Les procédés d’élaboration des composites à matrice métallique génèrent des phénomènes couplés de transferts de masse (métal liquide en mouvement, diffusion de matière) et de chaleur.

Lors de l’enrobage à grande vitesse d’un filament en céramique par un alliage de titane liquide, nous observons la présence d’eutectique et la formation d’une interphase de carbure de titane à l’interface filament/alliage dus à la dissociation de carbone présent sur la couche protectrice du filament puis à la diffusion de ce carbone pendant le procédé, cette diffusion dépendant de l’histoire thermique du procédé. Les observations des microstructures nous ont amené à proposer un schéma de solidification validé par un modèle numérique basé sur la prise en compte des phénomènes couplés de transfert de masse (diffusion du carbone) et de chaleur (avec phénomènes de changements de phases) pour identifier les mécanismes de solidification du titane et de diffusion du carbone. Ce modèle a été intégré dans une simulation numérique du procédé qui a permis d’étudier différentes conditions opératoires.

Dans le cadre d’un projet regroupant plusieurs partenaires industriels et académiques, notre objectif est d’élaborer un composite à matrice métallique à forte conductivité thermique pour les équipements d’électronique embarquée dans le but de réduire la masse des packagings d’électronique pour des applications aéronautiques, spatiales et de défense. Ces packagings assurent la protection des éléments électriques et une de leur fonction est d’évacuer la chaleur. Ils sont actuellement fabriqués en alliages d’aluminium, qui représentent aujourd’hui le meilleur rapport performance/coût. L’utilisation de ces alliages a atteint ses limites en termes de performances thermiques et mécaniques, ne permettant plus d’envisager des gains de masse significatifs. Notre objectif est de proposer un matériau ou multimatériau alternatif à l’aluminium, remplissant les fonctions de l’aluminium mais permettant une diminution de la masse. Les composites à matrice métallique, notamment à matrice légère représentent alors un potentiel fort pour remplacer l’aluminium. L’évaluation et la prédiction des propriétés du matériau a conduit à envisager un matériau composite à renfort fibreux de carbone et à matrice d’aluminium. Les voies d’élaboration envisagées, liquide et solide, comportent des verrous technologiques dus à l’incompatibilité de l’aluminium avec les fibres de carbone. Mal mouillées par le métal fondu, les fibres de carbone sont par ailleurs susceptibles d’être endommagées par l’application d’une pression mécanique. Il convient alors de développer un procédé permettant au matériau de conserver toute son intégrité. Il est important par exemple d’analyser précisément les interphases formées lors de l’élaboration, en particulier aux interfaces renfort/matrice.

 

Partenariats et soutiens : AIRBUS, SAFRAN (SAFRAN COMPOSITE SNECMA et SAGEM), EADS IW, JTT Composite, LGP/ENIT, LGC/ENCIACET, BPI (soutien financier)