Caractérisation d'une poudre nanométrique de MoSi2 et étude du procédé de moulage par injection de poudres

Une étude de faisabilité sur l'utilisation d'une poudre nanométrique de disiliciure de molybdène, MoSi2, dans un procédé de moulage par injection à basse pression de chez Maetta Sciences Inc. a été faite dans le cadre de ce projet de maîtrise. Considérant toutes les caractéristiques requises par un matériau utilisé dans une application à haute température et subissant des contraintes mécaniques en service, le MoSi2 est un bon candidat. Le but du projet est de vérifier si le frittage au four micro-ondes permet de mieux conserver la taille nanométrique des grains de la poudre de MoSi2 qu'un frittage conventionnel tout en vérifiant l'influence des divers paramètres opérationnels sur les caractéristiques des pièces finales. Des pièces issues des procédés de fabrication par pressage et par moulage par injection à basse pression ont été produites et caractérisées par diverses techniques (microscopes électronique à balayage et à transmission, diffraction des rayons X). Les paramètres opérationnels qui ont été variés durant l'étude sont le procédé de fabrication (pressage, moulage par injection à basse pression), les conditions de déliantage (type d'alumine, température), le type de frittage (conventionnel, micro-ondes) et les conditions de frittage (température, atmosphère, temps). De plus, les caractéristiques analysées sont les phases présentes dans la microstructure, les proportions des phases, la densité avec ou sans considération des autres phases présentes et la taille moyenne de grains. La principale conclusion qui découle de l'analyse et de la discussion des résultats de la caractérisation est que le frittage micro-ondes, par sa vitesse de chauffe très rapide et diminuant la durée de l'exposition de la pièce à haute température, permet de mieux conserver la fine taille de grains de la poudre initiale de MoSi2 que le frittage conventionnel. De plus, le déliantage, une étape du procédé de moulage par injection basse pression, entraîne l'oxydation des pièces. Cette oxydation du MoSi2 entraîne la formation de la phase Mo5Si3 et de la phase SiO2 qui est amorphe, fragile et donc indésirable.

Abstract

This master project concerns a feasibility study about the use of a nanometric disilicide molybdenum (MoSi2) powder in a low pressure injection molding process from Maetta Sciences Inc. Because of its characteristics, MoSi2 is a good candidate for application at high temperature where the part is subjected to mechanical stresses. The goal of this project is to verify if microwave sintering allows a better conservation of the initial powder's nanometric grains. The influence of the operational parameters on final characteristics of the parts is also established. Parts from pressed and sintered (PS) process and low pressure injection molding (LPIM) process were fabricated and characterised by using several techniques (scanning and transmission electronic microscopes, X-ray diffraction). The studied operational parameters are the fabrication process (PS, LPIM), the debinding conditions (alumina type, temperature), the sintering type (conventional, microwave) and the sintering conditions (temperature, atmosphere, time). The characteristics that were analysed include the phases present in the microstructure, the phase proportions, the density with or without considering the presence of other phases and the average grain size. The main conclusion taken from the analyses and discussion of the characterisation results is that the microwave sintering allows to better maintain the fine grains of the initial MoSi2 powder than the conventional sintering because it greatly minimizes the duration of high temperature exposition since heating rates are far greater in the microwave. Also, the debinding process, one of the low pressure injection molding steps, generates more oxidation in the final parts. This MoSi2 oxidation results in the formation of Mo5Si3 phase and undesirable SiO2 fragile and amorphous phase.