Coposite a matrice métallique

Faculté de chimieDépartement de Génie des Matériaux

Master IIMatière : mise en œuvre des composites

Thème d’exposé :

Les Composites a Matrice Métallique (CMM).

Présenté par :

BENSAID Mohammed el AmineSAYEH Ibtihel

Année Universitaire : 2016/2017

Plan d’exposé • Introduction.• Qu’est ce qu’un CMM ?• Familles de CMM :

CMMf. CMMp.

• Mise en forme :Procédés en phase liquide.Procedés en phase solide.

• Avantages et Désavantages.• Application.• Conclusion.

Introduction • Les composites à matrice métallique sont des matériaux peu

connus. Pourtant, les applications sont multiples. On les retrouve surtout dans l'industrie de l’aérospatial, de l’aéronautique et de l’automobile.

Figure 1 : Bouclier thermique de la capsule Gemini [1].1

Qu’est ce qu’un CMM ? • Les composites à matrice métallique sont une classe de

matériaux qui se distingue par la combinaison de deux éléments.

CMMRENFORT

METALLIQUE

CERAMIQUE

MATRICE METALLIQUE

2

CMMf : Ces composites sont constitués d’une matrice en alliage métallique et d’un renfort en fibre. Les fibres, composants de 15% à 25% du volume du composite, sont généralement composées de carbure de silicium (SiC) ou d'alumine.

Familles de CMM

Figure 2 : Vue de coupe d'un composite à matrice métallique à mono filament [2].3

Avantages et désavantages de CMMf

Avantages : ce type de CMM améliore certaines propriétés telles que la

résistance maximale, la rigidité spécifique, la résistance à haute température et réduit le coefficient d'expansion thermique.

Désavantages : Un désavantage important est que les procédés de

transformation et de mise en forme sont plus couteux.Par ce fait, on retrouve peu d'applications utilisant des fibres.

4

CMMp : Ces composites sont constitués d’une matrice en alliage métallique et d’un renfort en particule. Ils sont conçus pour avoir la ténacité de la matrice en alliage métallique et la dureté, la rigidité et la résistance des particules dures.

Figure 3: Exemples de diverses morphologies et tailles des particules [3].

Figure 4 : Représentation schématique de types CMMp selon leur géométrie.

5

Caractéristique de CMMp

la nature des liaisons chimiques entre les éléments et leurs structures cristallines.

La force des liaisons ioniques et covalentes. Les contraintes de ruptures et des duretés assez élevés. Une bonne résistance à l’oxydation et à la corrosion à

hautes températures. Elles permettent d’assurer une meilleure tenue mécanique.

6

Mise en forme Assurer une bonne cohésion aux interfaces entre matrice et renfort, sans

dégrader ce dernier et avoir simultanément :

Une fabrication avec la matrice en phase liquide ou semi-solide pour assurer une fluidité suffisante pendant l'imprégnation des renforts.

Une température de fusion de la matrice peu élevée, comme c'est le cas de l'aluminium, pour ne pas détériorer les renforts et éviter toute réaction entre la matrice et les renforts.

7

2 types de mise en solution : état solide et état liquide.

Procédés en phase liquide• « Stir casting » : réalisé sous vide, mélange mécaniquement les fibres courtes ou les particules à la matrice.

La figure 5 : Stir casting. 8

• « Squeeze Casting » : applique une pression importante sur le métal en fusion afin de réduire

les porosités. Métal pressurisé vers une préforme de fibres continue ou discontinue.

Les étapes sont les suivantes :•dépôt des fibres dans le moule ;•fermeture du moule ;•préchauffe du moule fermé ;•injection de la matrice (métal fondu) ;•compactage sous une presse jusqu'à solidification.

Figure 6 : Schéma de « Squeeze Casting » [4].

9

Procédés en phase solide.

• soudage par diffusion une matrice en forme de feuilles et une phase dispersée sous forme

de fibres longues sont empilées dans un ordre particulier, puis pressés à température élevée.

Figure 7 : Liaison de diffusion [5].

10

Avantages et Désavantages

Les CMM utilisent un métal ductile, relativement résistant et rigide avec des renforts souvent sous forme de fibres. Or, des avantages sont notables par rapport à la matrice pure et aux composites à matrice polymérique. Les avantages et inconvénients, présentés ci-dessous, sont la raison de leur utilisation spécifique.

11

Avantage :

• Rigidité.• Résistance à la traction.• Résistance thermique.• Résistance fatigue.• Résistance Impact.

Inconvénients :

• Coût de fabrication.• Matériau peu connu.• Difficile à former.• Problème de corrosion.

12

Applications=> Industries aérospatial, aéronautique, automobile, électronique.

Figure 8 : Structure du milieu du fuselage de la navette spatiale Orbiter montrant des tubes en bore et en aluminium [6].

les fuselages des navettes spatiales.

13

les gaines de cylindres des moteurs (tribologie). les parois des cavités des pistons (tribologie). les disques de frein (tribologie).

14

les produits sportifs.Fabrication de vélos de haute performances depuis les années 1990 :Technologie des composites à matrice métallique utilisée dans le but de diminuer le poids par rapport à l'aluminium.

15

ConclusionLes composites à matrice métallique offrent une promesse suffisante et ont atteint le degré de maturité qui indique une

expansion de leur utilisation. Pour réaliser leur plein potentiel, cependant, ces composites méritent une plus

grande attention et de soutien.

16

Merci pour votre attention.

Références Bibliographiques[1] Bandyopadhyay, D., Sharma, R. C. & Chakraborti, N. The Ti - N - C system (titanium - nitrogen - carbon).

Journal of Phase Equilibria 21, 192–194 (2000).

[2] Davies, P., Kellie, J. L. F., Kay, R. N. M. & Wood, J. V. Metal matrix alloys. US Patent 6,099,664 (Google Patents, 2000).

[3] Schoenung, J. & Ye, J. Synthesis of bulk, fully dense nanostructured metals and metal matrix composites. US Patent Application 20060153728 (Google Patents,

2006).

[4] Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), Procédé d’élaboration d’un matériau nanocomposite Al-TiC. Brevet d’invention SP52319ID-BD12568. 11-01-2013.

[5] Binder, S., Lengauer, W., Ettmayer, P., Bauer, J., Debuigne, J. & Bohn, M., Phase equilibria in the systems Ti-C-N, Zr-C-N and Hf-C-N. Journal of Alloys and Compounds 217, 128–136 (1995).

[6] Bittner, H. & Goretzki, H. Magnetische Untersuchungen der Carbide TiC, ZrC,

HfC, VC, NbC und TaC. Monatshefte für Chemie 93, 1000–1004 (1962).

17