Synthèse frittage et étude du comportement mécanique endommageable de phases MAX - Ablation vers la formation de phases MXenes

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Phases MAX carbures, Stoechiométrie 211, Fusion à l’arc, Frittage naturel, Précurseurs précéramiques, Élaboration de MXènes

Mots-clés

Stoechiométrie,

Fusion au plasma,

Spark plasma sintering (métallurgie),

Frittage (métallurgie),

MXènes,

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Les phases MAX sont des carbures ou nitrures de métaux de transition, présentant une microstructure caractéristique en feuillets. Ces matériaux originaux combinent des propriétés typiques des céramiques, telles qu'une rigidité élevée et un caractère réfractaire, avec des particularités retrouvées usuellement chez les métaux, comme une bonne conduction électrique et thermique ainsi que la faculté à être usinées facilement. Certaines phases, contenant de l’aluminium, sont résistantes à l’oxydation, par la formation à leur surface d’une couche dense et adhérente d’Al2O3. Ces propriétés en font des matériaux avec un fort potentiel pour des applications en milieux exigeants, notamment dans le domaine des transports. Les phases Ti2AlC, Zr2AlC et Hf2AlC ont été sélectionnées dans ces travaux et synthétisées par fusion à l’arc, frittage naturel et Spark Plasma Sintering (SPS) à partir d’un mélange pulvérulent. L’utilisation de précurseurs précéramiques liquides, menant à une céramique après traitement thermique, a également été envisagée. Les phases MAX peuvent également être ablatées avec des composés fluorés pour extraire l’aluminium de la structure et obtenir des MXènes. Le protocole menant à la phase Ti2C à partir d’une solution d’acide fluorhydrique (HF) et d’un mélange HCl/LiF a été ajusté. Enfin les propriétés mécaniques étonnantes des phases MAX (Ti2AlC et Ti3AlC2) ont été observées. Celles-ci sont capables de dissiper de l’énergie par l’endommagement de la microstructure lors de la sollicitation mécanique, ce qui se traduit par un comportement non-linéaire de la réponse du matériau. L’influence de la proportion de phase MAX ainsi que de la présence de porosité a été étudiée.