CE09 - Nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur

Comportement micromécanique à très haute température d’oxydes nanostructurés. Etude expérimentale et design de matériaux virtuels multiéchelle – HoTMiX

Résumé de soumission

Le projet HoTMiX a pour objectif d’établir les relations fondamentales entre la réponse mécanique non linéaire des matériaux oxydes à très haute température et sous contrainte mécanique extérieure et leur microstructure à l’échelle nanométrique. D’une manière générale, lors de leur élaboration, ou en condition d’usage, ces matériaux oxydes sont sujet à de nombreuses transitions de phases à l’état solide et peuvent se caractériser par de fortes anisotropies d’expansion thermique. La combinaison de ces effets induit un comportement mécanique complexe à haute température qui reste largement mal compris. La relaxation des contraintes, combinée aux processus de transition de phases, induit la formation de microstructures dont les échelles caractéristiques s’étendent sur trois ordres de grandeur, de la taille des cristaux élémentaires à la taille des grains constituant le matériau massif. En effet, la taille des domaines qui diffractent de façon cohérente est typiquement de quelques dizaines de nanomètres alors que la taille des grains atteint couramment quelques dizaines de microns. Bien souvent, on observe de la même façon des états de contrainte qui eux aussi s’étendent sur trois ordres de grandeur. Les contraintes internes aux cristaux peuvent en effet atteindre plusieurs GPa, tandis que la résistance à la rupture des matériaux n’est que de quelques dizaines de MPa. Pour finir, la gamme de température dans laquelle ces phénomènes sont observés (apparition des contraintes internes, microfissuration, transitions de phases) s’étend de la température ambiante à typiquement 2000 °C, couvrant donc deux ordres de grandeur. En conséquence, la question générale que nous souhaitons traiter nécessite la mise en place de moyens d’analyse multiéchelle qu’il convient de déployer selon trois axes : la température, les contraintes et la taille des cristaux. Du point de vue expérimental, nous proposons de traiter cette question à l’aide de plusieurs méthodes avancées (diffusion, diffraction, réfractométrie et tomographie) utilisant les rayons X émis par des sources de rayonnement synchrotron et mise en œuvre in situ à haute température et/ou sous contraintes mécaniques extérieures. Nous pourrons ainsi déterminer de façon quantitative les évolutions microstructurales de ces « matériaux vivants ». Ceci correspond au principal défi expérimental que nous allons relever au travers du projet HoTMiX.
En combinant une plasticité qui se développe à l’échelle de la microstructure et des comportements élastiques non-conventionnels influencés par des effets de taille, certains matériaux oxydes intrinsèquement fragiles peuvent ainsi montrer une certaine compliance. Bien qu’il soit observé à l’échelle macroscopique, les origines de ce comportement se situent à l’échelle nanométrique et sa compréhension à cette échelle est l’objet central du projet HoTMiX. Les relations entre la microstructure et les propriétés mécaniques seront étudiées en combinant les mesures quantitatives in situ à très haute température et/ou sous contraintes externes avec une approche globale de modélisation basée sur la construction de microstructures virtuelles réalistes et dynamiques en fonction de la température et de l’application de contraintes externes.

Coordination du projet

René GUINEBRETIERE (institut de recherche sur les céramiques)

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

UUlm Universität Ulm / Institut für Stochastik
BAM Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM) / BAM
INAC INSTITUT NANOSCIENCES ET CRYOGENIE
INEEL Institut Néel - CNRS
PIMM Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux
IRCER institut de recherche sur les céramiques

Aide de l'ANR 518 934 euros
Début et durée du projet scientifique : mai 2020 - 36 Mois

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