l'électrode composite 3.1 Matériaux de remplissage
4. Résultats et discussion
4.2 Micrographie et microscopie
4.2.2 Effet de l'actuateur piézoélectrique
4.2.2.1 Essais préliminaires
Pour les essais préliminaires, la microscopie a été utilisée pour déterminer si l'homogénéité de la distribution des particules est affectée par l'actuateur piézoélectrique, la température de moulage ou encore la proportion de poudre conductrice.
Figure 4-12: Électrode Cu-101/FA709-00 moulée avec/= 250 Hz et A = 10 pm à 150°C.
La microscopie permet d'identifier une tendance quant au comportement des pièces moulées avec l'actuateur piézoélectrique. Les Figures 4-12 et 4-13 montrent la distribution des particules de cuivre d'une électrode Cu-101/FA709-00 ((pf= 48,9%) moulée avec différents paramètres d'opération de l'actuateur piézoélectrique.
La Figure 4-12 montre une électrode moulée avec une fréquence d'oscillation de 250 Hz, tandis que sur la Figure 4 - 1 3 , / = 550 Hz. La variation de la proportion de pixels non-noirs est respectivement de 10 à 70% et de 0 à 70%> pour les deux Figures. Ce critère n'est donc pas aussi significatif que pour le cas de TM- Pour l'électrode moulée à 550 Hz, la proportion moyenne de
pixels non-noirs semble plus faible que pour celle moulée à 250 Hz. Cependant, elle comprend nettement moins de zones très concentrées que celle moulée à plus basse fréquence. De plus, la concentration de pixels noirs sur la périphérie de l'électrode se rapproche d'avantage de celle au
centre dans le cas de la Figure 4-13. Une fréquence d'oscillation plus élevée permettrait donc d'obtenir une électrode légèrement plus homogène.
Figure 4-13: Électrode Cu-101/FA709-00 moulée avec/= 550 Hz et A = 10 pm à 150°C.
L'augmentation de la fréquence d'oscillation de l'actuateur piézoélectrique engendre également une diminution de la viscosité du polymère. Un résultat équivalent à une augmentation de TM
est donc observable ici. La fréquence s'avère donc une cause probable d'une meilleure homogénéité de l'électrode composite.
La Figure 4-14 présente une électrode moulée Cu-101/FA709-00 (</>/= 48,9%) à / = 550 Hz et TM = 200°C. Mis à part les agglomérations très prononcées de pixels noirs causés par des
problèmes lors du mélange, cette dernière est très uniforme comparativement aux autres. La proportion de pixels non-noirs varie entre 15 et 55%>, mais elle se situe majoritairement entre 37 et 47%. Considérant le fait que q>f= 0,489, il semble que la majorité de la pièce se situe à moins de 4%> de la valeur totale de (pf, ce qui fait état d'une excellente homogénéité. De plus, il n'existe pratiquement pas de différence entre la périphérie, le contour des filets et la portion centrale de l'électrode. Finalement, sans considérer les agglomérations importantes, l'interaction entre les pixels noirs et non-noirs sont pratiquement parfaitement alternées.
La Figure 4-14 sert à démontrer que l'homogénéité d'une électrode moulée à haute température et haute fréquence est nettement supérieure que pour une électrode moulée uniquement à TM ou
/élevée.
Figure 4-14: Électrode Cu-101/FA709-00 moulée avec/= 550 Hz et A = 10 pm à 200°C.
4.2.3 Influence des matériaux de l'électrode
4.2.3.1 Essais préliminaires
La microscopie permet également d'évaluer l'effet de <pf sur l'homogénéité de l'électrode. La Figure 4-15 présente une électrode Cu-101/FA709-00 en proportion </>/= 66,9% moulée avec les mêmes paramètres que celle de la Figure 4-14.
