Cette thèse explore la fabrication additive par jet de liant (Binder Jetting) appliquée aux poudres de titanate de baryum BaTiO3 (BT), de titanate de baryum-strontium Ba1-xSrxTiO3 (BST) et de nitrure d’aluminium AlN.
Les poudres commerciales étudiées présentent des morphologies et des distributions granulométriques très variées influençant leur coulabilité et la compatibilité avec différents liants. Pour les poudres de BT/BST, l’optimisation des paramètres d’impression a conduit à une augmentation de la densité des pièces crues jusqu’à 50%. Par ailleurs, l’ajout de silice pyrogénée dans la poudre a permis de réduire la température de frittage.
Pour l’AlN, l’utilisation de poudres multimodales combinées à des additifs de frittage (Y₂O₃) ainsi qu’au contrôle des paramètres d’impression a permis d’obtenir, après frittage SPS (1850 °C, 10 min, N₂), des pièces denses (> 95 %), avec une conductivité thermique maximale de 107 W·m⁻¹·K⁻¹ et une résistance en flexion de 198 MPa. Ces performances confirment ainsi le potentiel de l’AlN imprimé par binder jetting pour les substrats destinés au secteur de l’électronique de puissance.
Ce travail met ainsi en évidence le rôle déterminant de la granulométrie des poudres, de la compatibilité liant-poudre, de certains paramètres d’impression et des stratégies de frittage dans l’élaboration de céramiques fonctionnelles par fabrication additive. |
This PhD investigates additive manufacturing by binder jetting (BJ) applied to barium titanate BaTiO3 (BT), barium strontium titanate Ba1-xSrxTiO3 (BST), and aluminum nitride AlN powders.
The commercial powders studied have very varied morphologies and granulometric distributions influencing their flowability and compatibility with different binders. For BT/BST powders, optimization of printing parameters has improved the density of green parts up to 50 %. Moreover, the addition of fumed silica to the powder allowed to reduce the sintering temperature.
For the AlN, the use of multimodal powders combined with additives (Y₂O₃) as well as the control of BJ parameters made it possible to obtain, after SPS sintering (1850 ° C, 10 min, N₂), dense sintered parts (>95 %), with a maximum thermal conductivity of 107 W·m⁻¹·K⁻¹ and a bending resistance of 198 MPa. These performances thus confirm the potential of the AlN substrates printed by binder jetting for power electronics.
This work emphasizes the key role of powder granulometry, binder-powder interactions, some of the printing parameters and the sintering strategies in the additive manufacturing of functional ceramics. |