The formation of small particles is important in many areas of science, including astronomy, material science, and the study of pollution. In an effort to elucidate the details of this process, this research explored the production and characterization of carbon particles. The particles were produced by the resistive heating of carbon rods in a reaction chamber at various pressures of helium. Samples were collected on substrates at distances of 15, 25, and 45 mm from the carbon rods. The average particle size increased with the sample collection distance from the carbon rods and with increasing chamber pressure. Crystals of disordered graphite and fullerenes were detected by electron diffraction in the samples collected at a distance of 45 mm and in a pressure of 100 torr. The ultraviolet/visible spectrum results indicated that fullerene concentration increased with sample collection distance from the arc.

The two-phase Al-Si alloy is ideal for wear applications due to the high hardness of the Si phase, which imparts excellent wear resistance to the alloy. The shape, size and distribution of the Si phase have significant effects on the wear resistance. Microstructural modification is the logical approach to improving wear resistance, and further improvements may be achieved through refinement of the Al and Si phases to the nanometric regime (< 100 nm). However, bulk nanostructured materials lack ductility and are often associated with high manufacturing costs. A cladding approach, exploits the advantages of the nanostructured properties on the surface while maintaining the bulk properties of the substrate. Electrospark Deposition (ESD) and Spark Plasma Sintering (SPS) will be evaluated as potential methods to generate nanostructured Al-Si claddings. The solidification behaviour of the Al-12Si system using the ESD process was studied. The production and sintering of a nanostructured Al-Si powder was also investigated followed by a cladding operation in the SPS. The final claddings were then subjected to dry sliding wear testing. ESD was proven as a viable method of depositing nanostructured Al-Si. It was determined that the optimal pulse energy input required for the deposition of the binary Al-Si was 0.55 J. This resulted in a consistent layer ~30um thick after a single deposition. The minimum grain size of the aluminum and silicon phases was determined to range from ~52 to 76 nm and 5–11 nm respectively. It was determined that while the silicon content of the starting electrode had an effect on the microstructure of the deposition, the starting microstructure of the electrode did not. A binary Al-12Si powder was cryomilled and after 4 hours of cryomilling the grain size inside the powder reached 46 nm with a lattice strain of 0.09 %. Extension of the solubility limit of silicon in aluminum was achieved during cryomilling up to 1.72 at% of Si in solid solution. The extended solubility was removed after 1 h of annealing at 100 C and grain growth was observed when the temperature is further increased. The effects of different sintering times and temperatures using SPS on the densification of the powder, the growth of the Si phase and the morphology change of the Si phase were investigated. The Al and Si phase growth were investigated and it was observed that the Si coarsening rate is increased due to the increased volume of grain boundaries. As the Si coarsens, any pinning effect on the Al grains would be lost, resulting in a highly unstable microstructure that coarsens rapidly. The cryomilling was effective in breaking up the eutectic phase in the powder to modify the morphology of the Si phase from plate-like to spherical. A cladding of Al-Si created from nanostructured powder was successfully bonded to a wrought AA7075 substrate using Spark Plasma Sintering. The final state of the substrate regardless of the starting microstructure had the η (MgZn2) phase present indicating an over aged microstructure. The peak hardness of the substrate was not achievable via a secondary aging treatment after sintering, but was recovered after full solutionization and aging. The bond between the cladding and the substrate was tested by three-point bending and in all tests, fracture occurred in the Al-Si cladding.Sliding wear testing was performed and the final wear rates measured were 8.0x10^-3 mm^3N^-1m^-1 (as-cast), 1.3x10^-2 mm^3N^-1m^-1 (SPS), and 2.2x10^-3 mm^3N^-1m^-1 (ESD) after 