MATERIAUX OXYDES-CARBURES PAR FRITTAGE SOUS CHARGE MICRO-ONDES ET SPS POUR PROTECTION BALISTIQUE – MOCA

Les céramiques structurales sont des matériaux de grande diffusion et d’intérêt stratégique dans de nombreuses applications, notamment la protection balistique, mais aussi, dans divers secteurs civils (joaillerie, protection thermique, substrats céramiques pour l’électronique, etc.). Le projet MOCA vise à développer une formulation composite alumine-SiC à propriétés mécaniques remarquables. La propriété recherchée en premier plan est la performance balistique. La stratégie est d’ajouter une phase dure insoluble de SiC à l’alumine pour en améliorer ses propriétés mécaniques. La nécessité d’optimiser les microstructures (haute densité, granulométrie fine, etc.) conduit le consortium à proposer deux moyens de frittage sous charge : le frittage dit SPS (Spark Plasma Sintering) en matrice graphite et le frittage micro-ondes sous charge uniaxiale (configuration forgeage à chaud). Si la technique SPS est d’ores et déjà applicable, il s’agira, dans un premier temps, d’équiper une cavité micro-ondes 915 MHz d’une presse uniaxiale. Pour ce procédé, un développement particulier est donc nécessaire et passera par une conception du dispositif avec soutien de la modélisation numérique (conception des suscepteurs, géométrie des isolants, etc.). Une modélisation du procédé SPS est également nécessaire pour le dimensionnement des outillages (matrices graphites, isolation, etc.) et l’obtention de champ de températures homogènes, indispensable à l’obtention de céramiques denses et performantes. Les matériaux ainsi densifiés permettront de répondre aux interrogations scientifiques suivantes : effet de la géométrie de l’application de la pression, de l’atmosphère de frittage (appauvrie en oxygène pour le SPS, sous air pour le procédé micro-ondes), identification des cartes de frittage et des mécanismes propres de densification sur les microstructures et les propriétés mécaniques, qui seront, eux aussi, évalués. L’analyse des mécanismes de frittage sera menée sur la base d’une investigation fine des microstructures, notamment par des observations en microcopie électronique (à balayage ou en transmission) des interfaces précipités-matrice, mais aussi par exploitation de modèles analytiques appropriés. Ces analyses seront naturellement effectuées en relation avec les spécificités du moyen d’élaboration utilisé. La modélisation des procédés est nécessaire pour aboutir aux microstructures recherchées, mais il s’agira aussi, à partir de l’évaluation des propriétés mécaniques pertinentes, de modéliser les performances balistiques des composites, via l’utilisation du code IMPETUS. Cet axe de recherche permettra au consortium de monter en compétences en matière de relations microstructures-propriétés balistiques des céramiques. La validation des résultats inclut des tests balistiques sur les céramiques composites en comparaison avec les éprouvettes de référence (alumine pure).