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Solide solide

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UNIVERSITE HASSAN II DE CASABLANCA
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Faculté des Sciences Aïn Chock
‫البيضاء‬ ‫بالدار‬ ‫الثاني‬ ‫الحسن‬ ‫جامعة‬
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Master Chimie
Méthodes d’élaboration des matériaux
inorganiques: Méthode solide-solide
Présenté par
Elmehdi ELHACHOUMY
Yassine YOUNES
Badr GOURMAH
El mustapha ELAISSI
Reda AIT BOUHSSINE
Année Universitaire 2020-2021
Mohamed EL BOUAMRI
med_elbouamri
Plan de travail
 Introduction sur les réactions solide-solide
Réaction solide-solide
Les différents types des réactions solide-solide
Procédé de la méthode Solide-Solide
Synthèse de monazite
La réaction à l’état solide est la voie la plus simple et répandue à la
préparation des solides.
La réaction nécessite un chauffage des solides ensemble qui réagissent
entre eux pour former le produit désiré.
YBa2Cu3O7-x le premier supraconducteur synthétiser par la méthode
céramique.
Broyage des quantités stœchiométrique des oxydes mixtes et le chauffage
est le procède de la synthèse de YBa2Cu3O7-x
INTRODUCTION
On désigne par le terme général de réaction solide-solide toute réaction dont
l'écriture chimique globale se met sous la forme :
S1 + S2 → S3
(Solide) (Solide) (Solide)
Ou bien :
S1 + S2 → S3 + P
(Solide) (Solide) (Solide)
les composés S1, S2 et S3 sont des corps solides et le produit p est un solide ou un
gaz.
Les réactifs S1 et S2 peuvent être des oxydes, des halogénures, des carbonates, des
sulfures métalliques.
C’est quoi une réaction solide-solide ?
Les différents types de
réaction solide-solide
les réactions d'addition
les réactions d'échange
- les réactions d'addition qui s'écrivent :
S1 + S2 → S3
(Solide) (Solide) (Solide)
- les réactions de formation de spinelles : AB2O4 où A est un métal divalent et
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  • 1. UNIVERSITE HASSAN II DE CASABLANCA -------- Faculté des Sciences Aïn Chock ‫البيضاء‬ ‫بالدار‬ ‫الثاني‬ ‫الحسن‬ ‫جامعة‬ ------- ‫الشق‬ ‫عين‬ ‫العلوم‬ ‫كلية‬ Master Chimie Méthodes d’élaboration des matériaux inorganiques: Méthode solide-solide Présenté par Elmehdi ELHACHOUMY Yassine YOUNES Badr GOURMAH El mustapha ELAISSI Reda AIT BOUHSSINE Année Universitaire 2020-2021 Mohamed EL BOUAMRI med_elbouamri
  • 2. Plan de travail  Introduction sur les réactions solide-solide Réaction solide-solide Les différents types des réactions solide-solide Procédé de la méthode Solide-Solide Synthèse de monazite
  • 3. La réaction à l’état solide est la voie la plus simple et répandue à la préparation des solides. La réaction nécessite un chauffage des solides ensemble qui réagissent entre eux pour former le produit désiré. YBa2Cu3O7-x le premier supraconducteur synthétiser par la méthode céramique. Broyage des quantités stœchiométrique des oxydes mixtes et le chauffage est le procède de la synthèse de YBa2Cu3O7-x INTRODUCTION
  • 4. On désigne par le terme général de réaction solide-solide toute réaction dont l'écriture chimique globale se met sous la forme : S1 + S2 → S3 (Solide) (Solide) (Solide) Ou bien : S1 + S2 → S3 + P (Solide) (Solide) (Solide) les composés S1, S2 et S3 sont des corps solides et le produit p est un solide ou un gaz. Les réactifs S1 et S2 peuvent être des oxydes, des halogénures, des carbonates, des sulfures métalliques. C’est quoi une réaction solide-solide ?