2000 cycles of sliding. The ESD sample exhibited lower wear rates than the as-cast and SPS samples, which showed similar wear rates, in spite of having different initial hardnesses. The SPS sample appeared to suffer from subsurface cracking. The extreme refinement of the Al and Si phases achieved for sample ESD was much higher than what resulted during the wear of the As-cast and SPS surfaces and as a result showed lower wear rates throughout testing. / L'alliage à deux phases Al-Si est idéal pour des applications de résistance dû à la dureté de la phase Si qui donne une excellente résistance à l'usage. La géométrie, grandeur et distribution de la phase Si ont des effets significatifs. Modifier la microstructure est l'approche logique pour améliorer la résistance à l'usage. D'autres améliorations peuvent être atteints par le raffinement des phases Al et Si. Par contre, les matériaux nanostructurés en vrac manquent de ductilité et s'associent souvent à des coûts de production élevés. Un approach utilisant le placage exploite les avantages des propriétés de nanostructures sur la surface tout en gardant la majorité des propriétés du substrat. Electrospark Deposition (ESD) et Spark Plasma Sintering (SPS) seront évalués comme méthodes potentielles pour générer des placages d'Al-Si nanostructuré. Le comportement de solidification du system Al-12Si en utilisant le ESD était étudié. La production et le frittage d'une poudre d'Al-Si nanostructurée étaient examinés suivi par un placage dans l'SPS. Les placages ont subi un test de résistance par glissage sec. L'ESD est une méthod éfficace pour la déposition de l'Al-Si nanostructuré. Ce fut déterminé que l'énergie optimale pour la déposition de l'Al-12Si était 0.55 J. Le résultat était une simple déposition consistante et dense d'une épaisseur de ~ 30 um. La grosseur minimale des grains des phases d'Al et de Si était entre 52-76 nm et 5-11 nm respectivement. Ce fut déterminé que pendent que le contenu de silicon de l'électrode premier avait une effet sur la microstructure du déposition, la microstructure débutante n'avait pas d'effet. La poudre d'Al-12Si a subit un broyage cryogénique et après 4 h la grosseur des grains à l'intérieur de la poudre a atteint 46 nm avec une tension du réseau de 0.09 %. Une extension de la limite de solubilité du Si dans l'Al fut atteint après le moulage, jusqu'à 1.72 %at de Si en solution solide. Cette extension de solubilité fut enlevé après un traitment de chauffage d'1 h à 100C et une croissance des grains fut observé une fois que la température s'est accrut. Les effets de temps et températures variés de frittage en utilisant l'SPS sur la densification de la poudre, l'accroissement de la phase Si et la morphologie dans le changment du phase Si furent examinés. La croissance des phases Si et Al fut examinée et ce fut observé que la vitesse d'alourdissement du Si est accru dû à l'accroissement des limites des grains. Pendant que le Si s'alourdisse, il aurait une perte d'effet d'épinglement résultant d'une microstructure instable. Le broyage cryogénique fut efficace pour défaire la phase eutectique de la poudre et modifier la morphology de la phase Si de sphérique à plat. Une placage de l'Al-Si de la poudre nanostructurée fut joint à un substrat AA7075 par SPS. L'état final du substrac avait la phase η (MgZn2) present qui indique une microstructure suragée. La dureté maximale du substrat ne fut pas achevée par un traitement de vieillissement secondaire suivant frittage. Ce fut recouvert après une mise en solution complète et un traitement de vieillissement. Le joint entre les deux materiaux fut testé par un plissage à trois points et tous les tests de fracture se sont produits dans le placage du Al-Si. Des tests d'usage par glissage fut performés et les vitesses d'usage finales étaient 8.0x10^-3 mm^3N^-1m^-1 (AC), 1.3x10^-2 mm^3N^-1m^-1 (SPS) et 2.2x10^-3 mm^3N^-1m^-1 (ESD) après 2000 cycles. L'échantillon du ESD a démontré des vitesses d'usage plus bases que ceux du AC et d'SPS, qui démontraient des vitesses d'usage pareils, même s'ils avaient des duretés initiales différentes. L'échantillon du SPS semblait souffrir de fractures sous-surface. Le raffinement extrême des phases d'Al et Si atteint pour l'échantillon d'ESD était beaucoup plus élevée que ce qui était résultant durant l'usage des surfaces as-cast et SPS et comme résultat démontrait des vitesses d'usage plus bases pendent l'examination.

