Matériaux fonctionnels de type Heusler Ni-Mn-X – MAFHENIX

Ce projet s’intéresse aux matériaux de type Heusler Ni-Mn-X (X=Ga, In, Al, Sb, Sn) de différentes formes et compositions et étudie leurs propriétés multifonctionnelles en vue de réaliser une maquette. Cette dernière aura pour rôle d’estimer la possibilité d’insérer des nouveaux équipements électromécaniques sur le réseau électrique Les deux transformations principales qui seront le point central de ce projet sont la transformation Martensitique-Austénitique et le changement de phase non magnétique-ferromagnétique. La composition, la stœchiométrie, la mise en forme et la qualité du matériau vont conditionner la dépendance en température et en champ magnétique de ces transformations. Plusieurs nouveaux appareils comme de nouveaux appareils de coupure, de limiteurs de courant, de selfs de filtrage ainsi que des microcontacteurs peuvent découler du couplage des propriétés. Un seul de ces dispositifs sera approfondi au cours de ce travail. Le choix de cet appareil sera fait après 20 mois de projet et dépendra de la facilité d’élaboration, de la composition du matériau ainsi que des propriétés qui en découlent. Les différents résultats et les simulations concernant le comportement et l’insertion de ces appareils permettront de comparer les différentes voies étudiées au cours du projet.
Notre projet mène une recherche complète à la fois couvrant des aspects fondamentaux comme appliqués allant de l’élaboration du matériau jusqu’à la construction d’une maquette. Toutefois, chaque thématique abordée constitue une voie de recherche à part entière dans la mesure où les résultats apportés bénéficient à la fois à la recherche en matériaux (élaboration de cristaux et de couches minces de nouvelles compositions), en génie des procédés (laminage de tôles de nouvelles compositions) et en modélisation.
Les composés massifs seront réalisés sous forme poly-cristallines ou mono-cristallines avec des compositions et stœchiométries variées Ni-Mn-X (X=Ga, In, Al, Sb, Sn) et sous forme de tôles laminées, ronds ou rubans de type Ni-Mn-X (X=Al, Sb, Sn), suivant les résultats attendus compte tenue de la composition et du procédé utilisé. Deux procédés originaux seront utlisés au courd du projet: le premier est basé sur la technique appelé ECAE (Equal Channel Angular Extrusion) et le second sur le placage-diffusion.
Les couches minces seront élaborées en vue d’obtenir des microsystèmes et d’étudier le couplage thermique, mécanique et magnétique.
Ces différents matériaux seront caractérisés avec des voies classiques et de nouveaux procédés spécialement conçus ou adaptés pour ce projet. La corrélation entre les différentes longueurs (comme l’épaisseur des films ou des massifs, la taille des grains, la distance entre macles), l’hystérésis (mécanique, magnétique ou thermique) et l’effet de la contrainte élastique sur la direction d’aimantation sera prise en compte. Il s’agira d’éclaircir à la fois des points fondamentaux concernant la physique de ces systèmes et des points appliqués concernant l’utilisation de ces derniers.
La dépendance des propriétés mécaniques avec le champ magnétique et la température sera modélisée ainsi que le comportement du matériau lors de son assemblage et insertion dans un réseau électrique pour une fonction donnée.
Enfin, le dernier point de notre étude concerne la réalisation d’une maquette dont le but est de vérifier à la fois comment les différentes propriétés multifonctionnelles se couplent entre elles et si elles aboutissent bien au rôle escompté. Cette maquette permettra donc de mieux cerner les exigences industrielles et techniques pour la réalisation d’un nouveau dispositif et de prévoir les difficultés qui peuvent accompagner la mise en route d’un tel équipement.