Étude du processus de frittage à froid des matériaux bioactifs

Le processus de frittage à froid (CSP) est une technique de frittage non conventionnelle qui densifie les matériaux céramiques à l'aide d'une phase liquide transitoire sous pression appliquée, généralement à basse température (< 300 °C). Cette fenêtre de traitement permet le co-frittage des phases céramique-polymère et offre des avantages uniques par rapport au frittage conventionnel à haute température, qui peut compromettre l'intégrité des matériaux et dégrader leurs performances fonctionnelles.Les matériaux bioactifs jouent un rôle essentiel dans les applications orthopédiques cliniques, car ils stimulent les processus biologiques qui interviennent dans la réparation et la régénération osseuses. Cette thèse étudie le CSP de trois systèmes de matériaux bioactifs distincts : l'hydroxyapatite (HA), le bioverre ternaire (BG, SiO₂–CaO–P₂O₅) et le composite hydroxyapatite-Acide polylactique (HA-PLA). Le rôle clé des liquides transitoires, leur chimie et la voie de fluage sous pression-solution associée permettant une densification à basse température ont été étudiés. L'acide phosphorique s'est avéré être un liquide transitoire efficace pour densifier l'HA à environ 90 % et le BG à environ 89 % sous 360 MPa à 200 °C. Dans les deux cas, l'acide phosphorique 2M entraîne un fluage sous pression-solution via des voies de dissolution-reprécipitation-recristallisation incongruentes. Dans le CSP du composite HA-PLA, la consolidation est régie par le rapport HA/PLA et la fluidité thermique du PLA, évaluée en comparant le PLA non plastifié et plastifié.Enfin, la dynamique dépendante de la température de la densification dans le HA/BG et de la consolidation dans le composite HA-PLA a été établie grâce à un test in-situ et à une analyse Raman in-situ en collaboration avec le NIST, aux États-Unis. Dans l'ensemble, cette thèse fournit une compréhension fondamentale de la chimie liquide transitoire et du mécanisme de frittage sous-jacent qui régit le CSP des céramiques bioactives et des systèmes composites, guidant les efforts futurs visant à faire progresser le niveau de maturité technologique (TRL) du CSP pour la fabrication de greffons synthétiques.