The present study uses uniaxial compression testing over a wide range of strain rates to analyze the microstructure and texture evolution during high speed rolling (HSR) for AZ31B alloy and four Mg-Zn-Ce alloys. In the first part, the effects of strain rate on the flow behaviour and microstructure evolution on AZ31 Mg alloy were studied by compression testing over a wide range of strain rates (0.01-100 s-1) and temperatures (300-450 °C). In the second part, high-speed rolling of 1000 m/min was employed to successfully roll AZ31 alloy in one pass with 65% reduction in thickness at 300 °C and 450 °C. In the third part, a split Hopkinson pressure bar (SHPB) equipped with induction radiation furnace was used to attain a strain rate, in compression, of 1200s-1 in the temperature range of 25 to 350 °C and the result was compared with low strain rate (0.01 s-1) compression behavior. As well, during high-speed rolling at 500 m/min, the mill was interrupted, the sheet was withdrawn from rolling gap and the microstructure and texture evolution was investigated. In the final part, the recrystallization and texture evolution of four Mg-Zn-Ce sheets with a warm rolled microstructure obtained through two stages that can be characterised as rough rolling and finish rolling, was investigated at different stages of post-rolling annealing. The effect of rolling speed on the recrystallization and texture evolution of four Mg-Zn-Ce alloys was investigated as-deformed and after different stages of annealing. On annealing of Mg-Zn-Ce alloys, the same regions of the microstructure, located by hardness indentations, were examined and tracked by EBSD. Furthermore intragranular misorientation axes (IGMA) analysis was used to investigate the associated deformation mechanisms in the as deformed material. By combining these two methods, the development of the recrystallization microstructure was investigated and preferential nucleation sites, correlation between activated deformation mechanism and initial orientation of the recrystallized grains was studied. The IGMA analysis also shows that in Mg-1Zn-1Ce other types of dislocations rather than basal <a> are activated; in particular prismatic <a> type, is activated during deformation. Therefore the weakening of recrystallization texture during rolling resulting from the addition of RE elements is linked with a change in dynamic recrystallization (DRX) behaviour. Since the Mg-1Zn-1Ce alloy corresponds to the highest level of Ce in solid solution, the observed texture weakening is possibly due to decreasing grain boundary mobility as a result of solute partitioning of RE elements to dislocations and grain boundaries. The results showed that by increasing the rolling speed more secondary and compression twins were activated, which leads to the formation of more numerous local shear bands and a more uniform microstructure. The rotational dynamic DRX mechanism, in conjunction with the conventional DRX mechanism, is responsible for this texture weakening during high speed rolling. / La présente étude a été réalisée à l'aide d'essais par compression uni-axiale en utilisant une gamme variée de taux de déformation dans le but d'analyser la microstructure et l'évolution de la texture lors du procédé de laminage à haute vitesse pour les alliages de magnésium AZ31B et Mg-Zn-Ce. Dans la première partie, les effets du taux de déformation sur le comportement de l'écoulement et l'évolution de la microstructure de l'alliage AZ31B ont été étudiés par des essais de compression en utilisant une gamme variée de taux de déformation (0.01-100s-1) et des variations de la température de (300-450ºC).Dans la seconde partie de cette étude, le laminage à vitesse rapide (100m/min.) a été utilisé pour laminer l'alliage AZ31B avec succès dans une passe avec une réduction de l'épaisseur de 65% à 300C et 450ºC. Dans la troisième partie de ce projet, une unité d'essais Hopkinson (SHPB) équipée d'une fournaise à radiation a été utilisée afin d'atteindre un taux de déformation de 1200s-1 avec une gamme de température de 25 à 350ºC. Le résultat a été comparé avec le faible taux de déformation de (0.01s-1). De plus, au cours du laminage, à haute vitesse à 500 m/min., le laminoir a été arrêté, la feuille a été retirée des rouleaux, la microstructure et la texture ont été analysées.Des quatre alliages Mg-Zn-Ce, l'alliage Mg-1Zn-1Ce lequel avait le rapport Ce/Zn le plus élevé a démontré la plus faible texture telle que laminée et le rapport le plus homogène pour ce qui a trait au ratio pliage/maclage. En modifiant la teneur en zinc, la grosseur des particules a changée et pour les alliages démontrant un affaiblissement de la texture, le mécanisme de recristallisation a été modifié. Suite au recuit des alliages Mg-Zn-Ce, les sites identiques de la microstructure identifiés par des essais de micro dureté ont été examinés et suivis par EBSD. De plus, une analyse de la désorientation des axes inter granulaires (IGMA) a été effectuée afin d'analyser les mécanismes de déformation dans le matériel déformé. Ainsi à l'aide de la combinaison de ces deux méthodes, le développement de la microstructure recristallisée a été analysé et les sites préférentiels de nucléation, la corrélation entre les mécanismes de la déformation activée et l'orientation initiale des grains recristallisés ont été étudiés. La méthode d'analyse (IGMA) montre aussi que pour l'alliage Mg-1Zn-1Ce d'autres types de dislocations en plus de la structure de base < a > sont activés; en particulier le type prismatique < a > est activé au cours de la déformation. Par conséquent, l'affaiblissement de la texture de recristallisation au cours du laminage qui résulte de l'addition des éléments des terres rares est relié avec le comportement de la recristallisation dynamique. Alors que l'alliage Mg-1Zn-1Ce correspond à la plus haute teneur en Ce dans la solution solide, la texture affaiblie observée est possiblement reliée à la mobilité des bordures de grains comme résultant du fractionnement du soluté des éléments des terres rares pour les dislocations et les joints de grains. Les résultats ont montré qu'en augmentant la vitesse de laminage que plus de macles secondaires de compression ont été produites, ce qui a conduit à la création d'un plus grand nombre de bandes de cisaillement et une microstructure plus uniforme. Le mécanisme de recristallisation dynamique rotationnel en relation avec le mécanisme (DRX) est responsable de l'affaiblissement de la texture au cours du laminage à haute vitesse.