  • 5. Les différents types de réaction solide-solide les réactions d'addition les réactions d'échange
  • 6. - les réactions d'addition qui s'écrivent : S1 + S2 → S3 (Solide) (Solide) (Solide) - les réactions de formation de spinelles : AB2O4 où A est un métal divalent et B, un métal trivalent. Par exemple: ZnO + Fe2O3 → ZnFe2O4 MgO + Al2O3 → MgAl2O4
  • 7. Ou bien: S1 + S2 → S3 + P (Solide) (Solide) (Solide) - les réactions de formation de silicates: MSi03, M2Si04. - les réactions de formation de titanates:MTi03, M2TiO. Par exemple: Co3O4 + 3MoO3 → 3CoMoO4 + 1/2O2 SrCO3 + MoO3 → SrMoO4 + CO2
  • 8. les réactions d'échange qui s'écrivent : A + BC → AB + C Ou bien: AB + CD → AD + BC Par exemple: Mg + ZnS → MgS + Zn ZnS + CdO → ZnO + CdS
  • 9. Procédé de la méthode Solide- Solide
  • 11. Broyage  Méthode mécanique : → Le broyage mécanique consiste à réduire la taille des particules et des grains de différents types de matériaux → S’applique essentiellement aux poudres métalliques .  Appareils utilisés :  Méthode chimique : Fractionnement d’un composé (oxydes) par un agent chimique à un métal à l’état de fins granules et en sous-produit qui peut être éliminer Mortier en agate Broyeur planétaire Broyeur à couteaux
  • 12. Tamisage Cette étape permet à travers des tamis de séparer les grains de différentes dimensions pour avoir une poudre de bonne granulométrie. Ils existent deux types de tamisage :  Tamisage manuel : → Son principe consiste à faire passer une masse connue à travers une colonne de tamis soumis à des vibrations. → Cette technique présente l’avantage d’être peu coûteuse et simple d’utilisation. → Son emploi limité aux particules supérieures à 50 µm.  Tamisage fin : → Le tamisage fin de particules inférieures à 20 µm nécessite des tamis particuliers. → Ces micro-tamis peuvent tamiser jusqu’à 5 µm.
  • 13. Mélangeage  L’objectif est toujours de rendre le mélange aussi homogène que possible.  Les particules de même dimension se mélange mieux que des particules de taille différente.  Mélangeurs utilisés : L’ homogénéité n’est jamais parfaite dans le cas des solides Tambour mélangeur Malaxeur mélangeur
  • 14. Compactage  Lors du passage de la poudre entre les rouleaux, celle-ci passe par un processus de déformation complexe où l’on passe de l’état poudre faiblement tassée à un état dense (compact).
  • 15. Frittage  Le frittage est un procédé de fabrication de pièces consistant à chauffer une poudre sans la mener jusqu'à la fusion  Le frittage se déroule en trois étapes : le stade initial, le stade intermédiaire et le stade final.  Le stade initial  Le stade intermédiaire  Le stade final
  • 16. LES TYPES DE FRITTAGE FRITTAGE CONVENTIONNEL FRITTAGE NON CONVENTIONNEL
  • 17. FRITTAGE CONVENTIONNEL Le frittage conventionnel est une technique employée depuis toujours, à la fois pour les céramiques traditionnelles ou pour les céramiques techniques. Il consiste à utiliser un four dit conventionnel pour amener la pièce à la température désirée pour le déroulement du frittage
  • 18. FRITTAGE NON CONVENTIONNEL Il existe de nos jours différentes technologies qui permettent de ne plus utiliser de fours, ceci dans un souci de gain de temps, d'énergie, et ainsi de limiter l'impact écologique de l'activité humaine, Et on a le cas de frittage flash-SPS FRITTAGE FLASH-SPS
  • 19. -Montée en température quasi-instantanées (>100°C/min): frittage en quelques minutes -Possibilité d’effectuer des frittages sous différentes atmosphères -Accès à des valeurs de densités approchant 100% de la densité théorique
