Invention de nouveaux ressorts à résilience record en métal vitrifié- mise en forme et applications comme capteurs et interrupteurs haut de gamme. – Nouveaux ressorts vitrifiés

Ce projet concerne un nouveau type de ressort de haute résilience et de haute précision avec des résistances mécaniques supérieures à 3 GPa pouvant atteindre 5 GPa.
Le comportement et la configuration de ces ressorts sont basés sur la réponse d’un arc (par exemple un demi-cercle) de métal vitrifié contraint entre deux plaques lorsqu’il subit une force perpendiculaire à son diamètre. Le comportement totalement différent d’un tel arc d’un film ou d’une feuille en métal vitrifié par rapport à une feuille en métal cristallin est à l’origine de la conception du nouveau type de ressorts. La nature vitrifiée de la feuille en demi-cercle ou demi-longueur d’onde permet une déformation élastique sous pression par un mécanisme d’ondulation réversible dont l’arc de matériau cristallin est incapable. Cette déformation réversible trace un trajet prévisible de modification de forme de l’arc en fonction de l’augmentation de la force appliquée qui permet la conception de nouveau capteurs de pressions et de mouvements et d’interrupteurs mécaniques ou électromécaniques.

Les essais réalisés jusqu‘à présent ont utilisé des feuilles de verres métalliques de 20 µm d’épaisseurs correspondant à des dimensions verticales et horizontales de l’ordre de 4 et 40 mm respectivement pour l’ensemble du dispositif. La limite supérieure de la déformation réversible et la demi-longueur d’onde des ondulations qui paraissent avec l’augmentation de la force appliquée sont dimensionnellement liées par le rapport e ˜ d/D où d est l'épaisseur de la feuille de métal vitrifié. Les dimensions globales du dispositif sont également proportionnelles au diamètre D. Par conséquent, l’utilisation de films vitrifiés d’épaisseurs de l’ordre de 1 ou 5 µm réduira les dimensions verticales et horizontales du dispositif à 200 µm et 2 mm ou 1 mm et 8 mm respectivement. Cette miniaturisation permettra des applications dans les domaines stratégiques des MEMS (micro-électroméchanical systems) et de la robotique et micro-robotique de précision.

Par une approche différente, les feuilles de métaux vitrifiés peuvent également être courbées et recuites pour fixer les formes sélectionnées afin de fabriquer des ressorts orndulés (wave-springs) de résiliences supérieures à ceux en acier. Cette méthode de mise en forme est également proposée pour la fabrication de ressorts sous forme d'anneau ondulé.

Ces découvertes sont les fruits d’une accumulation de savoir-faire financée par l’ANR et la Commission Européenne, ainsi que d’une thèse de doctorat INPG soutenue en 2011. Elles viennent suite à un projet ANR intitulé “Verres Métalliques Ductile 2006-2009” (BLANC-035) et un projet européen de type RTN “Ductile BMG composites 2004-2008”, les deux conçus par la même équipe du laboratoire SIMaP. Ce savoir-faire a déjà permit la conception de nouvelles nuances d’alliages vitrifiés pour des ressorts de montres mécaniques hauts de gamme donnant lieu au dépôt de brevets européen et américain couvrant des compositions originales en 2011, brevets cédé par l’INPG en 2012.

Notre projet a des objectifs globaux spécifiques: concevoir et fabriquer des ressorts ondulés de nouveaux types en métal vitrifié et de démontrer leurs applications dans des domaines tels que des capteurs et interrupteurs de dimensions millimétriques.