaolinite dans le diagramme binaire Al2O3-SiO2.Le comportement global est aussi caractérisé par l'analyse des transformations thermiques. On observe notamment que jusqu'à 900C, la kaolinite et la muscovite évoluent sans interaction. Dès 925C, la diffusion du potassium a pour effet de modifier les processus de réorganisation structurale de la métakaolinite. Le phénomène exothermique à 980C s'en trouve fortement diminuer. Vers 1140C le pic caractéristique de la réaction péritectique reste invariable et proportionnel à la quantité de muscovite réagissante, tandis que l'épaulement exothermique lié à cristallisation de la cristobalite et de la mullite secondaire est décalé vers les basses températures en présence de muscovite. La croissance de la mullite à l'interface kaolinite-muscovite a été étudiée par diffraction des rayons X et par l'analyse des fonctions de distribution de paires atomiques. Les résultats montrent des orientations systématiques des cristallites de mullite, suivant les directions (010), (310) et () de la muscovite. La croissance préférentielle de la mullite à l'interface des minéraux a pu être expliquée par une relation d'épitaxie entre les phases haute température des phyllosilicates. L'utilisation des modèles de frittage existant dans la littérature se heurte à la complexité des transformations des composés de phyllosilicates et de leurs morphologies particulières. Néanmoins, nous montrons l'existence de trois mécanismes principaux qui contrôlent la densification des composés : le frittage par flux visqueux, le frittage par diffusion aux joints de grains et le frittage avec phase liquide. Cette étude a permis de mettre en évidence les interactions mutuelles entre les minéraux kaolinite et muscovite. Les transformations structurales et microstructurales qui résultent de traitements thermiques appropriés doivent permettre de réaliser des matériaux céramiques dont la microstructure est organisée. Nous avons aussi contribué à la compréhension des mécanismes de frittage de mélanges complexes de phyllosilicates. L'apport de ces résultats est favorable à l'industrie céramique, notamment en ce qui concerne la production des matériaux de grande diffusionLIMOGES-ENSCI (870852305) / SudocLIMOGES-BU Sciences (870852109) / SudocSudocFranceF

Developing alternative geomaterials using laterites from Cameroon: reactivity and mechanical properties

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Caractérisations structurale et mécanique de céramiques texturées : mise en forme par le procédé de coulage en bande-congélation (freeze tape casting)

National audienceLes argiles sont majoritairement constituées de minéraux argileux, dont la plupart appartiennent à la famille des phyllosilicates. Ces matières premières argileuses sont largement utilisées pour la mise en forme de céramiques dites « conventionnelles ou silicatées». Les propriétés finales obtenues après frittage dépendent de la nature chimique des constituants de ces minéraux argileux et de leurs proportions relatives, ainsi que de la présence de phases secondaires et des procédés mis en oeuvre pour élaborer ces produits céramiques. Le procédé de coulage en bande congélation (noté FTC) est une technique de mise en forme par voie liquide découle du coulage en bande conventionnel (noté TC) et du coulage congélation [1-3]. Le procédé FTC consiste à couler une suspension sur un plancher réfrigéré. D'après la littérature, une congélation rapide permet la croissance de petits cristaux de glace et la préservation de la structure du matériau [1]. A l'inverse, plus la congélation est lente, plus les cristaux sont gros. Pour cette étude, les produits sont congelés à des températures inférieures à-20 °C ce qui entraîne la formation de cristaux de glace d'épaisseur de l'ordre de quelques microns [2,3]. La morphologie particulière de ces argiles peut permettre d'obtenir des produits texturés, présentant des propriétés d'usage intéressantes pour des applications techniques, et ce à partir du procédé de coulage en bande-congélation [4,5]. Dans cette étude, trois matières premières argileuses ont été utilisées, notées KCR (fournie par Imerys), HCR (provenant du Cameroun) et KORS (provenant du Burkina Faso) respectivement. L'objectif est de mettre en évidence l'influence de la morphologie initiale des particules argileuses et/ou du procédé de mise en forme sur les propriétés structurales, mécaniques et thermiques des produits frittés à 1200°C. les argiles KCR et KORS sont essentiellement constitués de kaolinite (plaquettes hexagonales) tandis que HCR est essentiellement composé d'halloysite à morphologie sphéroïdale et tubulaire. De plus KORS et HCR contiennent des teneurs intéressantes en oxydes métalliques. Les valeurs de porosité après mise en forme FTC et TC, et avant frittage, sont comprises entre 70 et 80% (FTC) et entre 30 et 40% (TC). Le frittage à 1200°C entraîne une diminution significative de ces valeurs pour les échantillons issus du TC en dessous de 10%. Cependant les valeurs de porosité d'échantillons issus du FTC ont tendance à augmenter légèrement (de 75 à 80%). Les valeurs de résistances mécanique en flexion biaxiale montrent que les échantillons frittés, issus aussi bien du TC que du FTC, évoluent dans le sens croissant : KORS-HCR < KHCR < KCR. Cette tendance est partiellement corrélée aux valeurs de taux de porosité. Les phases cristallines et la génération d'une phase amorphe impactent également cette évolution des valeurs de résistance mécanique. La déstructuration de l'agencement des plaquettes apportée à travers le FTC comparativement au TC conduit à une forte diminution des propriétés mécaniques ainsi que des valeurs de conductivité thermique. Référence

Characterization of a lateritic geomaterial and its elaboration through a chemical route

International audienceThe development of a laterite-based geomaterial, mimicking naturally occurring concretions in lateritic soils, through a chemical route has been investigated in this paper. The elaboration process involves an acidic dissolution reaction of iron compounds followed by a neutralization reaction with a strong base. The first step needs a 24 h reacting time before adding the base. Afterwards, the consolidation that involves an iron-bonding of the particles, is performed at 60 °C for 18 days under water-saturated atmosphere. The products elaborated using nitric acid and calcium hydroxide exhibit the best characteristic compressive strength, namely 20 MPa and a good resistance towards water seeping and wearing. Nevertheless, the use of fulvic acid, an organic ecological acid, leads to a water-resistant geomaterial with a good characteristic compressive strength of 12 MPa, thus competitive towards usual stabilized earth and concrete building materials