Dr Jesus Gonzalez-Julian (à droite) et Apurv Dash (à gauche). Crédit :Forschungszentrum Jülich / Regine Panknin
Les phases MAX sont considérées comme des matériaux prometteurs pour l'avenir, par exemple, au pouvoir, industries de l'aérospatiale et des implants médicaux. Une nouvelle méthode développée par des scientifiques du Forschungszentrum Jülich permet désormais de produire pour la première fois cette classe de matériaux à l'échelle industrielle. Ils rapportent qu'une croûte de sel protège la matière première de l'oxydation à une température de production supérieure à 1, 000 degrés Celsius—et peut ensuite être simplement lavé à l'eau. La méthode, qui vient d'être publié dans la revue Matériaux naturels , peut également être appliqué à d'autres matériaux de haute performance.
Les phases MAX unissent les propriétés positives de la céramique et des métaux. Ils sont résistants à la chaleur et légers comme la céramique, encore moins cassant, et peut être déformé plastiquement comme les métaux. Par ailleurs, ils sont la base matérielle de MXenes, une classe de composés largement inexplorée qui sont similaires au graphène et ont des propriétés électroniques extraordinaires.
"Autrefois, il n'y avait pas de méthode adaptée pour produire des phases MAX sous forme de poudre, ce qui serait avantageux pour un traitement industriel ultérieur. C'est pourquoi les phases MAX n'ont joué aucun rôle pratique dans les applications industrielles jusqu'à présent, " explique le professeur junior Dr. Jesus Gonzalez-Julian, chef de groupe de jeunes enquêteurs au Forschungszentrum Jülich.
La stratégie du sel
Les phases MAX sont produites à des températures supérieures à 1, 000 degrés Celsius. A des températures aussi élevées, les matériaux réagiraient normalement avec l'oxygène atmosphérique et s'oxyderaient, c'est pourquoi ils sont généralement produits sous vide ou sous atmosphère protectrice d'argon. La méthode de Jülich est étonnamment simple en comparaison :les chercheurs encapsulent la matière première avec un sel, bromure de potassium, qui fond pendant le processus de production. Un vide ou une atmosphère d'argon pour une protection supplémentaire n'est plus nécessaire.
Représentation schématique du processus. Crédit :Forschungszentrum Jülich / Apurv Dash
« Un bain de sel fondu protège ainsi la matière et l'empêche d'entrer en contact avec l'oxygène de l'air, " explique Apurv Dash, auteur principal de l'étude publiée dans Matériaux naturels et doctorant au Forschungszentrum Jülich.
À la fois, le sel agit comme agent de séparation. Les composants ne se lient plus pour former un solide compact, et permettent la production directe de poudres à grains fins. Ceci est important car cela évite un temps supplémentaire, processus de broyage énergivore. Comme effet secondaire positif, le bain de sel réduit également la température de synthèse nécessaire pour former le composé recherché, ce qui réduira en outre les coûts d'énergie et de production.
Avec juste du sel et de l'eau
Des procédés utilisant du sel fondu sont utilisés depuis un certain temps pour la production de poudres de céramiques sans oxyde. Cependant, ils nécessitent une atmosphère protectrice d'argon au lieu d'air atmosphérique, ce qui augmente à la fois la complexité et les coûts de production.
Croûte de sel solidifiée après refroidissement. Crédit :Forschungszentrum Jülich / Tobias Schlößer
« Bromure de potassium, le sel que nous utilisons, est spécial car sous pression, il devient totalement imperméable à température ambiante. « Nous avons maintenant démontré qu'il suffit d'encapsuler suffisamment les matières premières dans une pastille de sel pour éviter le contact avec l'oxygène, avant même que le point de fusion du sel ne soit atteint à 735 degrés Celsius. Une atmosphère protectrice n'est donc plus nécessaire, " explique Apurv Dash.
Comme pour de nombreuses découvertes scientifiques, un peu de chance a été pris en compte dans le développement de la méthode - les fours à vide sont rares parce qu'ils sont très chers et qu'ils demandent beaucoup d'efforts à nettoyer. Pour produire sa poudre, le doctorant de Jülich a donc eu recours à l'essai d'un four à air normal avec succès.
La nouvelle méthode ne se limite pas à ce matériau. Les chercheurs ont déjà produit une multitude de phases MAX et autres matériaux hautes performances, tels que les alliages de titane pour les bioimplants et l'ingénierie aéronautique. Prochain, les scientifiques prévoient d'étudier les procédés industriels avec lesquels ces poudres peuvent être traitées davantage.
