Sujet de thèse :
Les Composites à Matrice Céramique (CMC) sont des matériaux hétérogènes composés d’une matrice et de renforts, qui s’imposent comme matériaux fonctionnant dans des conditions agressives, grâce à leur résistance exceptionnelle aux hautes températures, leur faible densité et leur durabilité mécanique. En effet, ils offrent la possibilité d’améliorer significativement le rendement énergétique de turboréacteurs et de réduire les émissions de CO2 notamment via l’utilisation de l’hydrogène en tant que carburant. Ces matériaux s’imposent aussi de plus en plus sur le marché de la propulsion aérospatiale, notamment via le développement de CMC ultra-réfractaires (UHTCMC). Cependant, pour définitivement s’emparer de ces marchés, de nouveaux composants, notamment des protections anti-oxydation, sont requis afin de continuer à proposer des CMCs de plus en plus performants. Pour cela, il est essentiel d’explorer de nouveaux matériaux céramiques permettant ainsi de s’orienter vers une nouvelle génération de CMC.
Dans ce contexte, le projet ATHENA propose de développer de nouveaux composés lamellaires à base de carbonitrures d'Aluminium, représentés par la formule générale (AlN)nAl4C3. En effet, cette famille de matériaux peu étudiée offre un potentiel jusqu’ici inexploité, à cause de la difficulté rencontrée à synthétiser ces composés par voie solide. L’objectif de la thèse est donc de synthétiser et caractériser des composés (AlN)nAl4C3 ou n = 1,2,3 et/ou 4 obtenues par pulvérisation cathodique magnétron.
En effet, la pulvérisation offre un contrôle précis de la composition, de la microstructure et des interfaces mises en jeu, permettant le design de composés de stœchiométries prédéfinies et de différentes micro/nanostructures. La méthodologie employée durant la thèse consistera à mettre en place des protocoles de pulvérisation réactive et non-réactive afin de définir les mécanismes de formation de composés issues de la famille (AlN)nAl4C3. L’objectif final étant de corréler le procédé à la structure, composition et microstructure des couches minces obtenues, puis à des propriétés d’intérêt telles que la dureté, l’adhérence au substrat, le coefficient de dilatation thermique, la conductivité thermique et la résistance à l’oxydation. Cette étude complète permettra une meilleure compréhension de la stabilité des phases (AlN)nAl4C3 et de leur intérêt en tant que protection anti-oxydation.
La thèse vise donc à répondre aux questions suivantes :
1. Quel procédé mettre en œuvre pour privilégier une stœchiométrie de (AlN)nAl4C3 plutôt qu’une autre?
2. Quels sont les mécanismes de formation de ces composés en fonction des conditions de synthèse utilisées ?
3. Quelle est la stabilité thermique et chimique, et les propriétés thermomécaniques de ces composés et comment varie-t-elle en fonction de la stœchiométrie et de la microstructure ?
Contexte :
Le LCTS est un laboratoire localisé sur le
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