1. Faculté de chimie
Département de Génie des Matériaux
Master II
Matière : mise en œuvre des composites
Thème d’exposé :
Les Composites a Matrice
Métallique (CMM).
Présenté par :
BENSAID Mohammed el Amine
SAYEH Ibtihel
Année Universitaire : 2016/2017
2. Plan d’exposé
• Introduction.
• Qu’est ce qu’un CMM ?
• Familles de CMM :
CMMf.
CMMp.
• Mise en forme :
Procédés en phase liquide.
Procedés en phase solide.
• Avantages et Désavantages.
• Application.
• Conclusion.
3. Introduction
• Les composites à matrice métallique sont des matériaux peu
connus. Pourtant, les applications sont multiples. On les
retrouve surtout dans l'industrie de l’aérospatial, de
l’aéronautique et de l’automobile.
Figure 1 : Bouclier thermique de la capsule Gemini [1]. 1
4. Qu’est ce qu’un CMM ?
• Les composites à matrice métallique sont une classe de
matériaux qui se distingue par la combinaison de deux
éléments.
CMM
RENFORT
METALLIQUE
CERAMIQUE
MATRICE
METALLIQUE
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5. CMMf : Ces composites sont constitués d’une matrice
en alliage métallique et d’un renfort en fibre. Les fibres,
composants de 15% à 25% du volume du composite, sont
généralement composées de carbure de silicium (SiC) ou
d'alumine.
Familles de CMM
Figure 2 : Vue de coupe d'un composite à matrice métallique à mono filament [2].
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6. Avantages et désavantages de CMMf
Avantages :
ce type de CMM améliore certaines propriétés telles que la
résistance maximale, la rigidité spécifique, la résistance à
haute température et réduit le coefficient d'expansion
thermique.
Désavantages :
Un désavantage important est que les procédés de
transformation et de mise en forme sont plus couteux.
Par ce fait, on retrouve peu d'applications utilisant des fibres.
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7. CMMp : Ces composites sont constitués d’une matrice en
alliage métallique et d’un renfort en particule. Ils sont conçus pour avoir
la ténacité de la matrice en alliage métallique et la dureté, la rigidité et la
résistance des particules dures.
Figure 3: Exemples de diverses morphologies
et tailles des particules [3].
Figure 4 : Représentation schématique
de types CMMp selon leur géométrie.
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8. Caractéristique de CMMp
la nature des liaisons chimiques entre les éléments et leurs
structures cristallines.
La force des liaisons ioniques et covalentes.
Les contraintes de ruptures et des duretés assez élevés.
Une bonne résistance à l’oxydation et à la corrosion à
hautes températures.
Elles permettent d’assurer une meilleure tenue mécanique.
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9. Mise en forme
Assurer une bonne cohésion aux interfaces entre matrice et renfort, sans
dégrader ce dernier et avoir simultanément :
Une fabrication avec la matrice en phase liquide ou semi-solide pour
assurer une fluidité suffisante pendant l'imprégnation des renforts.
Une température de fusion de la matrice peu élevée, comme c'est
le cas de l'aluminium, pour ne pas détériorer les renforts et éviter
toute réaction entre la matrice et les renforts.
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10. 2 types de mise en solution : état solide et état liquide.
Procédés en phase liquide
• « Stir casting » : réalisé sous vide,
mélange mécaniquement les fibres
courtes ou les particules à la matrice.
La figure 5 : Stir casting. 8
11. • « Squeeze Casting » :
applique une pression importante sur le métal en fusion afin de réduire
les porosités. Métal pressurisé vers une préforme de fibres continue ou
discontinue.
Les étapes sont les suivantes :
•dépôt des fibres dans le moule ;
•fermeture du moule ;
•préchauffe du moule fermé ;
•injection de la matrice (métal fondu) ;
•compactage sous une presse jusqu'à solidification.
Figure 6 : Schéma de « Squeeze Casting »
[4].
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12. Procédés en phase solide.
• soudage par diffusion
une matrice en forme de feuilles et une phase dispersée sous forme
de fibres longues sont empilées dans un ordre particulier, puis pressés
à température élevée.
Figure 7 : Liaison de diffusion [5].
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13. Avantages et Désavantages
Les CMM utilisent un métal ductile, relativement résistant et rigide
avec des renforts souvent sous forme de fibres. Or, des avantages sont
notables par rapport à la matrice pure et aux composites à matrice
polymérique. Les avantages et inconvénients, présentés ci-dessous,
sont la raison de leur utilisation spécifique.
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14. Avantage :
• Rigidité.
• Résistance à la traction.
• Résistance thermique.
• Résistance fatigue.
• Résistance Impact.
Inconvénients :
• Coût de fabrication.
• Matériau peu connu.
• Difficile à former.
• Problème de corrosion.
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15. Applications
=> Industries aérospatial, aéronautique, automobile, électronique.
Figure 8 : Structure du milieu du fuselage de la navette spatiale Orbiter montrant des tubes en bore et en
aluminium [6].
les fuselages des navettes spatiales.
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16. les gaines de cylindres des
moteurs (tribologie).
les parois des cavités des
pistons (tribologie).
les disques de frein (tribologie).
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17. les produits sportifs.
Fabrication de vélos de haute performances depuis les années 1990 :
Technologie des composites à matrice métallique utilisée dans le but de
diminuer le poids par rapport à l'aluminium.
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18. Conclusion
Les composites à matrice métallique offrent une promesse
suffisante et ont atteint le degré de maturité qui indique une
expansion de leur utilisation. Pour réaliser leur plein
potentiel, cependant, ces composites méritent une plus
grande attention et de soutien.
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20. Références Bibliographiques
[1] Bandyopadhyay, D., Sharma, R. C. & Chakraborti, N. The Ti - N - C system (titanium - nitrogen -
carbon). Journal of Phase Equilibria 21, 192–194 (2000).
[2] Davies, P., Kellie, J. L. F., Kay, R. N. M. & Wood, J. V. Metal matrix alloys. US Patent 6,099,664 (Google
Patents, 2000).
[3] Schoenung, J. & Ye, J. Synthesis of bulk, fully dense nanostructured metals and metal matrix composites.
US Patent Application 20060153728 (Google Patents,
2006).
[4] Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), Procédé d’élaboration d’un
matériau nanocomposite Al-TiC. Brevet d’invention SP52319ID-BD12568. 11-01-2013.
[5] Binder, S., Lengauer, W., Ettmayer, P., Bauer, J., Debuigne, J. & Bohn, M., Phase equilibria in the systems
Ti-C-N, Zr-C-N and Hf-C-N. Journal of Alloys and Compounds 217, 128–136 (1995).
[6] Bittner, H. & Goretzki, H. Magnetische Untersuchungen der Carbide TiC, ZrC,
HfC, VC, NbC und TaC. Monatshefte für Chemie 93, 1000–1004 (1962).
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