Synthèse réactive de Composites à Matrice Métallique En raison de

Synthèse réactive de Composites à Matrice Métallique
En raison de leur propriétés spécifiques élevées, par rapports aux alliages légers, les Composites à
matrice métallique (CMM) représentent des matériaux d'intérêt pour des applications de haute
technologie dans les domaines aéronautique et aérospatiale. Les CMM les plus couramment
utilisés sont à renfort particulaires, ou PRMMC, et à matrice Al en raison de leur faible densité.
Cette thèse porte sur la mise au point de PRMMC à renfort nanométrique par une voie de synthèse
réactive globale. En raison des normes encadrant l’usage des nanomatériaux et visant à limiter
l’exposition des usagers et de l’environnement, la manipulation de poudres de taille nanométrique
est coûteuse et problématique dans le cadre d’un usage industriel. La nouvelle voie de synthèse
qui a été développée dans le cadre de cette thèse a permis de démontrer la faisabilité de
composites à matrice métallique et à renfort particulaire nanométriques, dimension moyenne de
30 nm, sans avoir recourt initialement à des poudres de taille nanométrique.
Le procédé étudié consiste en une réaction chimique à haute température entre deux matériaux
précurseurs qui conduit à la formation in-situ non seulement du renfort mais aussi de la matrice.
Par rapport aux techniques de synthèse classiques, cette technique permet de synthétiser des
nanoparticules in situ et d’en contrôler la taille. De plus, la matrice et le renfort étant co-produits
par la réaction à haute température, l’interface entre les deux phases est exempte de couches
d’oxydes ce qui lui assure une très bonne adhésion.
Dans le cadre du projet ANR NanoTiCAl, la faisabilité de cette nouvelle méthode a été étudiée à
travers le cas d'un composite à matrice aluminium renforcé par des particules de carbure de titane
(TiC). Les synthèses ont été réalisées entre 900°C et 1000°C à partir d’un couple de précurseurs
incluant le graphite et un aluminiure de titane (Al3Ti). Le composite obtenu, caractérisé par un
taux de renfort élevé de 34wt.%, possède un module de Young de 106 GPa, un allongement
maximal à la rupture de 6% ainsi qu’une énergie à rupture de l’ordre de 28 J.cm-3. Ces valeurs
démontrent un compromis entre résistance et capacité d’endommagement original et
particulièrement intéressant, jamais observé dans la littérature pour des composites d’une teneur
en renfort aussi importante. La caractérisation fine de la microstructure du composite ainsi que du
renfort TiC après extraction du composite massif, ont permis de mieux comprendre les
mécanismes à l’œuvre dans cette voie de synthèse réactive.
Enfin, sur la base de la
compréhension obtenue dans le cas du composite Al/TiC, des critères ont été identifiés permettant
d’aller vers une généralisation de ce procédé de synthèse. La pertinence de cette généralisation a
finalement pu être démontrée par quelques mises en application à d’autres systèmes.