Des composites aluminium - alumine pour le management thermique

Sirris développe avec ses partenaires des composites céramique–métal pour la gestion des flux thermiques, en particulier au voisinage des blocs moteurs automobiles. 

Dans le cadre du projet PRISTIMAT2 (INTERREGIV), Sirris développe avec ses partenaires des matériaux composites céramique–métal. L'idée est d'obtenir une meilleure gestion des flux thermiques en combinant un matériau conducteur et un isolant pour obtenir une bonne dissipation des calories dans certaines directions tout en protégeant des composants sensibles dans d'autres directions. La première application envisagée est celle des blocs moteurs automobiles et des pots catalytiques.

Les matériaux composites visés sont obtenus à partir d’une structure poreuse en céramique imprégnée par un alliage d’aluminium. La céramique macroporeuse est élaborée à partir d’un édifice de billes de PMMA (PolyMéthyl Métacrylate), utilisé comme porogène, et par coulée d’une suspension aqueuse de poudre d’alumine. Le porogène est éliminé lors du traitement thermique à haute température qui consolide la structure céramique. L’infiltration sous vide par l’alliage métallique fondu de la structure préalablement enchâssée dans un moule en plâtre est réalisée à 750°C dans un dispositif imprégnateur spécialement développé. 

Les propriétés thermiques et élastiques des matériaux composites obtenus ont été étudiées en fonction de plusieurs paramètres de fabrication (taille des billes de PMMA, nature de l’alliage, etc.) dans le but de déterminer quels paramètres permettent de moduler la conductivité thermique et, dans l’optique de fabrication de pièces plus complexes, de diriger les flux de chaleur. 

Des outils numériques ont été développés pour modéliser le procédé d’élaboration des composites biphasés et calculer de manières comparative et prédictive les propriétés thermiques effectives. Des abaques de conductivité thermique ont été établis en fonction de la fraction volumique de la phase métallique dans le composite. Les résultats expérimentaux concordent avec les valeurs obtenues par calcul numérique. Une optimisation des modèles a pu être réalisée en tenant compte des propriétés des phases céramique et métallique, mesurées individuellement, et des paramètres d’élaboration tels que la vibration des empilements de billes de PMMA avant l’étape de chimie-formage pour une meilleure répartition dans le moule.  

 

L'équipe de chercheurs a travaillé jusqu'ici sur des plaques planes mais un démonstrateur fonctionnel de forme complexe devrait être disponible pour fin octobre 2014.

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