The recent studies on steels have largely focused on the development of new advanced high strength sheet steels (AHSS), particularly for automotive applications. "First generation AHSS" are steels that primarily possess ferrite-based microstructures with tensile strength (in the as-rolled condition) in the range of 450 to 700 MPa, and "second generation AHSS" are austenitic steels with high manganese content in the range of 900 MPa to 1100 MPa tensile strength. Recently, there has been interest in the development of a "third generation" of AHSS, which are steels with strength-ductility combinations better than the first generation AHSS with a range of 20 000 MPa x %ε but at a cost significantly less than that of the second generation AHSS as a result of reducing expensive alloying elements. Therefore, the current approach to the development of third generation AHSS is to combine all the aspects of first and second generation steels in unique alloy/microstructure combinations to achieve the desired properties. Thus, the third generation of AHSS microstructures consists of a high strength phase (e.g., martensite or bainite) and a significant amount of ductility and work hardening from an austenite that exhibits deformation induced plasticity through transformation or twinning. In this thesis, four different steel compositions, centered on Mn as the main alloying element, are designated as candidates for third generation AHSS grades. The design of these steels is based on controlling the deformation behavior of the retained austenite. Thus, heat treatment process parameters are determined in order to obtain different amounts and morphologies of retained austenite. The evolution of the microstructure, during processing as well as deformation, is characterized by using optical and electron microscopy techniques and mechanical tests. The effect of alloy composition and processing parameters on the deformation mechanisms of these steels is discussed. / Les études récentes sur les aciers se sont surtout concentrées sur le développement avancé de nouvelles feuilles d'acier à haute résistance (AHSS, advanced high strength sheet steels, en anglais), particulièrement pour les applications automobiles. Les "AHSS de première génération" sont des aciers qui possèdent principalement des microstructures à base de ferrite ayant une résistance à la traction (à l'état brut de laminage) de l'ordre de 450 à 700 MPa tandis que les "AHSS de seconde génération" sont des aciers austénitiques à haute teneur en manganèse ayant une résistance à la traction de l'ordre de 900 à 1100 MPa. Récemment, un intérêt s'est manifesté pour le développement "d'AHSS de troisième génération" qui sont des aciers ayant une résistance et une ductilité combinées supérieures aux AHSS de Première Génération de l'ordre de 20 000 MPa x ε%, mais à un coût nettement moindre que celui requis pour les AHSS de seconde génération, réduisant ainsi le recours à des éléments d'alliage coûteux. Conséquemment, l'approche actuelle pour le développement d'AHSS de Troisième Génération est d'unir tous les aspects de la première et de la seconde génération d'aciers en des combinaisons uniques d'alliages et de microstructures qui permettront d'atteindre les propriétés désirées. Ainsi, les microstructures d'AHSS de troisième génération sont constituées d'une phase à haute résistance (e.g. Martensite ou bainite) et d'austénite dont la ductilité et l'écrouissage sont importants et qui possède une plasticité induite par déformation suite à une transformation ou un maclage. Dans cette thèse, quatre compositions d'aciers différents, centrés sur le Mn comme principal élément d'alliage, sont désignés comme candidats pour les grades d'AHSS de Troisième Génération. La conception de ces aciers est basée sur le contrôle du comportement à la déformation de l'austénite résiduelle. Par conséquent, les paramètres du procédé de traitement thermique sont déterminés de façon à obtenir différentes quantités et morphologies d'austénite résiduelle. L'évolution de la microstructure, au cours du traitement et de la déformation, est caractérisée par microscopie optique et électronique et des tests mécaniques. L'effet de la composition de l'alliage et des paramètres de traitement sur les mécanismes de déformation des aciers est discuté.

