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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第24693号 / 人博第1066号 / 新制||人||250(附属図書館) / 2022||人博||1066(吉田南総合図書館) / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 / (主査)教授 吉田 寿雄, 教授 田部 勢津久, 教授 中村 敏浩, 教授 寺村 謙太郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

Tesis por compendio / [ES] Debido a los rápidos avances tecnológicos de las últimas décadas han surgido nuevas necesidades que requieren la generación de nuevos materiales a la carta que cumplan con ciertas funcionalidades o que adquieran características concretas. A este diseño de materiales a la carta hay que sumar la problemática de los procesos de conformado, que en el caso de los materiales cerámicos son procesos largos que requieren altas temperaturas y conllevan un gran consumo energético. Materiales cerámicos como la circona (ZrO2) han atraído la atención de los investigadores debido a sus excelentes propiedades mecánicas, térmicas y de alta resistencia química. Además, hay que mencionar que se trata de un material altamente biocompatible y que no reacciona en ambientes húmedos, lo cual hace que pueda utilizarse en una amplia gama de sectores transversales, que van desde el aeroespacial hasta la medicina protésica. Una de las características importantes de la circona, dada su naturaleza de sólido cristalino blanco, es que sea sencilla de colorear, pudiendo obtener tonalidades muy similares a las de la dentina humana con pequeños dopajes de óxidos metálicos, es por ello que su uso se ha extendido ampliamente en la odontología. Otra de las propiedades significativas que hacen de esta cerámica un material excepcional es su alta conductividad iónica, que le permite ser utilizada como electrolito en las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). El conjunto de todas las propiedades mencionadas hace de la circona un material muy versátil con un amplio abanico de posibles aplicaciones, que abarca desde celdas de combustible sólido, recubrimientos para hélices de turbinas, intercambiadores de calor, así como para medicina protésica, odontología y otras aplicaciones. El propósito de esta tesis doctoral es la obtención de materiales cerámicos nanoestructurados basados en circona que puedan ser empleados en la fabricación de nuevos composites con propiedades a carta para los diversos sectores anteriormente mencionados. Para ello, se utilizará la tecnología de sinterización no convencional basada en microondas, la cual nos permite consolidar materiales altamente densificados a temperaturas relativamente bajas y ciclos muy cortos de tiempo, a la vez de que se trata de un procesado limpio, ecológico y medioambientalmente sostenible. En esta investigación se ha planteado el estudio de distintos composites base circona estabilizada con ytria: circona dopada con óxido de hierro (Fe2O3), composites de circona con manganita de lantano dopada con estroncio (LSM) y composites circona-circón (ZrSiO4). Los resultados obtenidos de esta investigación permitirán, por una parte, determinar si la técnica de sinterización rápida no-convencional empleada mejora las propiedades tanto mecánicas, eléctricas, magnéticas y químicas de los materiales en comparación con la sinterización convencional, y por otra parte, avanzar en el diseño y fabricación de materiales cerámicos avanzados. / [CA] A causa dels ràpids avanços tecnològics de les últimes dècades han sorgit noves necessitats que requereixen la generació de nous materials a la carta que complisquen amb unes certes funcionalitats o que adquirisquen característiques concretes. A aquest disseny de materials a la carta cal sumar la problemàtica dels processos de conformat, que en el cas dels materials ceràmics són processos llargs que requereixen altes temperatures i comporten un gran consum energètic. Materials ceràmics com la circona (ZrO2) han atret l'atenció dels investigadors a causa de les seues excel·lents propietats mecàniques, tèrmiques i d'alta resistència química. A més, cal esmentar que es tracta d'un material altament biocompatible i que no reacciona en ambients humits, la qual cosa fa que puga utilitzar-se en una àmplia gamma de sectors transversals, que van des de l'aeroespacial fins a la medicina protètica. Una de les característiques importants de la circona, donada la seua naturalesa de sòlid cristal·lí blanc, és que siga senzilla d'acolorir, podent obtindre tonalitats molt similars a les de la dentina humana amb xicotets dopatges d'òxids metàl·lics, és per això que el seu ús s'ha estés àmpliament en l'odontologia. Una altra de les propietats significatives que fan d'aquesta ceràmica un material excepcional és la seua alta conductivitat iònica, que li permet ser utilitzada com a electròlit en les piles de combustible d'òxid sòlid (SOFC). El conjunt de totes les propietats esmentades fa de la circona un material molt versàtil amb un ampli ventall de possibles aplicacions, que abasta des de cel·les de combustible sòlid, recobriments per a hèlices de turbines, bescanviadors de calor, així com per