Phases MAX envisagées comme matériaux de structure: élaboration de carbures ternaires par différents procédés (PVD, CVD, Pyrolyse LASer) – PLASMAX

Les composés ternaires, objets de ce projet, sont des carbures ou nitrures hexagonaux présentant une structure en nanofeuillets et de formule générale Mn+1AXn, où n = 1, 2 ou 3, M est un métal de transition, A est un élément du groupe A du tableau périodique et X est du carbone et/ou de l'azote. Ces matériaux présentent certaines caractéristiques des céramiques (réfractarité, rigidité, densité modérée, faible ductilité à l'ambiante) et certaines propriétés des métaux (conductivité thermique et électrique élevée, résistance aux chocs thermiques, faible dureté, résistance mécanique déterministe, tolérance aux défauts, ductilité à chaud). Leur mise en forme est réalisable via de nombreux procédés (frittage réactif, compression isostatique à chaud, moulage sous pression, dépôt par CVD,...). Enfin, Ils résistent relativement bien à l'oxydation. - Le projet PLASMAX, qui associe 2 industriels (MECACHROME et ACERDE) et 3 laboratoires de recherche (CEA/DEN, LEM et LMP) se propose d'élaborer et d'évaluer cette famille de composés, à travers quelques uns de ses représentants du type « 312 » (Ti3SiC2, Ti3AlC2) et « 211 » (Ti2AlC, Ti2AlN), pour leur potentialité à remplacer des métaux dans le domaine des matériaux de structure. Il est proposé de s'attacher à des points particuliers, qui, en dépit des avancées rapides des connaissances dans le domaine, font l'objet de controverses ou de lacunes, notamment : - * la difficulté, souvent soulignée d'obtenir ces phases à un degré de pureté suffisant (elles contiennent classiquement des petites quantités de phases secondaires, des traces d'oxygène...) impose de s'intéresser à la détermination des mécanismes réactionnels et à la cinétique de formation de ces composés pour en maîtriser la synthèse, - * la détermination de propriétés d'usage à caractère mécanique (frottement, module, dureté) et environnemental (par exemple sous flux de neutrons), - Nous proposons au travers de PLASMAX d'élaborer des phases MAX par différentes méthodes sous la forme de dépôts ou de pièces massives. Les techniques mises en œuvre seront : - - le dépôt physique en phase vapeur ou PVD, - - le dépôt chimique en phase vapeur ou CVD, - - la synthèse de nanoparticules par pyrolyse laser, qui seront ensuite mises en forme par métallurgie des poudres (consolidation, frittage). - Pour des applications à moyen terme, on s'intéressera tout particulièrement à la mise en œuvre de phases MAX sous la forme de films minces et sous la forme de matériaux massifs pour des pièces de structures (soupapes, pistons) de moteurs hautes performances et pour des outils coupants. Pour une application à plus long terme, les phases MAX ont été identifiées comme un matériau candidat pour les structures inertes en cœur des réacteurs rapides à gaz RNR-Gaz dans le cadre des études sur les systèmes du futur. - ...