Les céramiques ultraréfractaires : élaboration, propriétés et stabilité thermique

Auteurs: 

J.F. Justin, A. Jankowiak

De plus en plus d’applications, comme les futurs avions hypersoniques, les véhicules de rentrée atmosphérique ou les prochains systèmes de propulsion, nécessitent l’utilisation de matériaux résistants aux atmosphères oxydantes, voire corrosives, à des températures supérieures à 2000°C et parfois pour des temps de fonctionnement importants. Les céramiques très hautes températures, plus connues sous le nom d’UHTC, sont d’excellents candidats potentiels pour assurer ces missions. Parmi ces matériaux, les composites comportant des diborures de zirconium ou d’hafnium sont les plus intéressants. La résistance à l’oxydation de ces matériaux est accrue par rapport à des composites à base SiC en raison de la formation de plusieurs couches d’oxyde constituées d’un squelette en oxyde réfractaire et d’une phase vitreuse. L’Onera participe activement, dans le cadre de différents projets, au développement de ces matériaux aussi bien pour des vols hypersoniques que pour des applications de type propulsion.
Dans cet article, nous présentons les composites ZrB2-SiC, ZrB2-SiC-TaSi2 et HfB2-SiC-TaSi2 élaborés à l’Onera dans le cadre du développement de bords d’attaque ou des lèvres d’entrée d’air pour des avions hypersoniques pouvant atteindre Mach 6 (T~1100°C-1500°C). Les performances de ces matériaux sont ensuite comparées à la littérature. Enfin, de nouvelles perspectives pour des applications à plus hautes températures seront présentées (T>2000°C).

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Vidéo accélérée d'un test de 10 minutes effectué sous flux hypersonique à haute enthalpie dans l'installation L2K au DLR de Cologne (évaluation des performances d'un disque en HfB2/SiC/TaSi2 à ~1500°C)

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