a medicina protètica, odontologia i altres aplicacions. El propòsit d'aquesta tesi doctoral és l'obtenció de materials ceràmics nanoestructurats basats en circona que puguen ser emprats en la fabricació de nous compòsits amb propietats a carta per als diversos sectors anteriorment esmentats. Per a això, s'utilitzarà la tecnologia de sinterització no convencional basada en microones, la qual ens permet consolidar materials altament densificats a temperatures relativament baixes i cicles molt curts de temps, alhora de què es tracta d'un processament net, ecològic i mediambientalment sostenible. En aquesta investigació s'ha plantejat l'estudi de diferents compòsits base circona estabilitzada amb ytria: circona dopada amb òxid de ferro (Fe2O3), compòsits de circona amb manganita de lantani dopada amb estronci (LSM) i compòsits circona-circón (ZrSiO4). Els resultats obtinguts d'aquesta investigació permetran, d'una banda, determinar si la tècnica de sinterització ràpida no-convencional empleada millora les propietats tant mecàniques, elèctriques, magnètiques i químiques dels materials en comparació amb la sinterització convencional, i d'altra banda, avançar en el disseny i fabricació de materials ceràmics avançats. / [EN] Due to the rapid technological advances of recent decades, new needs have arisen that require the generation of new on demand materials that meet certain functionalities or acquire specific characteristics. In addition to the design of tailor-made materials, there is the problem of forming processes, which in the case of ceramic materials are long processes that require high temperatures and entail high energy consumption. Ceramic materials such as zirconia (ZrO2) have attracted the attention of researchers due to their excellent mechanical, thermal and high chemical resistance properties. In addition, it should be mentioned that it is a highly biocompatible material that does not react in humid environments, which makes it suitable for use in a wide range of cross-cutting sectors, ranging from aerospace to prosthetic medicine. One of the important characteristics of zirconia, given its nature as a white crystalline solid, is that it is easy to color, being able to obtain shades very similar to those of human dentin with small doping of metal oxides, which is why its use has been widely extended in dentistry. Another significant property that makes this ceramic an exceptional material is its high ionic conductivity, which allows it to be used as an electrolyte in solid oxide fuel cells (SOFC). All these properties together make zirconia a very versatile material with a wide range of possible applications, ranging from solid fuel cells, coatings for turbine propellers, heat exchangers, as well as for prosthetic medicine, dentistry and other applications. The purpose of this doctoral thesis is to obtain zirconia-based nanostructured ceramic materials that can be used in the fabrication of new composites with tailored properties for the various sectors mentioned above. For this purpose, the non-conventional microwave-based sintering technology will be used, which allows us to consolidate highly densified materials at relatively low temperatures and very short cycle times, as well as being a clean, ecological and environmentally sustainable process. In this research, the study of different zirconia-based composites stabilized with yttria has been proposed: zirconia doped with iron oxide (Fe2O3), zirconia composites with lanthanum manganite doped with strontium (LSM) and zirconia-zirconia composites (ZrSiO4). The results obtained from this research will allow, on the one hand, to determine if the non-conventional fast sintering technique used improves the mechanical, electrical, magnetic and chemical properties of the materials in comparison with conventional sintering, and on the other hand, to advance in the design and fabrication of advanced ceramic materials. / Moratal Ruiz, S. (2023). Desarrollo de cerámicas mediante tecnología de microondas basadas en circona y manganitas de lantano [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/200904 / Compendio

Les principaux objectifs de cette thèse de doctorat ont été de réaliser la synthèse et la caractérisation structurale et dieléctrique des échantillons céramiques ferroélectriques appartenants au système Pb1-xRxZr0,40Ti0,60O3 avec R = Ba et La et x entre 0,00 à 0,50. Ce système a été choisi car il est un matériel ferroélectrique qui a des propriétés physiques intéressantes, comme haute constante diélectrique et piézo-électrique, ce qui les rend candidats potentiels pour des applications telles que les condensateurs à haute densité d'énergie et les actionneurs. Afin d'évaluer le comportement relaxor, les études ont été effectuées avec la variation de la composition, du type de dopage (par des atomes de la même ou différente valence – La ou Ba) et de la taille des particules de céramique, dès l'échelle micrométrique à l'échelle nanométrique. Les échantillons céramiques micrométriques ont été préparées par la