HAL Id: jpa-00225603
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Submitted on 1 Jan 1986
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SUR L’EXISTENCE DE VERRES AZOTES DANS LE SYSTEME Ca-Al-O-N
C. Doradoux, J. Jarrige, M. Billy
To cite this version:
C. Doradoux, J. Jarrige, M. Billy. SUR L’EXISTENCE DE VERRES AZOTES DANS LE SYSTEME Ca-Al-O-N. Journal de Physique Colloques, 1986, 47 (C1), pp.C1-479-C1-483.
�10.1051/jphyscol:1986172�. �jpa-00225603�
SUR LfEXISTENCE DE VERRES AZOTES DANS LE SYSTEME Ca-A1-0-N
C. DORADOUX, J. JARRIGE et M. BILLY
Laboratoire de CBramiques Nouvelles, ( L A C.N.R.S 3201, 123, Avenue Albert Thomas, F-87060 Limoges Cedex, France
Resume
-
L'etude du systeme pseudo-ternaire AlN-A1 0 -CaO 1 1700°C met en 2 3evidence une phase vitreuse azotee dont les limites du domaine d'existence varient en moles de 0 1 15% pour AlN, de 18 B 45% pour A1 O3 et de 62 B 75%
pour CaO. Ce verre, par recuit 5 1500°C dans ltazote, se %compose en ses principaux constituants avec formation d'un aluminate de calcium C 12A7. Ses principales caract6ristiques physiques sont presentees.
Abstract
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In the ternary AlN-A1203-Ca0 system a nitride liquid phase is obtained at 1700°C. The molecular composition limits of the vitreous domain are : A1N ( 0 - 15%), A120 (18-
45%) and CaO (62-
75%). This glass, by annealing in nitrogen at l$OoOc, is decomposed into its constituants: with the formation of the calcium aluminate C 12A7. Its main physical characteristics are described.I
-
INTRODUCTIONOn sait que la densification par frittage nature1 du nitrure d'aluminium, ceramique B vocation thermom6canique, necessite l'utilisation d'ajouts tels que les oxydes alcalino-terreux ou les oxydes de terre rare. La densification est obtenue par frittage en phase liquide, cette derniGre determinant les caract6ristiques physiques et mecaniques du materiau. Nos travaux sur le nitrure A1N (1,2) ont permis d46tablir l'influence des ajouts de densification sur la tenue B l'oxydation des frittes. Dans le cas de l'ajout CaO, lqhypothSse d'une phase vitreuse azotee a BtE avancee, cette derniere intervenant pendant l'oxydation, et se ddcomposant au contact de l'air. Dans ce systeme A1-Ca-0-N, d'autres auteurs ( 3 ) et (4) ont egalement signal6 la
possibilite d'existence d'une phase vitreuse. Le but de cette etude est de mettre en 6vidence et de caracteriser cette phase en nous pla~ant dans le diagramme ternaire A1 0 -CaO-AlN, diagramme non encore Btudie 1 notre connaissance.
2 3
I1
-
SYNTHESE DES VERRESLes compositions utilisees pour determiner les differentes zones du diagramme ternaire ont 6t6 preparees B partir de melanges A1 03, CaO et de nitrure A1N. La chaux obtenue par dbcomfiosition du carbonate de cafclurn, est aussitct utilisee pour Bviter l'hydrolyse. Les melanges sont pastilles et places en nacelle de graphite ou de molybdene, chauffee 1 1700°C sous atmosphere d'azote dans un four haute frequence.
AprSs l'essai, nacelle et &chantillon sont trernpes dans l'azote liquide. L'eau devant Etre proscrite en raison de l'hydrolyse des produits formes comme l'avaient observe BAGASSEN et RISHUB (5) dans le cas du systsme Al-Ca-Mg-Ba-0-N.
La purete des verres obtenus est contrdlee par analyse radiocristallographique.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1986172
JOURNAL DE PHYSIQUE
111 - RESULTATS
La figure 1 represente le domaine d'existence du verre azote B 1700°C ainsi que les diagrammes de phase des systgmes binaires correspondants AlN/Al 0 et A1 0 /CaO.
On remarque que la zone d'existence est reduite mais que, de part e$ ilautre: slle continue d'exister en presence d'un e x c k de nitrure d'alurninium ou de chaux. Les limites en moles sont comprises entre 0 et 15 % pour le nitrure, 18 B 45 % pour l'alurnine r b 62 5 75% pour la chaux.
Fig. 1 : Diagramme de phase A1203-Ca0-A1N S 1700°C.
a) Al2O3, C k , A ~ N b) AlN, Ca Aluminate C) AiN, verre azote d) verre azot6 e) CaO, verre azot6 f) C12A7, CaO, AlN, verre
C=,CaO, -A1203
Fig. 1 :
a)
Phase diagram of
A1203-CaO-~lN at 1700DC.