La Figure 4-15 présente une électrode généralement homogène, divisée en secteurs principaux. La proportion de pixels non-noirs varie sur l'électrode entre 30 et 70% et principalement entre 40 et 65%. Une zone plus concentrée en cuivre se situe à la base de la zone filetée, tandis qu'une zone moins concentrée arbore la périphérie du filet. En considérant la porosité de l'électrode qui est de 15%> (voir Figure 4-7), on constate que <pf réelle est plutôt autour de 50%, ce qui correspond à la zone principale (orange) de la Figure 4-15.
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Figure 4-15: Electrode Cu-101/FA709-00 (?>/= 66,9%) moulée avec/= 550 Hz et^ = 10 pm à 200°C.
La zone filetée sur l'électrode engendre des zones de pression différente sur le mélange au moment du moulage, de sorte que le polymère migre d'avantage vers la sortie du moule, soit vers le haut. Considérant le fait qu'un fluide (polymère à l'état fondu) est pratiquement incompressible (pression isostatique), une diminution de la proportion de ce dernier (ç>/ plus grand) entraîne donc une réduction de l'effet de pression isostatique. La distribution de pression relativement uniforme à l'intérieur du moule pour un faible <pf, due à l'incompressibilité du polymère, devient donc moins uniforme lorsque qtf augmente. Ceci fait en sorte à ce moment que la pression appliquée sur le mélange dépend d'avantage de la géométrie et des dimensions du moule (pilon) que dans le cas d'un <pf plus faible.
Les résultats d'une analyse d'images calculant la moyenne des pixels non-noirs dans une fenêtre précise (binning) dépendent de la taille de fenêtre choisie. En effet, le choix d'une fenêtre trop grande peut faire en sorte de perdre beaucoup d'information quant à la présence d'éléments plus ponctuels sur la Figure (ex: agglomération du polymère Figure 4-14). En revanche, une fenêtre d'analyse trop petite entraîne une surcharge de l'image et il devient difficile d'en tirer toute information. Ces phénomènes sont exprimés sur la Figure 4-16. Il est donc bon de sélectionner une fenêtre d'analyse qui permet d'évaluer le plus précisément possible l'information recherchée. Pour les échantillons étudiés, l'homogénéité est la principale caractéristique étudiée. Il faut donc identifier une fenêtre qui permet d'avoir une vue d'ensemble sans négliger
d'éléments agglomérés. Une fenêtre de 189,2 x 189,2 pm représente donc un juste milieu entre la précision et la globalisation.
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A - BFigure 4-16: Reprise de la Figure 4-14 avec une fenêtre d'analyse de: A) 473 x 473 pm et B) 47,3 x 47,3 pm.
4.2.3.2 Essais finaux
Pour les essais finaux, la micrographie est employée afin de mieux comprendre la disposition et l'interaction entre les particules dans l'électrode une fois moulée en fonction de <p/. Des échantillons d'UFG5/FA709-00 et de Cul01/FA709-00 dans des proportions différentes sont présentés aux Figures 4-17 à 4-20.
Les Figures 4-17 et 4-18 présentent une vue de la section d'électrodes composites graphite ayant respectivement des proportions volumiques de 0,25 et 0,80. Il est difficile de bien distinguer les deux matériaux (UFG5 et FA709-00) sur ces Figures car ils sont tous deux constitués principalement (ou entièrement) de carbone. Cependant, il est possible de les différencier par leur texture. Les particules de graphite sont des feuillets très irréguliers dessinés par des arrêtes vives, tandis que le polymère (fondu) est plus lisse, aux bords arrondis et parfois même plus fibreux.
Figure 4-17: Micrographie au MEB d'un composite UFG5/FA709-00 (<pf= 0,25) . « — * _ - ^ g g r S S L J " *-T ^^Sfàr-T- .• <
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Figure 4-18: Micrographie au MEB d'un composite UFG5/FA709-00 ((pf= 0,80)
Sur la Figure 4-17, il est facile de reconnaître le polymère sur toute la partie du haut. En descendant dans la Figure, il devient difficile de faire la distinction car les deux matériaux semblent bien mélangés. Malgré une bonne proportion de polymère, les particules de graphite semblent être suffisamment rapprochées pour interagir ensemble. De plus, il semble que pratiquement aucune porosité n'est présente dans la pièce et que les particules de graphite sont orientées aléatoirement dans la pièce.