méthode de réaction de l'état solide et la frittage dans un four électrique conventionnel. Les données fournies par la technique de diffraction des rayons X de cettes échantillons ont montré une transition de une phase tétragonal pour une phase cubique avec l'augmentation de la concentration de cations substituants. Ces changements ont été attribués à une diminution de distorsion dans le maille cristallographique en raison de l'apparition de défauts causés par l'incorporation de dopage. Les mesures électriques ont été obtenues par spectroscopie d'impédance et ont montré un comportement électrique relaxor à partir de compositions avec plus de 12% at. La et de 30% at. Ba pour les systèmes PLZT et PBZT, respectivement. Les mesures électriques de l'échantillon avec 12%, 13% et 14% at. La et 30% at. Ba présentent un comportement qui, selon la littérature, est liée à une transition de phase spontanée d'un comportement relaxor et au comportement d'un matérial ferroélectrique normal. La technique de diffraction des rayons X a également été utilisé pour surveiller le processus de transition de phase en fonction de la température pour échantillons PLZT et PBZT. Il est possible de voir le changement de structure tétragonal de groupe d'espace P4mm en structure cubique de groupe d'espace Pm-3m. En ce qui concerne la structure locale, nous avons effectué des mesures expérimentales avec la technique de spectroscopie d'absorption des rayons X dans le spectre XANES aux seuils d'absorption de différents éléments pour les échantillons PLZT et PBZT. Dans les cas de seuil d'absorption K du titane, l'intégration de La et Ba atomes de la structure du PZT entraîne une diminution dans le désordre local dans le octaèdre TiO6, vérifié par la réduction du déplacement statique de atome Ti au centre de l'octaèdre TiO6. Cette évolution est plus faible pour les échantillons que montrent le comportement relaxor. Les spectres d'absorption EXAFS au seuil LIII du plomb et seuil K du zirconium ont été effectués aussi et ces mesures indiquent que la structure locale autour des atomes de plomb ou de zirconium est également affectée par l'introduction des atomes de La et Ba dans la structure. Le comportement relaxor a été aussi étudié en fonction de la taille de grain dans une échelle nanométrique. Ainsi les échantillons de compostions PZT, PLZT11 et PBZT10 ont eté préparés en utilisant la méthode de synthèse chimique de polymères précurseurs et le processus de frittage par spark plasma. La caractérisation de ces échantillons par diffraction de rayons X montrent que les paramétres de maille réduisent en comparison avec les échantillons de même composition et taille de grain micrométrique. Pour l'échantillon de composition PLZT11, il est possible de constater le comportement relaxor par les mesures de la constante dieléctrique en fonction de la température. Les changements quand la taille de grain est dans une échelle nanométrique sont attribués à la limitation des frontières de grains, qui provoquent un systéme de tension, responsable de la diminuition des paramétres de maille, et provoquent l'apparition de domaines ferroélectriques nanométriques / The main objectives of this doctoral thesis were the synthesis and structural characterization of Pb1-xRxZr0.40Ti0.60O3 ferroelectric ceramic samples, with R = Ba and La and x between 0.00 to 0.50. This system was chosen because its interesting physical properties such as high dielectric and piezoelectric constant. These characteristics make it potential candidate for applications such as capacitors in high energy density and actuators. To evaluate the relaxor behavior, the studies were carried out with the change in the composition, type of doping (by atoms of the same or different valence – La or Ba) and the particle size of ceramics, from the micrometer to nanometer scale. Micrometric ceramic samples are prepared by the method of reaction of solid state and sintering in a conventional furnace. The characterization with X-ray diffraction technique of these samples showed a transition from tetragonal phase to a cubic phase with increase of the dopping cation concentration. These changes have been attributed to the appearance of defects caused by the incorporation of La or Ba cations. Electrical measurements were obtained by impedance spectroscopy and showed a electric relaxor behavior from compositions with more than 12 at. % of La and the 30 at. % of Ba for PLZT and PBZT systems, respectively. These measurements for the samples with 12 at. %, 13 at. % and 14 at. % of La and 30 at. % of Ba exhibit a behavior that, according to the literature, is related to a spontaneous phase transition from a relaxor behavior to a normal ferroelectric behsvior. The technique of X-ray diffraction also been used to monitor the phse transition phase as a function of the temperature for PLZT and PBZT samples. It is possible to note the change in a tetragonal structure with P4mm space group to a cubic structure with Pm-3m space group. Concerning the local structure, XANES spectra in