Fabrication aditive 3D de composite métallique à renfort diamant pour application thermique – 3DCOMPOSITE

Les appareils électroniques à puissance élevée génèrent une chaleur considérable. Si cette chaleur n’est pas évacuée des circuits internes de l’appareil, ceux-ci surchaufferont, ce qui réduira considérablement la durée de vie de l’appareil. Les matériaux de dissipation de chaleur dotés de propriétés thermiques sur mesure sont utilisés afin d’évacuer la chaleur des circuits de l'appareil. Cependant, les matériaux de substrat actuels sont limités par leurs propriétés et/ou leur coût de fabrication élevé. Ce projet porte sur l’étude de la faisabilité de produire de manière rentable des matériaux composites métal/diamant à conductivité thermique élevée en utilisant la technologie d'impression 3D. Cette recherche vise à la fois à faire progresser la compréhension fondamentale des propriétés des composites à matrice métallique imprimés en 3D et à développer de meilleures technologies de fabrication, en particulier pour les composites cuivre/diamant et aluminium/diamant, via l’ingénierie d'interface.

Ce projet commun réunit quatre laboratoires partenaires : ICMCB Université de Bordeaux/CNRS, UMET Université de Lille, ICB-LERMPS Université de Technologie Belfort-Montbéliard et I2M Université de Bordeaux/CNRS. 3 PME ont accepté de participer à ce projet: 1) Lifco Industry, sous-traitant pour le dépôt en couche mince par PVD d'un lot de poudre de diamant, 2) BV Proto qui bénéficiera potentiellement du résultat du projet lié à une éventuelle optimisation de la machine SLM et 3) Minapack Technologies qui fabrique et commercialise déjà des matériaux MMC pour des applications de dissipateurs thermiques et qui seront potentiellement intéressés par les propriétés intellectuelles développées au cours de ce projet.

Les objectifs et les hypothèses de recherche des trois principaux lots de travaux sont détaillés ci-dessous:

WP1: sera focalisé sur l'effet des propriétés des interphases (conductance thermique interfaciale (ITC)) sur les propriétés thermo physiques des composites métal diamant imprimés en 3D. Un modèle de structure intermédiaire métal (Al et Cu)/élément formant des carbures/diamant, similaire aux interfaces réelles dans les composites métal/diamant, sera préparé en utilisant un dépôt physique en phase vapeur et/ou d'autres techniques appropriées suivi d’un traitement thermique. La mesure directe des valeurs ITC, en utilisant une technique de radiométrie photo thermique modulée, sera effectuée sur ces matériaux modèles et corrélée avec la structure interphase caractérisée par microscopie électronique. Le propriétés des matériaux modèle fabriqués par SLM seront simulée à l'aide d'une imprimante 3D faite maison.

WP2: sera focalisé sur l'avancement technologique en développant un processus sol-gel (et PVD) évolutif et rentable pour produire une poudre diamant recouvert d'alliage métallique (Cu et Al) pour l'impression 3D à l'aide d'une machine SLM commerciale. Contrôler des interfaces en introduisant une couche intermédiaire de carbure, à l'échelle nanométrique, entre la particule de diamant et la couche externe en Al (ou Cu). identifier la relation entre le processus d'impression 3D et la microstructure des composites métal / diamant et les propriétés thermo physiques (par exemple, densité, TC).

WP3: sera focalisé sur l'analyse des interphases, des poudres, et des composants composites métal/inter couche/diamant et des matériaux modèle, tels que la géométrie, la liaison, la chimie et les défauts structuraux et les réactions interfaciales, en utilisant une caractérisation approfondie à des échelles du micro jusqu'aux échelles nano et / ou atomique. Corréler l'interphase ainsi que la microstructure matricielle avec les propriétés thermo physiques pour développer une compréhension du mécanisme de formation de la microstructure pendant le processus d'impression 3D.