A melt extraction process with a new approach to making ceramic fibers was used to produce amorphous fibers in the Y2O3-Al 2O3 system within the 20--30 micron size range. Three different compositions were studied, E1, Y3A5 and E2 with 79, 62.5 and 57.5 mol% Al2O3, respectively. Such fibers were X-ray amorphous and transparent, regardless of composition in the as-produced state, and showed all the principal characteristics of the fibers made by this process: a cross section which is almost circular, a line of contact with the wheel and a clean and defect-free surface. However, the quality of the fibers was controlled by the wheel edge and rotational speed, with both having a significant effect on fiber diameter and avoidance of irregularities and instabilities along the fiber length. Moreover, compositional distribution analysis showed that the melt-extracted fibers were chemically homogeneous between the core and the edge of the fiber and, in addition, were very close to theoretical stoichiometry. / Thermal analysis was performed in order to determine the glass transition, crystallization and phase transformation temperatures. E1 fibers showed two exothermic peaks at 949 and 1040°C that correspond to the crystallization of YAG and delta-Al2O3 phases, respectively, and one small exothermic peak at 1300°C due to the phase transformation of delta-Al 2O3 to alpha-Al2O3. In the case of Y3A5 and E2 fibers, both showed one single exothermic peak at 942 and 939°C due to the crystallization of YAG and YAP cubic phases, respectively. YAP orthorhombic and YAG phases appeared in E2 fibers after heat-treating at 1400°C for 1h with no identifiable exothermic peak in the DTA scan. / Differential thermal analysis was used to study the crystallization phenomena in the as-extracted fibers. The activation energy values were calculated using both Kissinger and Augis-Bennett equations by measuring the variation of the peak temperature in the differential thermal scans with heating rate, and the crystallization mode was identified using the Ozawa analysis. After crystallization, there was a conversion of the transparent glass fiber to an opaque polycrystalline material and both E1 and Y3A5 fibers had a nanocrystalline microstructure with a grain size typically of 100--500 nm. In the case of E2, the grain size was 1--2 mum. / Tensile strengths and elastic moduli of the fibers in the glassy state varied from 606 to 776 MPa and from 95 to 121 GPa, respectively. Furthermore, fibers exhibited brittle fracture initiated from flaws on the fibers surface.

The use of ceramic has gradually increased over the past few years. Si3N4 is one of the most important ceramics used as structural material for high temperature applications. The practical use of advanced ceramics depends on the reliability of ceramic/metal joining techniques and the properties of the resulting interfaces. This work focuses on various aspects of diffusion bonding of Si3N4 to Ti as well as on the use of Ti-foil interlayer during the self-joining of Si3N4. Si3N4/Ti and Si3N 4/Ti-foil/Si3N4 combinations were diffusion joined by hot-uniaxial pressing and the microstructural characterization of the resulting interfaces was carried out by SEM, EPMA, and X-ray diffraction. / Diffusion bonding was carried out at temperatures ranging from 1200 to 1500ºC using different holding times, pressures, and surface roughness of the joining materials. The results showed that Si3N4 could not be bonded to Ti at temperatures lower than 1400ºC, however successful joining at higher temperatures. Joining occurred by the formation of a reactive interface on the Ti side of the joint. At temperatures greater than 1330ºC, liquid formation occurred by the interaction of Ti with Si promoting bonding, as well as the high affinity of Ti for Si resulted in rapid interface formation of silicides, initially Ti5Si3. EPMA and X-ray diffraction confirmed the presence of Ti5Si3, TiSi, and TiN at the interface. The surface roughness of the joining materials plays an important role since thicker interfaces were obtained for polished samples compared to as-ground samples. The interfaces grew in a parabolic fashion with the formation of various Ti-silicides (Ti5Si3 and TiSi) as well as Ti-nitride (TiN) at the interface. / Evaluation of joint strengths as a function of the experimental parameters such as, joining temperature and time was obtained by four-point bending test performed on Si3N4/Ti/Si3N4 joints. Strong joints were produced at joining temperatures greater than 1450ºC with average bend strength of more than 100 MPa. The maximum joint strength was obtained in samples hot-pressed at 1500ºC and 120 minutes reaching a value of 147 MPa.

