Projet de recherche P2/07 (Action de recherche P2)
Contexte
Les matériaux céramiques nanostructurés promettent des combinaisons peu communes de propriétés. En ce qui concerne leurs propriétés mécaniques, on recherche en particulier un meilleur compromis entre dureté et ténacité. Ceci, combiné à une excellente résistance chimique, rendra possible de nouvelles applications pour lesquelles cette combinaison particulière de propriétés s'avère déterminante dans le choix du matériau.
Description du projet
Objectifs
Le but scientifique du projet NACER est de développer, en s'appuyant sur l'expérience et le know-how des trois partenaires, des céramiques nanostructurées les plus avancées, tant monolithiques que composites, en collaboration étroite avec l'industrie belge intéressée.
Méthodologie
Le procédé de fabrication commence par la synthèse de poudres présentant des tailles de grains dans la gamme des 10 à 100 nm. Partant de ces nanopoudres, la mise en forme d'objets macroscopiques s'effectuera par le biais de techniques colloïdales au départ de suspensions. Ces techniques conduisent à des microstructures plus homogènes mais garantissent également une manipulation plus sûre des nanopoudres. Après le façonnage, la porosité intergranulaire sera éliminée par un traitement thermique à température élevée connu de manière générique comme le frittage. Le maintien de la structure nanométrique en cours de frittage constitue ici le défi principal. En effet, à ces températures élevées de traitement, en plus des phénomènes de transport conduisant à la densification du compact, d'autres mécanismes prennent place tels que par exemple la croissance des grains tendant à détruire la structure nanométrique de départ. La technique de frittage sous champ électrique (FAST – Field Assisted Sintering Technology), également connue sous les vocables SPS (Spark Plasma Sintering) ou PECS (Pulsed Electric Current Sintering – frittage sous courant électrique pulsé), est l'une des quelques techniques qui potentiellement permet de relever ce défi.
Les matériaux envisagés pour cette étude sont des nanocéramiques non-oxydes (carbures, nitrures) et oxydes, ainsi que leurs composites.
Interaction entre les différents partenaires
Le CRIF/WTCM dispose à Liège d'un réacteur plasma pour la synthèse de nanopoudres en grande quantité.
Comme suite à un projet européen, un équipement FAST est à présent disponible à la KULeuven et des modèles élaborés ont été développés permettant de prédire les distributions de température et de courant en cours de frittage. La modélisation correcte constitue en effet une étape clé dans l'amélioration du contrôle de cette technologie.
L'INISMa à Mons dispose d'une expertise en techniques de caractérisation de pointe applicables aux nanocéramiques, tant sous forme de poudres que de matériaux denses. L'INISMa fournira les données nécessaires à la modélisation du procédé FAST et caractérisera par ailleurs certaines propriétés fonctionnelles des nanomatériaux élaborés en relation directe avec les applications visées.
Lien avec des programmes nationaux et internationaux
Les trois partenaires sont actifs dans des projets régionaux et européens dédiés aux nanomatériaux et nanocomposites.
Résultats
Résultats et/ou produits attendus
Les applications de cette technologie générique visées ici couvrent : des matériaux nanostructurés résistants à l'usure, pour outillages de différents types, en particulier outils de coupe et outils pour le façonnage de métal et de verre; des biomatériaux cliniques soumis à l'usure; le développement de matériaux poreux multi-échelle; des matériaux pour miroirs utilisés dans des applications spatiales et basés sur le carbure de silicium.
Apport du projet dans un contexte d’appui à l’innovation et au transfert des connaissances
Le plan de travail comprend également des études de cas proposées par les membres industriels du comité de suivi.
Partenaires
Activités
Le Groupe Matériaux Céramiques (C2) du département MTM de la KULeuven conduit sa recherche selon trois axes: synthèse et mise en oeuvre de matériaux céramiques et de leurs composites, détermination de propriétés fonctionnelles et modélisation des procédés de fabrication et du comportement de matériaux céramiques.
L'INISMa (Institut Interuniversitaire des Silicates, Sols et Matériaux) est une organisation sans but lucratif créée en 1973 à l'initiative de la FPMs, de l'UMH, de l'IDEA et d'un groupe d'industriels afin de mener des activités de recherche et développement dans les domaines des matériaux avancés, des sols et de l'environnement.
Le CRIF-Wallonie est un département du CRIF-WTCM. Les lignes de force pour le développement de compétence et de services découlent de la mission de ce département de soutenir l'innovation et la compétitivité industrielles par l'utilisation de matériaux et de technologies de production innovants.
Coordonnées
Coordinateur
Omer Van Der Biest
Katholieke Universiteit Leuven (KULeuven)
Departement MTM
Kasteelpark Arenberg 44
B-3001 Heverlee (Leuven)
Tel:+32 (0)16 32 12 64
Fax:+32 (0)16 32 19 92
omer.vanderbiest@mtm.kuleuven.be
www.mtm.kuleuven.be
Promoteurs
Francis Cambier
Institut National Interuniversitaire des Silicates, Sols et Matériaux (INISMa)
Avenue Gouverneur Cornez 4
B-7000 Mons
Tel :+32 (0)65 40 34 21
Fax :+32 (0)65 40 34 58
f.cambier@bcrc.be
www.bcrc.be
Frederik CAMBIER
Centre de Recherches scientifiques et techniques de l’Industrie
des Fabrications métalliques (CRIF)
Rue du Bois Saint-Jean 12
B-4102 Seraing
Tel :+32(0)43 61 87 60
Fax :+32(0)43 61 87 02
frederik.cambier@crif.be
www.crif.be
Comité de suivi
Stijn Put - Umicore
Anneleen Desmet - Bekaert
Wolfgang Böhlke - Ceratizit
Bill Colin - AMOS
Pierre Gloesener - AMOS
Laurent Tordella - AMOS
Etienne Botman - Eb.Consult
Alain Gillin - MRW – DGTRE
Lieve De Doncker - IWT
Jean Jadot - Magotteaux
Hubert François - Magotteaux
Valerie Sillen - Halliburton
Ides De Vos - Halliburton
Etienne Lamine - Diarotech
Nano-ceramic materials and their composites: Processing by field assisted sintering technology : final report
Brussels : Federal Science Policy, 2010 (SP2221)
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