De nouveaux matériaux pour les hautes températures
Les secteurs de l'espace, de l'automobile et de l'énergie demandent des matériaux toujours plus fonctionnels et performants, capables de résister à des environnements difficiles. Par ailleurs, ils les voudraient à un prix raisonnable. Un consortium regroupant des instituts de recherche, des universités et des partenaires industriels de cinq pays européens ont réussi ce challenge. Les chercheurs travaillant sur le projet SILTRANS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Micro and nanocrystalline silicide - Refractory metals FGM for materials innovation in transport applications), financé par l'UE, ont de fait, développé de nouveaux composites formés à très haute température intégrant le concept du gradient de fonctionnalité (FGM, pour functionnaly graded materials). Une ossature de métal réfractaire (molybdène or niobium) est ainsi enchâssée dans une matrice de siliciure par infiltration réactive assistée par pression. Le gradient est obtenu car les réactions de formation du siliciure à partir de silice fondue et de métal réfractaire sont majoritairement localisées à la surface du matériau, créant ainsi une enveloppe résistante à l'oxydation. La technique innovante d'infiltration pour préparer des pièces complexes quasiment réticulaires avec un revêtement d'oxyde se formant automatiquement est un processus breveté. Ce nouveau matériau à gradient de fonctionnalité montre une résistance à l'oxydation à haute température bien supérieure à celle des alliages conventionnels de molybdène et une solidité vis à vis des fissures beaucoup plus importante à basse température comparée aux siliciures classiques. Cette synergie souhaitée fournit des composites HT dont les propriétés sont largement meilleures que celles des superalliages à base de nickel actuellement le plus largement utilisés. La technologie a été validée sur trois pièces différentes dont une structure aérospatiale destinée au montage des feuilles de protection thermique. Le composite a surmonté les tests de résistance thermique simulant la réentrée dans l'atmosphère d'un engin spatial. Hormis les matériaux et les technologies de fabrication eux-mêmes, les modèles décrivant la cinétique de réaction du système molybdène-siliciure représentent également une contribution majeure pour les industriels. Ils permettent de simuler les réactions à l'état liquide ou solide et les effets des revêtements sur la cinétique. Les matériaux à gradient de fonctionnalité du projet SILTRANS sont uniques et fonctionnellement supérieurs aux super-alliages actuellement utilisés. Leur fabrication utilise par ailleurs une technique largement validée au niveau industriel. Ils devraient représenter un progrès significatif dans les transports, aériens ou terrestres. Des composants plus légers et plus durables, capables de résister à des conditions plus difficiles permettront de réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions de GES. La participation de partenaires industriels assure également l'adoption rapide de ces nouveaux matériaux et de ces nouvelles technologies.