Metal/ceramic composites have attracted considerable attention in the last 20 years, primarily due to the flexibility they offer when designing material with tailored properties. Melt infiltration is a popular fabricating method for such composites, as it allows the production of near-net shape components with high ceramic content. Capillaric melt infiltration is a simpler process since the liquid penetrates the preform under the action of a capillary pressure. This work deals with the fabrication and evaluation of a TiC/Al composite produced by melt infiltration. Pre-sintered preforms, having different void fraction and pore size, where infiltrated with pure Al, in an argon atmosphere, at various temperatures. The infiltration was carried out using the contact and the capillary dip methods to study the mechanical properties and infiltration behaviour, respectively. / The material exhibited a wide range of properties, depending on the ceramic content. Optimum tensile strengths of up to 480MPa were obtained for composites containing between 67 and 75% TiC, and infiltrated at 1050-1200$ sp circ$C. The extent of pre-sintering of the TiC was seen to play a crucial role in the strengthening of the microstructure, as well as the fracture mechanism by which the material failed. The elastic modulus was seen to increase with increasing TiC content, from values of 120 to 290GPa. The hardness also increased with TiC content, to values as high as 800kg/mm$ sp2,$ but decreased with higher infiltration temperatures due to the breakdown of the TiC network and grain coarsening. / An experimental set-up was designed to measure the rate of infiltration by continually monitoring the weight changes of the preform as a result of the penetration of Al. Infiltration profiles were generated as a function of pore size, pore volume and temperature. At low temperatures, an incubation period was evident as a result of the transient contact angle between the two phases. Moreover, infiltration was inhibited at lower pore volume fraction. Finally, the Activation energy for the system increased from 90 to 450kJ/mol, with increasing pore size, suggesting a transition from a diffusion controlled process to one activated by a surface reaction for larger pore sizes.

Structural applications in transportation necessitate materials with high specific strength and stiffness. With its low density, aluminum (Al) is an interesting candidate, but further strengthening would be beneficial. In this work, the benefits and limitations of nanoreinforcements for aluminum strengthening has been assessed through the addition of carbon nanotube (CNTs) and nanometric alumina (n-Al2O3) to an aluminum matrix by powder metallurgy. It has been found that mechanical milling can homogeneously disperse n-Al2O3 in aluminum. Furthermore, mechanical milling offers the advantages of strengthening the aluminum powder through grain refinement, cold working, solid solution and precipitation. However, CNTs are damaged by mechanical milling, and their homogeneous dispersion cannot be achieved with a chemical dispersant. Nanocomposite consolidation has presented several challenges as hot pressing resulted in a lack of bonding, grain growth and the formation of Al4C3 from damaged CNTs. Cold spraying of Al2O3/Al has resulted in a porous coating with decreased hardness. The microhardness and compression properties of an Al2O3/Al nanocomposite produced by mechanical milling followed by hot pressing were measured. Comparison with modeled values and literature results indicates that higher experimental yield strength obtained with the addition of n-Al2O3 versus micron size Al2O3 is due to in-situ matrix strengthening. Modeling shows that CNTs offer high potential gains in stiffness due to their high aspect ratio and their high Young modulus. On the other hand, as yield gains associated with the addition of nanoreinforcement are mainly due to matrix strengthening, discontinuous nanocomposites do not benefit from the CNT's exceptional strength. In this case, n-Al2O3 would be selected over CNTs as it is cheaper and more easily dispersed. / Les applications structurales du secteur des transports nécessitent des matériaux avec des résistances mécaniques et des rigidités spécifiques élevées. Avec sa faible densité, l'aluminium s'avère un candidat de choix. Par contre, pour favoriser son utilisation, l'augmentation des propriétés spécifiques est nécessaire.Dans ce projet, le potentiel et les limitations des nanorenforts