the absorption edge of various elements in PLZT and PBZT samples were performed. In the cases of Ti K-edge absorption, the dopping of La and Ba atoms in the PZT structure leads to a decrease of the local disorder in the TiO6 octahedron and it is verified the reduction of static displacement of Ti atom in the center of the TiO6 octahedron. This displacement is lower for samples that show relaxor behavior. The EXAFS measurements in Pb LIII-edge and Zr K-edge were performed and also indicate that local structure around lead or zirconium atoms is also affected by the introduction of La and Ba atoms in the PZT structure. The relaxor behavior was also studied depending on the size of particle size in a nanometer scale. Thus samples PZT, PLZT11 and PBZT10 compositions were prepared using the synthesis method of precursor polymers and the process of sintering by spark plasma. Characterization of these samples by X-ray diffraction shows that the lattice parameters are reduced in comparison with samples of the same composition and micrometer particle size. For PLZT11 composition, it is possible to observe a relaxor behavior by measurement of the dielectric permittivity as a function of the temperature. These changes when the grain size is in a nanoscale are attributed to the grain boundaries, that are responsible for the decrease in the lattice parameters and the appearance of ferroelectric nanodomains

Os filmes cerâmicos de manganito de lantânio dopado com estrôncio (LSM) e de manganito de lantânio dopado com estrôncio/zircônia estabilizada com ítria (LSM/YSZ) são utilizados como catodos das células a combustível de óxido sólido de temperatura alta (CaCOSTA). Estes filmes cerâmicos porosos foram depositados sobre o substrato cerâmico denso de YSZ, utilizado como eletrólito, componente estrutural do módulo, assim conferindo uma configuração de meia-célula denominada auto-suporte. O estudo da meia-célula é fundamental, pois na interface catodo/eletrólito ocorre a reação de redução do oxigênio, conseqüentemente influenciando no desempenho da CaCOSTA. Neste sentido, o presente trabalho contribui para a síntese de pós de LSM e LSM/YSZ e para o processamento de filmes finos, utilizando a técnica de pulverização de pó úmido, adotada para a conformação dos filmes cerâmicos por permitir a obtenção de camadas porosas com espessuras variadas na ordem de micrômetros. Os pós de LSM foram sintetizados pela técnica de citratos e os pós de LSM/YSZ pela técnica de mistura de sólidos. Na etapa de conformação foram preparadas suspensões orgânicas de LSM e LSM/YSZ alimentada por gravidade em um aerógrafo manual. Para a conformação do substrato de YSZ utilizou-se uma prensa uniaxial hidráulica. Foram possíveis a obtenção das meia-células de óxido sólido catodo/eletrólito de estruturas cristalinas hexagonal para a fase LSM e cúbica para a fase YSZ. E as micrografias das meia-células mostram que o substrato YSZ é denso, suficiente para ser utilizado como eletrólito sólido, e os filmes de LSM e LSM/YSZ apresentam-se porosos com espessura de aproximadamente 30 μm e com boa aderência entre os catodos e o eletrólito. A presença do catodo compósito entre o catodo LSM e o substrato YSZ, possibilitou um aumento no desempenho eletroquímico na reação de redução do oxigênio. / The ceramic films of strontium-doped lanthanum manganite (LSM) and strontiumdoped lanthanum manganite/yttria-stabilized zirconia (LSM/YSZ) are used as cathodes of the high temperature solid oxide fuel cells (HTSOFC). These porous ceramic films had been deposited on the YSZ dense ceramic substrate, used as electrolyte, structural component of the module, thus conferring a configuration of half-cell called auto-support. The study of the half-cell it is basic, therefore in the interface cathode/electrolyte occurs the oxygen reduction reaction, consequently influencing in the performance of the HTSOFC. In this direction, the present work contributes for the processing of thin films, using the wet powder spraying technique, adopted for the conformation of the ceramic films for allowing the attainment of porous layers with thicknesses varied in the order of micrometers. The LSM powders were synthesized by the citrate technique and the LSM/YSZ powders synthesized by the solid mixture technique. In the stage of formation were prepared organic suspensions of LSM and LSM/YSZ fed by gravity in a manual aerograph. For the formation of the YSZ substrate was used a hydraulical uniaxial press. The attainment of solid oxide half-cells cathode/electrolyte was possible of crystalline structures hexagonal for phase LSM and cubic for phase YSZ. The half-cells micrographs show that the YSZ substrate is dense, enough to be used as solid electrolyte, and the LSM and LSM/YSZ films are presented porous with approximately 30 μm of thickness and good adherence between the cathodes and the electrolyte. The presence of composite cathode between the LSM cathode and YSZ substrate, presented an increase in the electrochemical performance in the oxygen reduction reaction.

