Élaboration et caractérisation des propriétés thermiques d’un matériau à gradient de propriétés céramique/métal

Durant ces dernières années, une nouvelle génération de matériaux composites, les matériaux à gradient de fonction (Functionally Graded Materials, FGM), a émergé. Initialement développés pour résoudre des problèmes thermiques dans des applications aérospatiales, les FGM présentent un gradient de propriétés évoluant de manière continue dans une ou plusieurs directions. Cette structure permet d’associer deux matériaux, typiquement une céramique et un métal, avec une transition progressive et sans discontinuité, assurant ainsi des propriétés complémentaires. Ces matériaux sont particulièrement avantageux dans les environnements extrêmes, où ils améliorent la durabilité et l’efficacité des composants soumis à des conditions thermiques et mécaniques sévères.

Dans ce cadre, l’étude porte sur l’évolution des propriétés thermiques d’un FGM Ni/BaTiO3, conçu pour une transition continue de 100 % métal Ni à 100 % céramique BaTiO3.

Des échantillons cylindriques multicouches ont été élaborés par frittage par plasma (SPS), offrant une distribution progressive de la composition. Pour caractériser ce gradient, des mesures de conductivité thermique et de coefficient de dilatation ont été réalisées tout au long de l’épaisseur du matériau. L’analyse des résultats permet d’identifier une loi de puissance pour modéliser la variation des différentes propriétés des FGPM selon la direction du gradient.

Ces résultats contribuent à améliorer la précision des simulations et des modèles numériques et ouvrent de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux à gradient fonctionnel, notamment pour des applications nécessitant un contrôle précis des propriétés thermiques.

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