pour l'augmentation de la résistance mécanique de l'aluminium ont été évalués. Pour ce faire, des composites à matrice d'aluminium renforcés par nanotubes de carbone (CNTs) et alumine nanométrique (n-Al2O3) ont été fabriqués par métallurgie des poudres. Il a été constaté que le broyage mécanique disperse de manière homogène l'alumine nanométrique dans l'aluminium. En plus, le broyage mécanique offre l'avantage de renforcer la matrice d'aluminium par affinement des grains et écrouissage en plus de procurer un durcissement par solution solide et par précipitation. Par contre, les nanotubes de carbone sont endommagés par le broyage et il n'est pas possible d'obtenir une dispersion homogène des nanotubes dans l'aluminium par l'utilisation d'un dispersant chimique.La consolidation des nanocomposites présente aussi de nombreux défis puisque le pressage à chaud ne permet pas un bon frittage, provoque la croissance des grains et mène à la formation de carbures à partir des nanotubes endommagés. La pulvérisation à froid des poudres composites Al2O3/Al a quant à elle produit un revêtement poreux avec une dureté réduite.La microdureté et les propriétés mécaniques en compression du nanocomposite Al2O3/Al produit par broyage mécanique suivi d'un pressage à chaud ont été mesurées. La comparaison de ces résultats avec les valeurs modélisées et celles provenant de la littérature indique que le gain en limite d'élasticité obtenu expérimentalement avec l'addition d'alumine nanom

In the continuous casting of steel shapes, a tundish feeds the molten steel alloy into oscillating moulds. Therefore, a better knowledge of some of the parameters of the steel in this phase of the process will lead to better quality with more productivity and in a safer environment. There are many control parameters to be measured in the tundish, especially on a continuous basis, yet in this project we are focused on the following 3 main ones that are the basics of tundish metallurgy: the temperature of the steel, the thickness of the slag, and the composition of the steel.A viewing tube capable of withstanding the intense environment of the steel tundish enables one to obtain information about temperature, slag thickness and composition of the melt on a continuous basis. This probe based on heat pipe technology has been designed and fabricated and tested in two different environments. One was in gaseous environment in a natural gas filled furnace. The other environment in which the heat pipe has been tested was in a molten aluminum bath. The results of the first experiments showed that the heat pipe is capable of extracting 23 kW at a heat flux of 0.5 MW/m while in the next set of tests the heat pipe could not overcome the film boiling limitation. This was a result of the internal design of the pipe, thus, some design modifications are suggested to solve the problem. / Dans la coulée en continu pour produire des formes en acier, un panier de coulée alimente des moules basculants en acier en fusion. Par conséquence, une meilleure connaissance de certains des paramètres de l'acier dans cette phase du processus permettra d'améliorer la qualité ainsi que la productivité dans un environnement plus sûr. Il y a beaucoup de paramètres de contrôle qui peuvent être mesurés dans le panier de coulée, surtout sur une base continue, cependant cette étude concerne les trois principaux qui représentent la base fondamentale métallurgique du panier de coulée : la température de l'acier, l'épaisseur des scories, et la composition de l'acier.Un tube capable de résister à l'environnement intense du panier de coulée et permettant l'observation in-situ a été utilisé pour obtenir l'un rend capable d'obtenir des informations sur la température, l'épaisseur de scories et la composition du fond sur une base continue. Cette sonde fondée sur la technologie des caloducs a été conçue, fabriquée et essayée dans deux environnements différents. L'un était dans un environnement gazeux dans une fournaise alimentée en gaz naturel. L'autre environnement dans lequel le caloduc a été essayé était dans un bain d'aluminium en fusion. Les résultats des premières expériences ont montré que le caloduc est capable d'extraire 23 kW à un flux de chaleur de 0,5 MW/m pendant que dans la prochaine série de tests le caloduc ne pouvait pas surmonter la limite imposée par le film qui bout. Ceci était un résultat de la conception interne du caloduc, ainsi, quelques modifications de conception sont suggérées pour résoudre le problème.