Sur la Figure 4-18, on distingue clairement une petite zone de polymère en haut à gauche et à la surface de la pièce. Autrement, les particules de graphite sont nettement plus présentes et elles sont toutes alignées horizontalement, à l'image de feuilles empilées les unes sur les autres. La porosité est également négligeable sur cette Figure.
Les Figures 4-19 et 4-20 montrent, quant à elles, deux électrodes Cul01/FA709-00 avec un q>f de 0,15 et 0,70 respectivement. Sur ces Figures, il est beaucoup plus facile de distinguer les nuances entre les deux matériaux (cuivre et polyethylene) étant donné leur nature très différentes. Les particules de cuivre sont généralement ovales ou très nervurées, tandis que le polymère est plus fibreux et plus difforme. De plus, grâce au mode d'électrons rétrodiffusés (Figure 4-19B et 4-20B), on arrive à bien faire la différence entre les deux matériaux car le polymère est beaucoup plus foncé que le cuivre. Ceci est expliqué par le fait que le cuivre a un numéro atomique plus élevée que le carbone constituant le polymère.
La Figure 4-19 démontre clairement que les particules de cuivre ne sont que peu ou pas en contact entre elles. Il est donc peu probable qu'une pièce à faible proportion volumique soit un bon conducteur électrique. Le polymère enrobe bien toutes les particules, faisant en sorte de les isoler. La porosité semble négligeable ici, ce qui vient en quelque sorte confirmer les résultats de la section 4.1.3.2. ^%*M;
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Figure 4-19: Micrographie au MEB d'un composite Cul01/FA709-00 ((pf= 0,15) : A) Mode
Figure 4-20: Micrographie au MEB d'un composite Cul01/FA709-00 (<pf= 0,70): A) Mode
électrons secondaires et B) Mode électrons rétrodiffusés.
La Figure 4-20 démontre d'avantage de porosité. La faible quantité de polymère fait en sorte qu'il ne peut combler toutes les interstices engendrés par la poudre de cuivre. Les particules de cuivre sont très rapprochées et semblent être en contact. La surface de contact les joignant parait toutefois moins franche et plus petite que dans le cas de l'électrode de graphite, où les particules sont toutes alignées et empilées. Considérant ce fait, l'électrode de cuivre risque donc d'être moins conductrice que celle de graphite.
Toutes ces observations sur la disposition et l'interaction des particules conductrices viennent également confirmer certaines hypothèses sur les causes d'une porosité plus faible pour des électrodes de graphite, comparativement à celles de cuivre (section 4.1.3.1). Le fait que les particules de graphite tendent à s'empiler, pour un (pf élevé, démontre une réduction de la porosité, puisque leur surface de contact est nettement plus grande. L'espace entre elles ne peut donc qu'en être réduit. De plus, ce comportement peut permettre une meilleure cohésion des matériaux, étant donné qu'un tel empilement contribue significativement, avec l'aide du polymère, une consolidation des particules de graphite. Cette qualité pourrait peut-être même aider à diminuer l'usure de l'électrode.
La microscopie a permis de vérifier que la fréquence d'oscillation de l'actuateur piézoélectrique /(section 4.2.2) et TM ont un effet important sur l'homogénéité de l'électrode en faisant varier la
viscosité du polymère. De plus, elle a permis de déterminer qu'un (pf élevé peut réduire légèrement l'homogénéité en diminuant l'effet de pression isostatique dans le mélange. Finalement, la micrographie a démontré que l'empilement des particules de graphite dans une électrode UFG5/FA709-00 à çcy élevé favorise la surface de contact et diminue la porosité, faisant ainsi en sorte qu'elle soit une meilleure candidate que l'électrode de cuivre pour l'usinage par EDM.