Des chercheurs ont démontré avec succès une nouvelle technologie utilisant un laser pour fabriquer des céramiques capables de résister à des températures extrêmes, applicable à de nombreux domaines comme la technologie nucléaire, les engins spatiaux et les systèmes d’échappement des avions à réaction. Cette technologie permet non seulement de produire des revêtements et des tuiles céramiques, mais aussi des structures tridimensionnelles complexes, offrant plus de flexibilité pour la conception de nouveaux équipements et technologies.
Xu Xueer, professeure de génie mécanique et aérospatial à l’Université d’État de Caroline du Nord, explique que le frittage traditionnel du carbure d’hafnium (HfC) nécessite de placer les matières premières dans un four à au moins 2200 °C, ce qui est chronophage et énergivore. La nouvelle technologie laser est plus rapide, plus simple à utiliser et consomme moins d’énergie. Son principe consiste à irradier la surface d’un précurseur polymère liquide avec un laser de 120 watts dans un environnement inerte, transformant le liquide en céramique solide par frittage.
Cette technologie offre deux modes d’application. Le premier consiste à appliquer le précurseur liquide sur une structure de base, comme des composites carbone-carbone utilisés dans les technologies hypersoniques, puis à fritter avec un laser. Cela évite d’exposer l’ensemble de la structure à un four à haute température, préservant les matériaux non résistants à la chaleur. Le second est la fabrication additive, ou impression 3D. En combinant le frittage laser avec la stéréolithographie, le processus inclut la création d’un modèle numérique, le découpage en tranches, le traçage et le remplissage des contours par laser, l’abaissement de la plateforme, le lissage de la surface par une lame, et la répétition du frittage pour obtenir un produit céramique final. Mme Xu précise que le laser transforme d’abord le polymère liquide en solide, puis en céramique, en un processus rapide et en une seule étape.
Dans des tests de validation de concept, les chercheurs ont prouvé que la technologie de frittage laser peut produire du HfC cristallin et pur à partir d’un précurseur polymère liquide. Cette technologie peut également produire des revêtements HfC de haute qualité sur des composites carbone-carbone renforcés de fibres de carbone (C/C), avec une forte adhérence et une couverture uniforme, offrant un potentiel d’isolation thermique et de résistance à l’oxydation pour des applications comme les tuyères de fusée ou les disques de frein.
La nouvelle technologie de frittage laser surpasse les méthodes traditionnelles à plusieurs égards. Elle peut fabriquer des structures et des revêtements céramiques ultra-résistants à la chaleur en quelques secondes ou minutes, contre plusieurs heures, voire jours, pour les méthodes traditionnelles ; elle consomme beaucoup moins d’énergie et offre un rendement plus élevé, avec au moins 50 % du précurseur converti en céramique, contre 20 à 40 % pour les méthodes traditionnelles ; elle est également relativement portable, facilitant le transport des équipements par rapport à un grand four. Mme Xu exprime son souhait de collaborer avec des partenaires publics et privés pour transformer cette technologie en applications pratiques.