Os filmes cerâmicos de manganito de lantânio dopado com estrôncio (LSM) e de manganito de lantânio dopado com estrôncio/zircônia estabilizada com ítria (LSM/YSZ) são utilizados como catodos das células a combustível de óxido sólido de temperatura alta (CaCOSTA). Estes filmes cerâmicos porosos foram depositados sobre o substrato cerâmico denso de YSZ, utilizado como eletrólito, componente estrutural do módulo, assim conferindo uma configuração de meia-célula denominada auto-suporte. O estudo da meia-célula é fundamental, pois na interface catodo/eletrólito ocorre a reação de redução do oxigênio, conseqüentemente influenciando no desempenho da CaCOSTA. Neste sentido, o presente trabalho contribui para a síntese de pós de LSM e LSM/YSZ e para o processamento de filmes finos, utilizando a técnica de pulverização de pó úmido, adotada para a conformação dos filmes cerâmicos por permitir a obtenção de camadas porosas com espessuras variadas na ordem de micrômetros. Os pós de LSM foram sintetizados pela técnica de citratos e os pós de LSM/YSZ pela técnica de mistura de sólidos. Na etapa de conformação foram preparadas suspensões orgânicas de LSM e LSM/YSZ alimentada por gravidade em um aerógrafo manual. Para a conformação do substrato de YSZ utilizou-se uma prensa uniaxial hidráulica. Foram possíveis a obtenção das meia-células de óxido sólido catodo/eletrólito de estruturas cristalinas hexagonal para a fase LSM e cúbica para a fase YSZ. E as micrografias das meia-células mostram que o substrato YSZ é denso, suficiente para ser utilizado como eletrólito sólido, e os filmes de LSM e LSM/YSZ apresentam-se porosos com espessura de aproximadamente 30 μm e com boa aderência entre os catodos e o eletrólito. A presença do catodo compósito entre o catodo LSM e o substrato YSZ, possibilitou um aumento no desempenho eletroquímico na reação de redução do oxigênio. / The ceramic films of strontium-doped lanthanum manganite (LSM) and strontiumdoped lanthanum manganite/yttria-stabilized zirconia (LSM/YSZ) are used as cathodes of the high temperature solid oxide fuel cells (HTSOFC). These porous ceramic films had been deposited on the YSZ dense ceramic substrate, used as electrolyte, structural component of the module, thus conferring a configuration of half-cell called auto-support. The study of the half-cell it is basic, therefore in the interface cathode/electrolyte occurs the oxygen reduction reaction, consequently influencing in the performance of the HTSOFC. In this direction, the present work contributes for the processing of thin films, using the wet powder spraying technique, adopted for the conformation of the ceramic films for allowing the attainment of porous layers with thicknesses varied in the order of micrometers. The LSM powders were synthesized by the citrate technique and the LSM/YSZ powders synthesized by the solid mixture technique. In the stage of formation were prepared organic suspensions of LSM and LSM/YSZ fed by gravity in a manual aerograph. For the formation of the YSZ substrate was used a hydraulical uniaxial press. The attainment of solid oxide half-cells cathode/electrolyte was possible of crystalline structures hexagonal for phase LSM and cubic for phase YSZ. The half-cells micrographs show that the YSZ substrate is dense, enough to be used as solid electrolyte, and the LSM and LSM/YSZ films are presented porous with approximately 30 μm of thickness and good adherence between the cathodes and the electrolyte. The presence of composite cathode between the LSM cathode and YSZ substrate, presented an increase in the electrochemical performance in the oxygen reduction reaction.

