Matériaux innovants

Verres métalliques

Les verres métalliques  sont des alliages amorphes obtenus par trempe depuis la phase liquide.
Leurs caractéristiques structurales confèrent aux verres métalliques des propriétés qui diffèrent des alliages et métaux cristallisés.

• Module d'Young équivalent à celui de l'alliage cristallisé
• Limite élastique (Re) deux fois supérieure à celle des alliages cristallisés : comportement superélastique (d'où appellation d'alliage à mémoire de forme : possibilité de se déformer puis de revenir à son état initial)
• Très peu de ductilité : peu de phase plastique (la rupture est atteinte pour des contraintes proches de la Re)

Ces matériaux possèdent une température de transition vitreuse.
Autour de cette température,  il est possible de les injecter dans des outillages afin de leur donner des formes complexes. 

Utilisations :

• ressort de rappel de soupape (le comportement superélastique permettant un bonne restitution de l'énergie de déformation emmagasinée)
• club de golf
• aimant
• tête de lecture de disque magnétique
• ...

Mousses métalliques

Les mousses métalliques sont des structures alvéolaires constituées d'un métal solide, généralement de l'aluminium.
Les pores peuvent être fermés (mousse métallique à cellules fermées) ou le réseau peut être interconnecté (mousse métallique à cellule ouverte).
Une mousse métallique se caractérise par une porosité élevée, de l'ordre de 75 à 95%, ce qui rend ce matériau très léger.

Les mousses métalliques à pores fermés sont réalisées par injection d'un gaz ou présence d'un agent gonflant dans un métal liquide.
Les mousses métalliques à pores ouverts (éponges métalliques) sont réalisées en fonderie par réplication de mousses polyuréthane à cellules ouvertes constituant un squelette ou par métallurgie des poudres (frittage).

Les mousses métalliques à pores fermés peuvent être utilisées comme matériau structurant ou absorbant un impact (déformation irréversible).
Les mousses métalliques à pores ouverts sont utilisées dans les industries de pointe en raison de leurs coûts élevés ; aérospatiale, filtre à haute température dans l'industrie chimique, échangeur de chaleur notamment.

Intermétalliques

Un alliage forme un composé intermétallique pour le cas de certaines compositions chimiques et sous certaines conditions de pression et de température. Contrairement à un alliage classique où des atomes de natures différentes peuvent être répartis aléatoirement sur un même site cristallographique, un composé intermétallique est constitué de l'alternance périodique d'atomes.

L'alliage intermétallique titane-aluminium est à la fois très rigide et beaucoup plus léger que les alliages de titane classiques.
Cet alliage offre une résistance accrue au feu.
Afin de réaliser des pièces types aubes ou carter en fonderie, la recherche se porte actuellement vers des alliages à base de TiAl les plus adaptés à ce procédé.
Les principales difficultés d'élaboration de ces alliages proviennent de l'écart très important des points de fusion du titane et de l'aluminium (1000°C). Des fusions successives en four plasma assurent une bonne homogénéïté des lingots de TiAl destinés à être utilisés en fonderie.

Composites à Matrice Métallique (CMM)

Les métaux peuvent être utilisés comme matrice et renforcés par des particules ou des fibres.
Les renforts sont en général non métalliques (céramiques par exemple) et revêtus sur leur périphérie afin d'éviter les interactions chimiques avec la matrice métallique.

Renforts types :

• Particules : aluminium, carbure de silicium
  • la structure du composite à matrice métallique est alors isotrope
• Fibres : carbone ou carbure de silicium revêtues de carbone
  • la structure du composite à matrice métallique est alors anisotrope

Pour les applications industrielles, les métaux légers tels l'aluminium, le magnésium ou le titane sont utilisés comme matrices métalliques.
À hautes températures, des alliages types cobalt ou cobalt-nickel peuvent être utilisés.

Alliages à Haute Entropie (AHE)

Un alliage à haute entropie est composé d'au moins 5 types de métaux en proportion quasi-équiatomique.

Les alliages à haute entropie offrent des propriétés mécaniques plus intéressantes que les alliages communs, notamment en hautes températures, même au delà de 600°C, température à laquelle un alliage commun perd significativement ses propriétés mécaniques.
Si des composés plus résistants à l'oxydation sont utilisés, aluminium, chrome, silicium, la résistance à l'oxydation à des températures élevées sera améliorée.
L'alliage pourra alors être utilisé comme revêtement réfractaire (fonderie, moule d'injection plastique, outil de forgeage).

Micro treillis à rigidité programmable imprimé en 3d

Procédé d'impression 3d permettant de superposer et d'alterner des couches de matériaux aux propriétés mécaniques de flexion différentes.
Cette technique permet de réaliser à l'échelle microscopique une structure tridimensionnelle dont les capactités d'étirement et rétraction sont différentes en fonction des directions.

Le procédé de fabrication additive repose sur la microstéréolithographie basée sur la technique de photopolymérisation.
Cela permet d'associer, au sein d'une même structure 3d, différents élastomères, polymères, céramiques, sans contamination entre eux, afin de définir une distribution 3d précise du module d'élasticité.

Ce concept de matériau à module programmable pourra touver des applications en électronique flexible notamment.