Élaboration et caractérisation de céramiques fonctionnelles oxydes/non oxydes à partir de polymères précéramiques et de phyllosilicates naturels. // Elaboration and characterization of functional oxide/non-oxide ceramics from preceramic polymers and natur

En s'inscrivant dans une démarche valorisant les ressources naturelles et écoresponsables, la thèse proposée a pour objectif l'élaboration de céramiques fonctionnelles en mettant à profit la réaction de formation de la mullite à partir d'alumine et de précurseurs phyllosilicates naturels. Cette réaction de cristallisation peut avoir lieu in-situ et conduire à de la mullite anisotrope particulièrement intéressante pour l'élaboration de céramiques architecturées dotées de nouvelles fonctions de tenue mécanique ou chimique. Les travaux s'articuleront autour de la mise en forme des objets céramiques visés, une attention particulière sera apportée à l'étude de l'évolution de microstructure au cours du procédé d'élaboration.
Le travail de recherche consistera tout d'abord à préparer et optimiser des suspensions mixtes alumine/phyllosilicate. Des matrices simples seront ensuite mises en forme afin d'étudier leur comportement en température, notamment la cristallisation de la phase mullite dans ces mélanges, sa microstructure, et la cinétique de densification du matériau. À partir de ces suspensions, deux voies seront explorées.
Le premier axe se concentrera sur le système oxyde/non-oxyde et visera l'élaboration de céramiques poreuses catalytiques. La technique de fabrication additive par microextrusion sera utilisée pour produire des structures poreuses à partir des suspensions phyllosilicates/alumine. Ces structures seront ensuite imprégnées avec des polymères précéramiques (polymères organosiliciés). Cette approche hybride, combinant les polymères précéramiques et la microextrusion, permettra de fonctionnaliser la surface de la mullite formée, en créant des gradients de propriétés dépendant des précurseurs et des traitements thermiques appliqués. L'accent sera mis sur l'étude des interactions entre ces structures et les polymères, ainsi que sur les transformations induites par les traitements thermiques, qualités requises pour des applications catalytiques à basse et haute température.
Le second axe se concentrera sur le système oxyde/oxyde. Dans ce cadre, la cristallisation in-situ de la mullite sera étudiée dans la matrice d'un composite à matrice céramique (CMC) à fibres longues, de type alumine/alumine. L'objectif est d'obtenir un renforcement mécanique multiéchelle grâce à la formation in-situ de la phase mullite. Les suspensions optimisées seront mises en forme en conditions réelles, par imprégnation de préformes fibreuses d'alumine utilisées par les industriels du secteur, afin de conduire à un matériau composite.
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The aim of the proposed work is to develop functional ceramics by exploiting the mullite formation reaction from alumina and natural phyllosilicate precursors. This crystallization reaction can take place in situ, resulting in anisotropic mullite, which is particularly interesting for the development of architectured ceramics with new mechanical or chemical properties. The work will focus on the shaping of the ceramics, with particular attention to the study of the evolution of the microstructure during the development process.
The research will start with the preparation and optimization of mixed alumina/phyllosilicate suspensions. Simple matrices will then be formed to study their behavior with temperature, in particular the crystallization of the mullite phase in these mixtures, its microstructure and the densification kinetics of the material. On the basis of these suspensions, two avenues will be explored.
The first will focus on the oxide/non-oxide system and will aim to develop porous catalytic ceramics. The micro-extrusion additive manufacturing technique will be used to produce porous ceramics from phyllosilicate/alumina suspensions. These ceramics will then be impregnated with preceramic polymers (organosilicate polymers). This hybrid approach, combining preceramic polymers and microextrusion, will make it possible to functionalize the surface of the mullite formed by creating gradients of properties depending on the precursors and the heat treatments applied. Emphasis will be placed on the study of the interactions between these structures and the polymers, as well as the transformations induced by the heat treatments, properties required for low and high temperature catalytic applications.
The second axis will focus on the oxide/oxide system. In this context, the in-situ crystallization of mullite in the matrix of a long-fiber alumina/alumina ceramic matrix composite (CMC) will be investigated. The aim is to achieve multi-scale mechanical reinforcement by in-situ formation of the mullite phase. The optimized suspensions will be formed into a composite material under real conditions by impregnation of alumina fiber preforms used by manufacturers in the sector.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Limoges

653 Sciences et Ingénierie

Le ou la candidat(e) devra avoir une formation solide de niveau BAC+5 en « science des matériaux » ou « physico-chimie appliquée aux matériaux ». Une expérience en chimie, en chimie des matériaux, en chimie des surfaces et en spectroscopie est un atout, mais pas un obstacle. Le/La candidat(e) recruté(e) doit faire preuve de compétences en matière de résolution de problèmes, et à l'aise pour travailler au sein de différentes équipes de recherche avec un intérêt pour les approches expérimentales. La maîtrise de l'anglais (oral et écrit) est requise, tandis que la connaissance du français est un atout.
The candidate should have a solid 5-year degree in 'Materials Science' or 'Physical Chemistry Applied to Materials'. Experience in chemistry, materials chemistry, surface chemistry and spectroscopy is an advantage but not a requirement. The successful candidate should have good problem-solving skills and be comfortable working in diverse research teams with an interest in experimental approaches. Fluency in English (written and spoken) is required, while knowledge of French is an advantage.