L'élaboration de céramiques polycristallines transparentes constitue un défi technologique important. Les matériaux transparents actuellement utilisés (verres ou monocristaux) possèdent des propriétés mécaniques (dureté, résistance à l'usure) et physico-chimiques (résistance à la corrosion) moins intéressantes que celles des céramiques polycristallines. Par ailleurs, le coût de production de ces dernières est inférieur à celui des monocristaux. Les deux principaux paramètres à contrôler afin d'augmenter les propriétés optiques de l'alumine alpha polycristalline sont sa porosité, comme pour tout matériau transparent, et sa taille de grains, du fait de sa biréfringence. Aussi on cherchera à obtenir après frittage un matériau possédant une très faible porosité (inférieure à 0,05%) avec une distribution fine en taille de pores centrée sur des porosités nanométriques, et une taille de grains très fine (plus grand que 0,5 µm). Actuellement, cette microstructure particulière est obtenue en ~ 15 heures en combinant un frittage naturel suivi d'un traitement par Hot Isostatic Pressing (HIP). La technique de Spark Plasma Sintering (SPS) utilisée dans cette étude permet d’obtenir des céramiques denses possédant une microstructure fine en des temps plus courts. Premièrement, un protocole d'élaboration d'une alumine pure transparente a été mis au point. Il repose sur la préparation de crus à microstructure contrôlée avant l'étape de frittage. Principalement, ils doivent présenter une distribution fine en taille de pores avec un empilement particulaire macroscopique homogène dépourvu d'agglomérats. Le cycle de frittage SPS a également été optimisé afin d'obtenir les meilleures transmissions optiques possibles. Ensuite, un protocole de dopage par des inhibiteurs de croissance de grains a été optimisé. La nature du sel dopant influe au second ordre sur les propriétés optiques des échantillons par rapport à une calcination préalable au frittage. La nature et/ou la quantité de dopant induisent un décalage plus ou moins important de la densification vers les hautes températures. Le cycle de frittage SPS doit donc être adapté en conséquence. Le taux de dopant doit être optimisé afin d'obtenir une microstructure fine après frittage sans présence de particules de seconde phase. Différents dopants ont été comparés (magnésium Mg, lanthane La et zirconium Zr) et l'échantillon possédant les meilleures propriétés optiques a été obtenu grâce à un dopage à 200 cat ppm de lanthane. Des optimisations au niveau de la morphologie des poudres (plus fines et plus sphériques) et de la préparation des suspensions d'alumine alpha dopées au lanthane (lavage par centrifugation) ont permis d'obtenir l'un des meilleurs échantillons d'alumine transparente reporté dans la littérature. Il possède une transmission optique de 68% et une taille de grains de l'ordre de 300 nm. Ses propriétés mécaniques (dureté, résistance à l'abrasion) sont supérieures à celles d'un monocristal de saphir. / Obtaining transparent polycrystalline ceramics became an important technological challenge over the last decade. Their high mechanical (hardness, wear resistance) and physico-chemical (corrosion resistance) properties combined with a high transparency and a reasonable price could lead them to replace glasses or monocrystals as sapphire in optical applications. The main parameters to control in order to obtain highly transparent polycrystalline alpha-alumina (PCA) are the porosity size and amount as for the other transparent materials. However, as PCA is a birefringent material, the grain size also needs to be controlled. That’s why PCA should possess after sintering grains as small as possible (bigger than 0.5 µm) and a porosity closed to 0.00% with nanometric pores. This particular microstructure is usually obtained in ~ 15 hours by combining natural sintering in air with a post Hot Isostatic Pressing (HIP) treatment. In our study, the Spark Plasma Sintering (SPS) technique was used as it enables to obtain fully dense ceramics in shorter times while limiting the grain growth. First, a protocol to obtain a pure transparent PCA was established. It consists on preparing green bodies with a controlled particle’s packing before sintering. Mainly, the particle’s packing has to be macroscopically homogeneous and without agglomerates. Moreover, the pore size distribution should be the narrowest. The SPS sintering cycle was also optimised to obtain the highest optical transmission. Then, a doping protocol with grain growth inhibitors was optimised. The nature of the doping salt has a secondary effect on optical properties compared to a thermal treatment applied before sintering. Depending on the doping agent nature and/or amount, the densification temperature changes. The SPS sintering cycle has thus to be adapted. The doping agent amount has to be optimised to obtain a fine microstructure after sintering without second phase particles. Different doping agents have been compared (magnesium Mg, lanthanum La and zirconium Zr). The sample having the highest optical properties was doped with 200 cat ppm of lanthanum. Finally, an optimisation of the powder’s morphology (finer and more spherical) was performed. Moreover, the lanthanum doped alpha-alumina slurry’s preparation was optimized using centrifugation. All these processes have enabled us to obtain one of the most transparent PCA sample ever reported in the literature. It possesses an optical transmission of 68% and a grain size around 300 nm. Its mechanical properties (hardness, wear resistance) are higher than the ones of a sapphire monocrystal.