De nouveaux composites de céramiques

Les CMC servent déjà dans le secteur spatial dans le domaine des hautes températures. Elles disposent aussi d'un potentiel évident pour les secteurs de la fabrication, des transports et de l'énergie. Cependant, ces matériaux de pointe sont d'une fabrication délicate, coûteuse, longue et qui consomme beaucoup d'énergie.

Le projet HELM, financé par l'UE, a cherché à surmonter ces difficultés afin d'ouvrir la voie à de nouveaux matériaux. Les scientifiques étudient de nouvelles techniques de chauffage par micro-ondes. À court terme, elles seront intégrées aux méthodes classiques de chauffage, et pourraient les remplacer à long terme.

Ces techniques promettent de réduire de 60 % ou plus la durée du traitement, et de 50 à 60 % la consommation d'énergie, au bénéfice des coûts. Les chercheurs étudient des techniques classiques: infiltration chimique de vapeur, infiltration de silicium liquide (MW-LSI), expansion de graphite, et imprégnation de polymères puis pyrolyse.

Pour éviter la contamination du matériau produit, les chercheurs fabriquent le tout premier four micro-ondes en graphite pour l'infiltration chimique de vapeur. Ils ont utilisé des modèles pour caractériser soigneusement le comportement thermique et électromagnétique des parois en graphite du four et ont presque terminé le four à l'échelle pilote.

Les tests d'un four MW-LSI de laboratoire ont obtenu des résultats très prometteurs. Le silicium fond en quelques minutes au lieu de plusieurs heures pour un four industriel classique. Un four de laboratoire plus grand et un four pilote sont en cours de construction pour continuer les tests et l'optimisation. L'expansion du graphite par micro-ondes s'est aussi avérée très rapide et efficace. Un four pilote est en cours de développement en collaboration entre les entreprises partenaires.

En se basant sur le succès du four sans chambre de quartz pour l'infiltration chimique de vapeur, le chauffage pour l'imprégnation puis pyrolyse de polymères se fera sans parois de quartz. Les simulations ont optimisé la conception pour uniformiser le champ micro-ondes.

Les scientifiques du projet HELM sont en bonne voie de réaliser une nouvelle technique de chauffage par micro-ondes, qui réduira notablement les délais et la consommation d'énergie par rapport au chauffage classique. Elle améliorera la qualité du graphite expansé et des composites à matrice de céramiques, et permettra d'obtenir de nouvelles microstructures actuellement inaccessibles.