Créer une céramique à mémoire de forme pouvant être fabriquée à grande échelle sans se briser, tel est le défi que Hang Yu, professeur agrégé en science et ingénierie des matériaux à Virginia Tech, tente de relever.
Pour ceux qui ne le savent pas, les céramiques à mémoire de forme changent leur structure interne en réponse à une contrainte ou à la chaleur, puis reprennent leur forme initiale. Elles sont utiles car elles peuvent se déplacer ou absorber de l’énergie sans engrenages ni pièces mobiles, une propriété que l’on retrouve dans des métaux tels que les alliages nickel-titane. Mais obtenir ce comportement des céramiques s’est avéré plus difficile.
En utilisant le dépôt par friction-malaxage additif pour intégrer des particules céramiques fonctionnelles dans le métal, Yu et son équipe ont réussi à obtenir un matériau solide et sans défaut, capable de changer de phase sous l’effet d’une contrainte afin de dissiper l’énergie.
Contrairement aux céramiques normalement fragiles, ce nouveau matériau peut être imprimé en 3D en vrac avec une densité totale à l’état imprimé, ce qui ouvre des possibilités d’applications pratiques dans les domaines de la défense, des infrastructures, de l’aérospatiale et même des équipements sportifs de haute performance.
« Ce composite peut supporter la tension, la flexion, la compression et absorber l’énergie grâce à une transformation martensitique induite par la contrainte », explique Yu. « En ce sens, il est multifonctionnel. Cela nous permet d’avancer vers la fabrication de grandes choses ayant un potentiel d’applications réelles. »
C’est « comme mettre des pépites de chocolat dans une pâte à biscuits », explique Yu.
La nouvelle approche consiste à incorporer de minuscules particules de céramique à mémoire de forme dans le métal, « comme mettre des pépites de chocolat dans une pâte à biscuits », explique Yu. Le mélange est ensuite introduit dans une machine de dépôt par friction-malaxage additive, un outil de fabrication avancé qui fait tourner les matières premières à une vitesse suffisante pour qu’elles se fondent ensemble sans fondre. Le métal composite obtenu contient des céramiques réparties uniformément qui peuvent se déplacer sans briser l’ensemble de la structure.
Grâce à cette première démonstration de transformation de phase induite par contrainte à une échelle visible et massive, le nouveau matériau pourrait combler le fossé entre l’innovation universitaire et les applications concrètes dans l’industrie, telles que l’amortissement des vibrations ou l’absorption des chocs dans les systèmes de défense, l’aérospatiale, les infrastructures et même les articles de sport.
« Pour la première fois, cette recherche permet de créer des composites céramique-métal à mémoire de forme à grande échelle à l’aide d’un processus d’impression 3D à l’état solide et évolutif », explique Yu.
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