Renforcer les liaisons entre des matériaux de nature différente
L'utilisation des nouveaux matériaux à base de céramique, qui présentent une exceptionnelle résistance à la chaleur et d'autres propriétés très performantes, ne s'est pas généralisée dans l'industrie manufacturière, car on manque de méthodes fiables pour les assembler aux métaux et à d'autre matériaux. Le projet ADMACOM project (Advanced manufacturing routes for metal/composite components for aerospace), financé par l'UE, a trouvé des moyens de produire des structures «hybrides» en assemblant des nouveaux matériaux à base de céramique aux métaux et polymères traditionnels. Les propriétés des matériaux dissemblables, comme l'expansion ou la contraction, la résistance mécanique, la conductivité électrique et thermique, diffèrent souvent de façon considérable, et il est donc difficile de les faire adhérer de manière forte et fiable. «Nous avons travaillé sur la nanostructure des deux surfaces à assembler afin d'augmenter ces surfaces en modifiant leur micro-texture», déclare Monica Ferraris, professeur à l'École polytechnique de Turin en Italie, coordinatrice du projet. «Une fois qu'on a produit une surface irrégulière sur les deux matériaux en utilisant la nanostructuration laser, des températures élevées ou d'autres méthodes, il est possible de les verrouiller mécaniquement avec des adhésifs infiltrant ces surfaces irrégulières et renforçant l'adhésion.» Une gamme de matériaux Des chercheurs universitaires, des concepteurs industriels, des scientifiques spécialisés dans les matériaux et des ingénieurs issus de l'aérospatiale, des nanotechnologies et d'autres industries telles que le groupe Airbus et MT Aerospace en Allemagne, se sont regroupés dans le projet de partenariat public-privé des «usines du futur» d'ADMACOM, afin de développer cette technique d'assemblage pour une série de matériaux. Airbus, par exemple, a utilisé des lasers pour modifier la surface de matériaux comme le carbure et le nitrure de silicium, afin de créer des «liaisons de type brosse».«Ce que vous placez entre les deux est un matériau de collage dont l'épaisseur ne dépasse pas quelques microns», explique le professeur Ferraris, mais cela permet néanmoins d'assurer un collage solide et fiable. «Ce procédé peut être adapté et utilisé à chaque fois qu'il faut assembler deux matériaux de nature différente. Son utilité est universelle et ne se limite pas à l'aérospatiale», ajoute-t-elle. Moins de pièces pour plus de légèreté Les céramiques et les nouveaux composites à matrice céramique (CMC), des matériaux en céramique associés à des fibres, révolutionnent déjà la conception des composants industriels. Malheureusement, les méthodes traditionnelles telles que l'emploi de vis supplémentaires pour assembler des matériaux de nature différente peuvent provoquer une contrainte dans les matériaux à base de céramique, les rendant vulnérables aux cassures. Le nouveau procédé réduit le nombre d'éléments nécessaires (moins de vis et de boulons, par exemple), ainsi que le poids. Cela peut aboutir à d'importantes économies d'énergie pour l'industrie aérospatiale, les satellites ainsi que les turbines à haute pression et les réacteurs nucléaires.L'équipe a testé ce procédé sur un grand nombre de matériaux différents, effectuant une analyse micro-structurelle des surfaces et des interfaces, et en utilisant différents matériaux d'assemblage, notamment des adhésifs. Elle a pour cela utilisé un même test standardisé. «Un des résultats positifs du projet, c'est que nous sommes en bonne voie pour valider différents matériaux d'assemblage en utilisant le même test standardisé, dès le début du projet. Nous avons utilisé les mêmes techniques pour tester les performances mécaniques des matériaux assemblés, et cela comprend aussi les tests thermiques», explique le professeur Ferraris. «Nous avons appris que la modification de la surface, dont on savait déjà qu'elle permet de renforcer l'assemblage de pièces en bois, peut aussi être utilisée pour renforcer l'assemblage d'autres types de matériaux, dans le cas des céramiques et des composites à matrice céramique.»
Mots‑clés
ADMACOM, matériaux, aérospatiale, satellites, Composites à matrice céramique (CMC)