CE08 - Matériaux métalliques et inorganiques et procédés associés

Le frittage hydrothermal : un procédé basse température pour la densification de céramiques – HYDILIC

Résumé de soumission

Le développement de céramiques hautes performances dépend fortement des procédés de frittage mis en œuvre. Le challenge est de permettre la densification à basse température en vue de surmonter les verrous technologiques actuels (procédé peu coûteux et économe en énergie; frittage de matériaux métastables, à basse température de décomposition et/ou nanométriques ; cofrittage de multimatériaux). Dans ce contexte, HYDILIC est axé sur le procédé innovant de frittage hydrothermal inspiré des processus géologiques de densification: une pression uniaxiale P est appliquée à une poudre en présence d’eau en conditions hydrothermales sur de courtes durées. La force motrice principale réside dans les gradients de contrainte intra-grains (induits par P) générant des phénomènes de dissolution-précipitation aux interfaces liquide/solide. Ces mécanismes basés sur la réactivité de surface sont appropriés pour densifier à basse température de nouveaux nano- et multi-matériaux, qui peuvent de plus être métastables, et présentant de hautes performances. HYDILIC s’appuie sur un consortium de chimistes, céramistes et modélisateurs dont l’objectif est de confronter des résultats expérimentaux et une modélisation multi-échelle portant sur deux matériaux modèles: (nano)particules de TiO2 anatase et SiO2 amorphe. Les principaux acquis expérimentaux seront utilisés comme données pour la modélisation multiéchelle, ces deux approches étant donc intrinsèquement liées l’une à l’autre.
Le projet est donc structuré en 4 parties:
- W0 : coordination (la communication entre les partenaires étant indispensable dans la mesure où les workpages sont intimement dépendants les uns des autres) et stratégie de dissémination
- WP1 : optimisation de crus hydratés (densité du cru a minima de l’ordre de 55-60% et répartition de l’eau homogène) à partir de poudres commerciales
- WP2 : frittage hydrothermal de systèmes modèles et caractérisation des céramiques obtenues
- WP3 : vers une meilleure compréhension via la modélisation multiéchelle et la validation des mécanismes via le frittage hydrothermal des systèmes complexes.
Ainsi, outre une optimisation du procédé et de ses performances en densification, nous visons l’identification et la compréhension des mécanismes complexes spécifiques au frittage hydrothermal. Nous évaluerons alors son potentiel et son adaptabilité pour l’élaboration d’un large panel de matériaux. Nous relevons ainsi le défi d’atteindre 95% de densité relative à des températures de frittage inférieures à 370°C (pour des pressions de l’ordre de 50-350 MPa). Ainsi, HYDILIC vise à développer une technologie peu coûteuse, respectueuse de l’environnement et efficace pour surmonter les verrous technologiques actuels.De plus, le frittage hydrothermal est un tremplin pour la conception et la fabrication de multimatériaux complexes, en intégrant les nanotechnologies.
À long terme, HYDILIC doit favoriser la compétitivité des petites et moyennes entreprises françaises et intégrer totalement toutes les contraintes environnementales et sociétales (économie énergétique, solvants verts, procédés sécures).

Coordinateur du projet

Madame Graziella GOGLIO (INSTITUT DE CHIMIE DE LA MATIERE CONDENSEE DE BORDEAUX)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ICMCB INSTITUT DE CHIMIE DE LA MATIERE CONDENSEE DE BORDEAUX
IRCER institut de recherche sur les céramiques

Aide de l'ANR 338 472 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 42 Mois

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