Maxence Vigier (soutenance à Huis Clos)

Jeudi 21 novembre à 14h00 - Caractérisations cristallographique et optique de vitrocéramiques colorées

Résumé :

Depuis plus de quatre décennies, l’entreprise ARC produit une vitrocéramique LAS (Li2O-Al2O3-SiO2) de couleur brune aux propriétés mécaniques et optiques exceptionnelles. Cependant, la récente instabilité du prix du Li a contraint l’arrêt temporaire de sa production en 2020. Afin d’envisager une reprise de la production plus pérenne, un partenariat a été établi à travers ces travaux entre l'entreprise Arc France et l’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes. Cette collaboration a pour objectif de caractériser au mieux cette vitrocéramique. Une analyse structurale et microstructurale complète de la chaîne de production, depuis les matières premières jusqu'aux produits finis, a été réalisée.

Des caractérisations détaillées, tant au niveau structural que microstructural, ont permis de mieux comprendre le procédé de fabrication et leur influence sur les propriétés des vitrocéramiques LAS Ces connaissances ont ensuite servi de socle pour traiter de l’origine de la couleur dans les vitrocéramiques. Deux cas ont été traités, celui de la coloration brune naturellement observée dans les produits manufacturés, ou celui de la coloration induite par le dopage avec des métaux de transition (Cr, Co, Ni). Enfin, compte tenu du contexte géopolitique mondial ayant considérablement impacté la production des LAS par l'entreprise et la direction de cette thèse, le dernier axe de ces travaux a porté sur l'élaboration d'une nouvelle composition de vitrocéramiques aux propriétés similaires aux LAS, mais moins dépendante du lithium.

Mots clés : Vitrocéramique, LAS, Caractérisation structurale, Caractérisation optique, Couleur

Crystallographic and optical characterization of colored glass-ceramics

Abstract :

For over four decades, the company ARC has been producing a brown LAS (Li2O-Al2O3-SiO2) glass-ceramic with exceptional mechanical and optical properties. However, the recent instability in the price of lithium forced a temporary halt in its production in 2020. To consider a more sustainable resumption of production, a partnership was established through this work between the company Arc France and the Jean Rouxel Institute of Materials in Nantes. The aim of this collaboration is to thoroughly characterize this glass-ceramic. A comprehensive structural and microstructural analysis of the production chain, from raw materials to finished products, has been conducted.

Detailed characterizations, both at the structural and microstructural levels, have provided a better understanding of the manufacturing process and its influence on the properties of LAS glass-ceramics. This knowledge then served as a foundation to address the origin of the color in glass-ceramics. Two cases were examined: the naturally observed brown coloration in manufactured products and the coloration induced by doping with transition metals (Cr, Co, Ni). Finally, given the global geopolitical context that has significantly impacted the production of LAS by the company and the direction of this thesis, the final focus of this work was on developing a new glass-ceramic composition with properties similar to LAS but less dependent on lithium.

Keywords : Glass ceramics, LAS, Structural characterization, Optical characterization, Color