Des chercheurs ont démontré une nouvelle méthode pour tester des matériaux aéronautiques microscopiques à des températures ultra-élevées. En combinant la microscopie électronique et le chauffage laser, les scientifiques peuvent évaluer ces matériaux beaucoup plus rapidement et à moindre coût qu'avec les tests traditionnels.

Les conclusions de la nouvelle étude, dirigé par Shen Dillon, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, et collaborateurs des Laboratoires Sandia, sont publiés dans la revue Lettres nano .

Il y a une décennie, les progrès des matériaux aéronautiques impliquaient de tester de grandes, des modèles coûteux et des années de développement. Les scientifiques et les ingénieurs utilisent désormais l'expérimentation à micro-échelle pour aider à créer de nouveaux matériaux et comprendre les propriétés chimiques et physiques qui conduisent à la défaillance des matériaux.

"Les tests mécaniques à micro-échelle offrent des opportunités de décomposer les matériaux en leurs composants et de voir les défauts au niveau atomique, " dit Dillon.

Jusqu'à maintenant, les chercheurs ont été incapables de mener avec succès des tests de matériaux à micro-échelle aux températures extrêmes rencontrées par les composants critiques pendant le vol.

"Malheureusement, il est vraiment difficile de réaliser des expériences avec de nouveaux matériaux ou des combinaisons de matériaux existants à des températures ultra-élevées supérieures à 1, 000 C parce que vous rencontrez le problème de détruire les mécanismes de test eux-mêmes, " dit Dillon.

Cette barrière thermique a ralenti le développement de nouveaux matériaux pour des applications commerciales telles que les fusées et les véhicules, qui nécessitent des tests à des températures bien supérieures à la limite de la recherche actuelle de "quelques centaines de degrés Celsius, ", a-t-il déclaré. "La méthode que nous démontrons dans le document réduira considérablement le temps et les dépenses nécessaires pour rendre ces tests possibles."

Leur test à ultra-haute température a combiné deux outils couramment utilisés d'une manière unique. A l'aide d'un microscope électronique à transmission et d'un chauffage laser ciblé, ils ont pu voir et contrôler où et comment le matériau s'est déformé à la température la plus élevée possible avant que l'échantillon ne s'évapore.

« Nous avons pu associer le laser avec le testeur mécanique si précisément avec le TEM que nous avons pu chauffer l'échantillon sans surchauffer le testeur mécanique, " Dillon a déclaré. "Notre test vous permet de faire croître un film mince du matériau sans aucun traitement spécial, puis de le mettre au microscope pour tester un certain nombre de propriétés mécaniques différentes."

Comme preuve de concept, l'étude a testé le dioxyde de zirconium - utilisé dans les piles à combustible et les revêtements de barrière thermique - à des températures allant jusqu'à 2, 050 C, "une température bien au-dessus de tout ce que vous pouviez faire auparavant, " dit Dillon.

Dillon dit que l'article entraînera "à l'avenir plus de personnes utilisant cette technique pour les tests à haute température, car elles sont beaucoup plus faciles à faire et l'intérêt de l'ingénierie est certainement là".

Dillon est également affilié au Materials Research Lab de l'Illinois. La National Science Foundation et le Army Research Office ont soutenu cette étude.