CSMA 2013 11e Colloque National en Calcul des Structures 13-17 Mai 2013 1 Modélisation du frittage par une approche dynamique des contacts Sylvain MARTIN 1,3* , Mohamed GUESSASMA 2 , Jérôme FORTIN 2 , Khashayar SALEH 3 , Jacques LECHELLE 1 , Frédéric ADENOT 1 1 CEA Cadarache, Sylvain.MARTIN3@cea.fr, jacques.lechelle@cea.fr, frederic.adenot@cea.fr 2 UPJV, Laboratoire des Technologies Innovantes EA3899, mohamed.guessasma@u-picardie.fr, jerome.fortin@u-picardie.fr 3 UTC, Transformation Intégrée de la Matière Renouvelable EA4297, khashayar.saleh@utc.fr * Auteur correspondant Résumé — Le frittage est un procédé clé dans la fabrication des matériaux céramiques. Différents modèles ont été proposés dans la littérature, à l’échelle du grain ainsi que d’un empilement de particules, avec des hypothèses diverses sur l’évolution géométri que et les modes de diffusion prédominants. Depuis quelques années, plusieurs approches utilisant la Méthode des Éléments Discrets ont été proposées. L’avantage est de prendre en compte la nature granulaire des matériaux et de pouvoir accéder facilement aux paramètres caractéristiques de la microstructure. L’objectif de cette étude est d’intégrer le modèle discret de frittage à une méthode implicite de type Dynamique des Contacts, afin de s’affranchir de l’augmentation arbitraire de la masse volumique des particules qui est indispensable lorsque l’on utilise la Dynamique Moléculaire. Les résultats obtenus montrent une bonne cohérence avec les données de la littérature. Mots clés — Frittage, Eléments Discrets, Dynamique des Contacts, Diffusion 1. Introduction Le frittage est un procédé de solidification et de densification des poudres sous l’action de la chaleur qui intervient dans le procédé de fabrication des matériaux céramiques. Le phénomène physique principal est la diffusion à l’état solide. De nombreux modèles ont été développés à différentes échelles. Depuis quelques années, plusieurs simulations du frittage par la Méthode des Éléments Discrets ont été proposées dans la littérature [1-7]. Elles permettent de prendre en compte la nature granulaire du matériau en définissant les interactions entre les grains. Les calculs reposent sur un modèle géométrique simplifié de frittage qui décrit l’évolution sous forme de sphères tronquées [8]. La densification est représentée par l’interpénétration des particules sphériques. Ainsi, il est possible d’évaluer l’impact de paramètres comme la densité initiale ou la distribution granulométrique sur l’évolution de la microstructure. Cependant, la Méthode des Éléments Discrets généralement mise en œuvre dans ces simulations est de type Dynamique Moléculaire. Cette approche a l’avantage d’autoriser l’utilisation de différentes lois de contact. En revanche, le schéma explicite utilisé pour la résolution impose un pas de temps petit. Dans le cas du frittage, les forces mises en jeu sont très élevées devant l’échelle de la particule. Le pas de temps critique est donc très petit, typiquement de l’ordre de 1.10-15s pour des particules métallique d’une dizaine de micromètres [7]. Pour contourner ce problème, la masse volumique des particules est augmentée artificiellement de plusieurs ordres de grandeurs. Afin de s’affranchir de cette contrainte, nous avons proposé une méthode alternative basée sur la Dynamique des Contacts [9,10] qui utilise un schéma de résolution implicite. Il est alors possible de résoudre le modèle discret de frittage avec la véritable masse volumique des particules. Le modèle a été introduit dans le code de calcul MULTICOR [11-13] développé à l’UPJV.