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Accueil > Équipes > HP-HT > O.R. « Elaboration et transformations structurales sous conditions extrêmes » > Synthèse par Combustion et Mécanosynthèse

Synthèse par Combustion et Mécanosynthèse

par Dominique Vrel - publié le , mis à jour le

La deuxième thématique de cette Opération de Recherche concerne la synthèse de matériaux par des procédés impliquant de fortes énergies, que ce soit :

  • par mécanosynthèse, où une réaction chimique ou l’incorporation d’un élément dans un autre au delà de la concentration limite théorique telle que prévue par le diagramme de phase se produit sous l’action de chocs de haute énergie par l’utilisation d’un broyeur planétaire,

  • par réaction de type SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis, ou combustion solide), impliquant des réactions à des températures particulièrement élevées (1800-3500K),

  • ou finalement par la combinaison des deux, le broyage permettant une activation mécanique du mélange réactif des poudres.

Ces dernières années, nos recherches ont beaucoup tourné autour de la synthèse de métaux réfractaires, avec deux applications principales

  • Nous avons tout d’abord travaillé sur la thématique des matériaux faisant face au plasma (Plasma Facing Materials, PFM), la partie du réacteur ITER subissant les plus fortes énergies, le divertor, devant être réalisé en tungstène. Par l’intermédiaire d’une forte collaboration avec l’IRFM et le CEA, nous avons synthétisé des poudres nanométriques de tungstène afin de prédire le comportement des matériaux d’érosion du réacteur. Des études absorption/adsorption de tritium, en toxicité, et en génotoxicité ont pu notamment être entreprise autour du programme Passiv-ITER de l’IDEX d’Aix Marseille AMIDEX

    Broyage et mécanosynthèse. (a) Dessin d’une jarre de broyage (CW). (b) Micrographie TEM d’une poudre de W broyée dans EtOH. (c) Micrographie MEB d’une poudre de W obtenue par réaction au cours du broyage d’un mélange WO3+Mg.

    Cette étude se poursuit aujourd’hui sur la synthèse d’alliages de tungstène, toujours dans une perspective ITER, l’objectif étant de proposer de nouvelles compositions d’alliages, toujours largement majoritaires en tungstène, afin d’améliorer les propriétés de ce métal, et particulièrement les propriétés mécaniques liées à son usinabilité et sa tenue à l’oxydation.

  • Notre deuxième application concerne les alliages à haute entropie de mélange, et particulièrement les alliages réfractaires de structure cristalline BCC, essentiellement à partir des éléments V, Cr, Nb, Mo, Ta et W. Par l’utilisation du procédé SHS, nous avons pu optimiser le procédé afin de synthétiser des poudres homogènes en composition sur plusieurs de ces mélanges, tout en préservant le caractère nanométrique des poudres obtenues. Nous portons actuellement nos efforts sur la synthèse d’échantillons de grand volume (supérieur à 50g de métal) afin d’en étudier la densification (essentiellement par frittage flash) et d’en effectuer la caractérisation thermomécanique.

Enfin, nous travaillons également sur la synthèse d’autres matériaux. En lien avec la première thématique de cette Opération de Recherche, nous participons à la synthèse, toujours par procédé SHS, de précurseurs de phases hautes pressions, et notamment de phosphures de bore, BP et B12P2. D’autre part, de par une collaboration bien établie avec l’ISMAN (Chernogolovka, Fédération de Russie), nous développons une activité sur l’utilisation du procédé SHS pour souder des matériaux de composition différentes, avec une étude poussée des interfaces qui en résultent.