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Des nanopoudres céramiques, une alternative aux poudres métalliques

Des chercheurs financés par l''UE ont mis au point une nouvelle technologie qui pourrait encourager l''utilisation des nanopoudres céramiques au lieu des métalliques pour les outils de coupe du bois résistants à l''usure ainsi que les dispositifs médicaux et micro-dispositifs.
Des nanopoudres céramiques, une alternative aux poudres métalliques
Les outils de coupe, engrenages et roulements sont en général composés de pièces métalliques. Les nanopoudres céramiques offrent un énorme potentiel de solution alternative au métal pour la production d''outils de coupe du bois résistants à l''usure ainsi que les pièces destinées à la technologie médicale, aux microréacteurs et aux micro-capteurs.

Pour exploiter leur potentiel, des chercheurs européens soutenus par le financement du projet Nanoceram («Cutting tools and miniaturised parts with complex geometry based on nano powders») se sont employés à mettre au point une technologie plasma pour fabriquer des nanopoudres ainsi que de nouvelles techniques pour les modifications de surface des poudres servant dans les opérations standards de moulage sur gel, moulage par injection et pressage. Par ailleurs, ils ont cherché à mettre au point des méthodes de frittage pour la production de matériaux denses à microstructure de taille nanométrique.

Les chercheurs ont notamment ciblé l''utilisation du nitrure de silicium (Si3N4) pour les outils de coupe du bois et de l''oxyde de zirconium (ZrO2) stabilisé avec de l''yttria (Y) pour les pièces destinées à la technologie médicale et aux micro-dispositifs.

Ils ont réussi à produire quatre lots de poudres Si3N4 traitées au plasma dans la qualité et la quantité requises. En outre, ils ont procédé à des modifications de surface des poudres de taille nanométrique en vue d''obtenir une bonne dispersion des particules et des charges solides élevées.

Une procédure de moulage sur gel a été élaborée pour fabriquer des pièces à partir de poudre de plasma Si3N4 pure ou de mélanges de celle-ci. Les plaques fabriquées ne présentaient aucun défaut et une résistance à la flexion, une dureté et une mécanique de rupture excellentes.

Par ailleurs, les pièces usinées à partir de poudre de plasma Si3N4 ou de mélanges de celle-ci au moyen d''un procédé de moulage sur gel, moulage par injection de poudres métalliques (MPIM) et de pressage isostatique à froid (CIP) ont ensuite été frittées pour optimiser les régimes de frittage.Les fraiseuses fabriquées à partir de Si3N4 ont été testées par rapport aux outils de coupe en métal dur. Bien que les fraiseuses en céramique produisaient des flocons ou fragments, la microscopie électronique à balayage à émission de champ des bords n''a détecté aucun dommage après le meulage.

Le projet Nanoceram a abouti à la mise au point d''une nouvelle technologie qui peut permettre de fabriquer des outils de coupe du bois, des dispositifs médicaux et micro-dispositifs à partir de nanopoudres céramiques en utilisant des méthodes de formage standards, dont le moulage sur gel, le moulage par injection et le pressage.

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