Densification de zircones nanostructurées: un changement de paradigme par des approches basse température – DIPLOMAT

La zircone stabilisée à l'yttrine (YSZ) est l'un des matériaux céramiques les plus importants aujourd'hui en raison de sa combinaison unique de propriétés : résistance à la rupture à température ambiante, dureté, résistance à l'usure, stabilité à haute température et faible conductivité thermique, conductivité ionique potentielle pour une forte teneur en yttrine, etc. C'est ainsi un matériau clé dans des domaines techniques tels que les revêtements de barrières thermiques, les pièces d’usure, les électrolytes solides pour piles à combustible, les capteurs d'oxygène, les férules optiques et plus récemment les dispositifs biomédicaux et les pièces d’horlogerie. Bien que les céramiques YSZ présentent des caractéristiques attrayantes, elles présentent également quelques inconvénients (notamment le vieillissement en présence d'eau) et il y a de toute façon toujours un équilibre entre propriétés mécaniques (résistance), stabilité à long terme (vieillissement) et propriétés optiques (translucidité), qui limitent certaines applications. Les YSZ couramment utilisés, frittées à une température conventionnelle de 1400°C ou plus, possèdent des tailles de grains comprises entre 0,3 et 1 micron et il y a un manque d'étude sur les trois principales propriétés fonctionnelles citées ci-dessus en relation avec les caractéristiques à l'échelle nanométrique. Ainsi, pour des propriétés et des applications particulières, il existe une opportunité pour les céramiques de zircone avec des tailles de grains (et de pores) beaucoup plus petites que ce qui est couramment disponible aujourd’hui. Quelles seraient les propriétés des céramiques nanostructurées, denses et à structure, porosité, composition de phase et nature des joints de grains contrôlées? C'est l'objectif ambitieux de DIPLOMAT de répondre à cette question en associant des méthodes de frittage à basse température émergentes et non conventionnelles (CSP, HSS et HP-SPS réactif) et la modélisation (en particulier des propriétés optiques). Ce projet cible donc plusieurs nouveautés, notamment : fritter des zircones à bien plus basse température qu’actuellement, comprendre et prédire pourquoi ces zircones denses nanostructurées offrent une meilleure balance entre des propriétés apparemment concurrentes et ajuster ces propriétés selon les besoins pour des applications spécifiques.
DIPLOMAT regroupe trois partenaires académiques (CIRIMAT, ICMCB, MATEIS). La combinaison unique de techniques et d'expertise au sein du consortium couvre tous les aspects du projet et constitue un atout majeur pour relever les défis ambitieux visés.