The scope of this thesis is the aqueous synthesis and characterization of titanium dioxide nanostructured powders for the fabrication of thin film photoanodes used in DSC devices. The development and study of this novel process is approached from the standpoint of determining the relationship between the hydrolytic behaviour of isothermally treated titanium tetrachloride aqueous solutions (speciation and kinetics of conversion of Ti(IV) into TiO2(s)) and the properties of the resultant TiO2 products. From an application standpoint, the aqueous synthesized nanocrystalline TiO2 material is studied for the formulation of screen-printing pastes used in the fabrication of mesoporous photoanodes and resultant dye-sensitized solar cell (DSC) performance. The synthesis of TiO2 nanostructured powders by forced hydrolysis of aqueous Ti(IV) chloride solutions is described in terms of precipitation kinetics and nucleation and growth mechanism over the temperature range 70-90 °C and Ti(IV) concentration 0.2-1.5 M. Several techniques are used to characterize the resultant solid products, among which are XRD, FEG-SEM/FEG-TEM, BET surface area, TGA, FT-IR, and EDS analyses. Via appropriate selection of conditions, the aqueous synthesis process is shown that can lead to the preferential production of nanostructured rutile powder with unique self-assembled nanofibre (100 nm – 3 µm) spheroidal particles or colloids made of well dispersed 4-8 nm crystallites with anatase as the major crystalline phase (85 wt.%). These results are explained and discussed based on the effect of various process parameters (T, agitation), but most importantly based on the pronounced effect of the initial concentration of the TiCl4 aqueous solution on the speciation of the solution and related kinetics of the hydrolysis reaction. When compared to benchmark products such as the P25 TiO2 from Degussa (50 m2/g, 30 nm average crystallite size, very little to no surface -OH/-OH2, and 3.15 eV band gap), the two types of aqueous-synthesized materials are found to possess a high specific surface area, with 80-120 m2/g for the rutile powders and 250-350 m2/g for the anatase powders, enhanced surface hydroxylation, and larger band gap (3.37 eV) in the case of the anatase nanopowder. These materials are shown that can be used for the fabrication of thin film photoanodes prepared by the screen-printing method either separately (i.e. anatase) or as hybrid (anatase-rutile) with the latter being superior in terms of photovoltaic performance. Finally, the direct preparation of paste without drying of the nanocolloids is demonstrated. / Cette étude porte sur la synthèse en milieu aqueux de particules nano-structurées de dioxide de titane utilisées pour la fabrication de photoanodes, une composante des cellules photovoltaïques à pigments colorés (DSCs). Le développement et l'étude de ce nouveau procédé de synthèse est abordé de façon à déterminer la relation existante entre le comportement hydrolytique de solutions aqueuses de tetrachlorure de titane traitées de manière isothermique (spéciation et cinétique de conversion de Ti(IV) en TiO2(s)) et les propriétés des produits de TiO2 résultant. D'un point de vue pratique, le produit de TiO2 nanocristallin synthétisé en milieu aqueux est examiné pour la formulation de pâtes à imprimer utilisées dans le procédé de fabrication de photoanodes mésoporeuses; l'impact de ce matériau sur l'efficacité des cellules photovoltaïques à colorant est également considéré. La synthèse de poudres de TiO2 nano-structurées, effectuée par hydrolyse de solutions aqueuses de TiCl4, est décrite d'un point de vue de la cinétique de précipitation et des mécanismes de nucléation et de croissance des particules de TiO2, sur des intervalles de température et de concentration variant respectivement de 70 à 90 °C et de 0.2 à 1.5 M. Plusieurs techniques sont utilisées afin de caractériser les produits solides, parmi lesquels la DRX, le MEB et le MET, les spectroscopies FT-IR et EDS, et des mesures d'aire de surface BET et de thermogravimétrie. Il est montré qu'en choisissant les conditions expérimentales de manière appropriée, le procédé de synthèse en milieu aqueux mène à la production de poudres nano-structurées de rutile composées de particules sphéroïdales dont la forme résulte de la croissance radiale de nanofibres (de 100 nm à 3 µm) ou bien de colloïdes contenant des nano-cristaux de 4 à 8 nm dont la principale phase cristalline est l'anatase (85 % m/m). Ces résultats sont expliqués et commentés sur la base des effets induits par les paramètres expérimentaux (T, agitation) et plus particulièrement l'effet prononcé de la concentration de la solution aqueuse de TiCl4 sur la nature des espèces en solution et la cinétique associée à la réaction d'hydrolyse. Si l'on compare les matériaux synthétisés en milieu aqueux avec des produits standards commerciaux tels que la poudre de TiO2 P25 de Degussa (50 m2/g, 30 nm de taille moyenne de particules, présence faible voire nulle de groupes de surface -OH/-OH2 et un band gap de 3.15 eV), ceux-ci sont caractérisés avec une aire de surface plus importante, 80-120 m2/g pour les poudres de rutile et 250-350 m2/g pour les poudres d'anatase, un taux d'hydroxylation de surface plus élevé et un band gap plus large dans le cas de l'anatase (3.37 eV). Il est montré que ces matériaux, plus précisément la poudre d'anatase seule ou bien une poudre hybride d'anatase et de rutile, peuvent être utilisés afin de fabriquer des photoanodes préparées par méthode d'impression, la deuxième poudre ayant montré une qualité supérieure en termes de performance photovoltaïque. Enfin, la préparation de pâtes à imprimer directement à partir de nanocolloides de TiO2, sans avoir à recourir à l'extraction et au séchage des poudres, est décrite.