  • 21.  La monazite est un phosphate de terres rares naturelles que l’on trouve à l’état minéral accessoire dans de nombreux types de roches  La monazite est de formule LnPO4 où Ln indique la série des lanthanides (Ce, La, Nd,Y et Th) Définition de monazite
  • 22.  La première synthèse de la monazite date de 1875. La monazite est obtenue par réaction à haute température d'un phosphate de cérium et de chlorure de cérium fondu  En 1990, le premier essai est fait par Hikichi. Il a réalisé le frittage de monazite de type CePO4 à 800°C. Avant le frittage, les pastilles sont pressées successivement par un pressage uniaxial sous 30 Mpa et par un pressage isostatique à froid sous 100 Mpa Historique de synthèse de monazite
  • 23.  En 2003, S.Lucas fait l’étude sur le frittage des composés LaPO4, CePO4 par deux méthodes comparatives : o Frittage naturel o Frittage sous charge  En 2005,D. Brugiroux montre que la densification des pastilles de monazite commence à partir de 800°C ; mais à 1500°C, cette densification atteint environ 98%
  • 24.  La monazite est un composé chimiquement stable. Elle n’est pas dissoute ni dans l’eau ni dans l’acide ou dans la base qu’à des conditions bien précis  La monazite est un minerai chimiquement inerte à l’état pur  La monazite présente une très faible solubilité  La monazite présente un point de fusion élevé, Donc il est possible de réaliser un matériau réfractaire à partir de ce composé Propriétés physique chimique
  • 25.  La synthèse de CePO4 à partir de CeO2 et de NH4H2PO4 a été réalisée sous air. Le suivi en fonction de la température de la synthèse est présenté figure III-12 et figure III-13. Synthèse de CePO4
  • 26.  -La figure III-13 montre que le cérium demeure sous sa forme tétravalente jusqu’à 800°C.  -Une grande partie réagit avec le composé phosphaté pour former un pyrophosphate de cérium Ce4+P2O7.  -On peut noter également la présence de traces de monazite Ce3+PO4 dès 600°C.  -La phase Ce4+P2O7 disparaît entre 850°C et 1000°C ,alors qu’apparaissent les raies relatives à l’orthophosphate Ce3- PO4 et au métaphosphate Ce3+(PO3)3.  - Entre 1000°C et 1350°C, les raies de diffraction de Ce3+(PO3)3 et de Ce4+ O2 disparaissent.  - La poudre est alors monophasée et n’est composée que de la monazite Ce3+PO4.
  • 29.  - La perte de masse 1 est due à la décomposition de NH4H2PO4 .  - L’analyse DRX montre qu’à 600°C, la poudre est essentiellement composée de Ce4+P2O7, mais on note également la présence de Ce3+(PO3).  -A partir de 800°C, trois pertes de masse se succèdent, centrées respectivement sur des températures de 890°C, 990°C et 1255°C.  -Une analyse par spectrométrie de masse des gaz émis lors du traitement thermique indique que les pertes massiques 2 et 3 sont dues à un départ d’oxygène. 4Ce4+P2O7 2Ce3+(PO3)3 + 2Ce3+3PO4 + O2(g)
  • 30.  -L’analyse par diffraction des rayons X confirme la présence majoritaire de métaphosphate de cérium Ce3+(PO3) à 1000°C.  -La perte de masse 4 est due à la décomposition de Ce3+(PO3)3 selon la réaction suivante : Ce3+(PO3)3 Ce3+PO4 + ½P4O10(g)
  • 31.  - A partir de ces observations, il est possible de proposer un mécanisme réactionnel pour la formation de Ce3+PO4 partir de la calcination du mélange Ce4+O2+NH.  Ce4+O2+ NH4H2PO4 1/2Ce4+P2O7+ 1/2Ce4+O2+NH3+3/2H2O  1/2Ce4+P2O7 1/4Ce3+(PO3)3 + 1/4Ce3+PO4 + 1/8O2(g)  1/4Ce3+(PO3)3 + 1/2Ce4+O2 3/4Ce3+PO4 + 1/8O2(g) ____________________________________________________________________________  Ce4+O2+ NH4H2PO4 Ce3+PO4 + NH3 + 3/2H2O +1/4O2(g)