Note ABES Contribution à l'application de céramiques d'Al2O3 et de 3Y-ZrO2 à structures submicroniques à l'usinage de matériaux dérivés du bois Contribution to the application of sub-μm grain Al203 and 3Y-Zr02 ceramics to the machining of wood-based materials Céramiques Outils de coupe Structure submicronique Comportement mécanique Sub-μm ceramics Cutting tools Mechanical behavior 531.2 671.35 Usinage Appareils et matériel Matériaux céramiques Propriétés mécaniques Outils de coupe pour métaux Usure (mécanique) Les céramiques à base d’Al2O3 et de 3Y-ZrO2 à structures submicroniques présentent, au vu de leurs propriétés physiques et mécaniques, un fort potentiel pour l’usinage de composites en bois. Neuf nuances ont été développées par coulage-gélification (CG) et par pressage isostatique à froid (CIP). Elles ont ensuite été testées en usinage dans des conditions industrielles de coupe. L’objectif de la thèse a été la compréhension, à partir de ces résultats, des mécanismes d’usure, afin d’identifier les propriétés physiques et mécaniques nécessaires pour l’usage d’un matériau nouveau pour cette application. Des outils prototypes de fraisage et de tournage ont été conçus. L’état d’endommagement et les contraintes résiduelles dans la céramique, dus aux étapes de fabrication des prototypes, ont été déterminés. Les résultats des expérimentations de coupe montrent que différents mécanismes opèrent sur l’usure des céramiques. Pour les nuances d’alumine, l’usure de l’arête se fait par arrachement cyclique de grains, tandis que les nuances à base de zircone se déforment plastiquement. Il apparaît que les propriétés physiques, telles que la taille de grain et la densité, sont prédominantes sur les propriétés mécaniques. L’utilisation de céramiques à structure submicronique avec des densités supérieures à 99 % améliore les performances en usinage. C’est la nuance Al2O3-10 % ZrO2 produite par CG qui a montré la meilleure résistance à l’usure. Lors de l'affûtage et de la coupe, l'oxyde de zirconium non stabilisé opère un changement de phase qui induit des contraintes de compression au sein de la microstructure et augmente ainsi la résistance micromécanique des joints de grain. High mechanical properties of sub-μm grain Al2O3 and 3Y-ZrO2 present high potential for the cutting of wood-based materials. Nine grades were produced by gelcasting (GC) and cold isostatic pressing (CIP). They were tested in real industrial conditions. From those results, this thesis’ aim was to highlight the wear mechanisms in cutting, and then deduce major physical and mechanical properties that are task of material development. Consequently, prototypes for cutting trials have been developed. As a result, the manufacturing of prototype tools, X-Ray diffraction, analytical and numerical investigations were performed to quantify residual stress that occurred in ceramic. Observation of the results of experimentations in machining showed different wear modes. For alumina’s grade, single grain pull-out was the main wear mechanism of the cutting edge, while microplastic deformation occurred in zirconia’s composition. Physical properties of ceramic structure, like grain size and density, are more important than mechanical properties. To improve cutting lifetime, density must be higher than 99%, with a structure with sub-μm grain size. It appeared that there was a predominant role of micromechanical stability while cutting abrasive materials. Fracture toughness or thermal shock resistance seem to have marginal influence when ceramic were produced by low-defect process like GC. Regarding all ceramic grades the Al2O3-10ZrO2 made by GC showed the highest wear resistance in machining. Unstabilized zirconia brought micromechanical stability between grains of the cutting edge while working. Electronic Thesis or Dissertation Text fr PDF 42762794 Université de Strasbourg Strasbourg 2016-12-31 https://theses.hal.science/tel-03270757 application/pdf 42657576 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2015/Grunder_Timothee_2015_ED269.pdf http://www.theses.fr/2015STRAD035/abes https://theses.hal.science/tel-03270757 https://theses.hal.science/tel-03270757 Grunder Timothee 1987-07-02 FR 193989891 21111997 https://theses.fr/2015STRAD035 2015STRAD035 https://doi.org/10.70675/936df234z64dfz47e1zb9efz4ab893ed048f 2015-09-28 Mécanique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Mille Pierre MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 080074995 Caillaud Emmanuel MADS_PRESIDENT_DU_JURY 059769629 Bach Murielle MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 080456073 Antou Guy MADS_MEMBRE_DU_JURY_2 085226998 Nouari Mohammed MADS_RAPPORTEUR_1 128700777 Meausoone Pierre-Jean MADS_RAPPORTEUR_2 120776596 École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 MA 156504863 Laboratoire de génie de la conception (Strasbourg) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 EA3938 161274706 50264 ddc:530 ddc:670 Mille Pierre Caillaud Emmanuel Bach Murielle Antou Guy Nouari Mohammed Meausoone Pierre-Jean École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) Laboratoire de génie de la conception (Strasbourg) PDF 42762794 confidentialité 2015-09-28 2020-09-29 confidentialité 2015-09-28 2020-09-29 confidentialité 2015-09-28 2020-09-29 confidentialité 2015-09-28 2020-09-29