A1203, CAg AiN b) AlN, Ca Aluminate
C) AlN, nitride glass d) nitride glass e) CaO, nitride glass f) C12A7, CaB, AiN, glass
C:-CaO, &A1203 3.1. Cinetique de formation
Des temps de maintien compris entre 0 et 60 minutes Z 170OQC ont permis de montrer que la reaction etait complete 2 15 minutes. L'alwine et la chaux reagissent pour former l'alwninate le plus proche, qui dissout le nitrure d' aluminium.
3.2. Composition
L'azote a Qt& analys6 chimiquement par la mithode de KJEDAHL ou par dosage volurnetrique de l'azote degage par fusion alcaline sous vide de 1'6chantillon.Nos resultats sont rapport& au tableau I.
1
01
35,431
32,61
35,51
34,731
36,401
35,711
39,OO1
36,651
1_____1_________1__---~---I---~---~---~---~---~
I N 1 2.28
1
2,201
1,441
1,051
1,121
0,511
0,671
0I
Tableau I : Teneur en oxygene et en azote de differentes compositions (% poids) de la zone d (fig. 1)
Table I : Oxygen and nitrogen contents (Wt %) of compositions of area d(fig.1)
I1 faut remarquer que le pourcentage d'azote augmente legbrement dans le verre par rapport B celui du melange initial, ce qui explique une l6gbre dissolution dans le compos6 liquide 2 1700°C de l'azote atmosphsrique au cours de la rgaction.
IV - PROPRIETES
Le verre obtenu est totalement amorphe par diffraction des rayons X. I1 se presente generalement sous la forme d'une pastille de 20 mm de diamgtre et de 5 mm d8Bpaisseur (figure 3), de couleur jaune translucide.
Elles ont 6t6 mesurges par picnometrie sur des echantillons diff6rents. La figure 4 montre que la teneur en azofe n'a que peu d'influence sur les densites B taux d'alumine donn6. Par contre, pour un taux d'oxyde de calcium constant (70 % ) , la diminution de la densite depend de l'bvolution de l'aluminate de calcium (fig. 4b).
25 1 AL203
2 5
ALN (Xmd.1 10
Fig. 4 : Densite du verre - a) taux d'alumine 25%
-
b) taux de chaux 70%Fig. 4 : Density of the glass
-
a) aluminiuin content 25%-
b ) lime content 70%JOURNAL DE PHYSIQUE
Les microduretes ont Bt6 mesur6es avec une charge de 100 g appliqu6e pendant 10 s. Dans tous les cas, pour 25% d'alumine et pour 70% de chaux (figures 5a, 5b respectivement) la duret6 croit avec le taux de nitrure d'aluminium dissous. Elle augmente de 1'5% par rapport au verre oxyg8n6 de mgme teneur en chaux (fig. 5b). Un tel resultat est comparable B celui observ6 (6) dans le cas des verres du systcme Mg-Si-Al-ON.
Fig. 5 : Duret6 des verres azotes - a) avec 25% A1203 - b) avec 70% CaO
Fig. 5 : Hardness of the nitrogen glasses - a) with 25% A1203
-
b) with 70% CaO4.3. Tenue B l'oxydation
Nous l'avons test6e par thermogravim6trie dans l'air en mont6e lin6aire de temp6rature de 150°C/heure. Nos r6sultats ont 6tB reproduits sur la figure 6 ; ils sfinterpr6tent par une fixation d10xyg8ne suivie, au-del8 de 975OC, d'une
d6composition du verre. A 1400°C, le produit form6 est exempt d'azote et s'identifie B un aluminate de calcium. Le comportement de ces verres semble comparable 3. celui de l'oxynitrure d'aluminium y qui est caract6ris6 par un ph6nomGne de retention d'azote au cours de son oxydation (7).
Fig. 6 : Oxidation of the Al oxynitride glass in air.
7 5 la presence de deux aluminates C A
12 7 et C3A.
Fig. 7 : D6composition de la phase vitreuse B 15OO0C.
Fig. 7 : Decomposition of the glasses phase at 1500°C.
BIBLIOGRAPHIE
(1) YEFSAH S., BILLY M., JARRIGE J., MEXMAIN J. - Rev. Int. Htes Temp. Refract. Fr., 18 (1981) 167.
(2)
BILLY
M., JARRIGE J., LECOMPTE J.P., MEXMAIN J., YEFSAH S. - Rev. Chim. Min., 19 (1982) 673.(3) ~ C H A Z K A S.
,
BOBIK C.F.-
Materials Science Research,13
(1980) 321.(4) KOMEYA K., TSUGE A., INOUE H., OHTA H.
-
J. Mat. Sc. Letters, 1 (1982) 325.(5) BAGASSEN L.H., RISHUB S.H. - J. Amer. Ceram. Soc.,
4
(1983) 69,( 6 ) VERDIER P., LEMARCHAND V., PASTUSZAK R.
-
Ann. Chim. Fr., 7 (1982) 293.(7) GOURSAT P., GOEURIOT P., BILLY M. - Mat. Chem.,
