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POURVU - Design de microstructures céramique eutectique par fusion laser sélective

POURVU - Design de microstructures céramique eutectique par fusion laser sélective

PROVIDED - Design of ceramic eutectic microstructures using laser beam melting

Proposition de thèse

Spécialité

Sciences et génie des matériaux

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

BERGER Marie-Hélène

Co-encadrant

COLIN Christophe

Unité de recherche

Centre des Matériaux

Contact
Date de validité

01/10/2019

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Fabrication additive , Fusion laser , Eutectiques , Al2O3 Y3Al5O12 ZrO2 , Microstructure

Additive manufacturing , laser melting , Eutectics , Al2O3 Y3Al5O12 ZrO2 , Microstructure

Résumé

Les céramiques oxydes de composition eutectique sont des constituants potentiels pour de futures pièces aéronautiques sujettes à des sollicitations thermomécaniques au-delà de 1200 °C sous atmosphère oxydante. Ces céramiques sont en effet intrinsèquement résistantes à l'oxydation, de plus faible densité que les alliages métalliques actuellement utilisés et leur microstructure spécifique leur confère une excellente résistance au fluage aux températures visées. Leur usage est cependant encore limité en particulier par la difficulté d'usinage de formes complexes et par leur faible tolérance aux défauts fissurants.

Une étude récente au Centre des Matériaux (Thèse Liliana Moniz, 2019 dirigée par Ch Colin et MH Berger) a démontré la faisabilité de fabriquer des pièces de formes complexes en eutectique alumine zircone par fabrication additive via la fusion laser sélective de poudres. Les relations entre paramètres procédés, composition de la poudre (stabilisation de la zircone par l'yttrium, Y-ZrO2) et paramètres microstructuraux (taille des lamelles, des colonies, relation d'orientation cristalline entre les phases) doivent être mieux connues, et couplées avec les mécanismes locaux de déformation. La fusion/solidification d'autres systèmes plus résistants au fluage tel l'eutectique binaire alumine – grenat d'yttrium et aluminium (YAG) et plus résistants à la fissuration tel l'eutectique ternaire Al2O3 – YAG – ZrO2 sera également étudiée.

Le ou la doctorant.e sera acteur de toute la chaine expérimentale : Choix des poudres et leur composition, détermination des paramètres de fabrication par fusion laser sélective, analyse des microstructures (MEB, DRX, MET, EBSD), évaluation des contraintes résiduelles et essais mécaniques (de flexion, de ténacité par indentation et micro dureté). Il Elle devra contrôler puis piloter le développement des microstructures dans les conditions fortement hors d'équilibre qui caractérisent la fusion laser sélective, en lien avec les propriétés visées et s'attacher à réduire la microfissuration. L'évolution microstructurale sera également étudiée après vieillissement aux températures visées sous air.

Oxide ceramics of eutectic compositions are potential constituents for future aeronautical parts prone to thermomechanical stresses above 1200 ° C in oxidizing atmosphere. These ceramics are intrinsically resistant to oxidation, have a lower density than the metal alloys currently used, and their specific microstructures allow excellent creep resistance at the target temperatures. However, their use is still limited in particular by the difficulty of machining complex shapes and their low tolerance to crack propagation.

A recent study at the Materials Center (Thesis Liliana Moniz, advisors Ch Colin & MH Berger) demonstrated the feasibility of manufacturing by laser beam melting complex shape parts in alumina zirconia eutectic. The relationships between process parameters, powder composition (stabilization of zirconia by yttrium, Y-ZrO2) and microstructural parameters (lamella size, colony size, crystal orientation relationship between phases) must be better known, and coupled with local deformation mechanisms. The fusion / solidification of other systems with better creep resistant such as alumina - garnet yttrium and aluminum (YAG) binary eutectic and better resistance to crack propagation such as the ternary eutectic Al2O3 - YAG - ZrO2 will also be studied.

The PhD student will be involved in the entire experimental chain: Choice of powders and their compositions, determination of selective laser melting fabrication parameters, microstructure analysis (SEM, XRD, TEM, electron backscatter diffraction), residual stresses evaluation and mechanical tests (bending, fracture toughness by indentation and micro hardness). In relation with the thermomechanical properties targeted, he/she will control and drive the development of microstructures in the highly out of equilibrium conditions that characterizes selective laser melting, and focus on reducing microcracking. Microstructural evolution will be studied after ageing at the target temperatures under air.

Contexte

/

Encadrement

Directeur de thèse : Marie-Hélène BERGER Centre des Matériaux
Co-encadrant : Christophe COLIN Centre des Matériaux

Profil candidat

Profil type : Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.
Pré-requis : Profil sciences des matériaux (Diplome d'ingénieur ou M2) , avec de solides connaissances en céramiques et en solidification, avec un gout affirmé pour l'expérimental et les procédés. Une maitrise du langage Python serait fortement appréciée
Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais
• carte d'identité ou passeport

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a covering letter explaining the applicantÂ's motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
• passport or residence permit

to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Références

/

Type financement

Concours pour un contrat doctoral

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