Étude du frittage SPS d'une poudre de zircone ultrafine

Plasma sintering of a commercially available zirconia powder

Laboratoire de Synthèse et Fonctionnalisation des Céramiques FRE 2770 CNRS/SAINT-GOBAIN, 550 avenue Alphonse Jauffret, BP. 224, 84306 Cavaillon Cedex, France

Reçu : 26 Septembre 2007
Accepté : 19 Octobre 2007

Résumé

Le frittage SPS d'une poudre ultrafine de zircone stabilisée à l'yttrium (Tosoh TZ3Y) a été étudié. La vitesse de montée en température a été fixée à 50 °C/min et la pression appliquée à 100 MPa. La carte de frittage de cette poudre ainsi que l'évolution de la taille des grains en fonction de la densité des frittés ont été établies en faisant varier la température et le temps de palier en fin de frittage. Les résultats montrent qu'il est possible par cette technique d'obtenir des échantillons avec des tailles de grain autour de 160 nm pour une densification totale, et autour de 80 nm pour une densité relative de 97 %. Ce travail s'inscrit dans une démarche plus large d'utilisation de céramiques conductrices nanophasées dans des systèmes de type SOFC ou électrolyseur haute température.

Abstract

Spark plasma sintering of an ultra pure and granulated stabilized zirconia raw powder has been investigated. Heating rate was fixed to 50  °C/min and applied pressure to 100 MPa. By varying the temperature and soak time the sintering map, grain size versus relative density, has been drawn. It shows that it is possible to obtain fully dense samples with a grain size around 160 nm. It has also to be noted that it is possible to obtain samples having a relative density higher than 97% with a grain size around 80 nm. This kind of final microstructures should be of a great interest for SOFC applications, where stabilized zirconia is used as an electrolyte, because of a small grain size associated with a very good densification.