En juillet 2026, un reportage spécial de CNR a mis en lumière les résultats révolutionnaires obtenus par Liu Zetan, jeune chercheur clé de l'Institut de céramique de Xianyang de l'Académie chinoise des matériaux de construction, et son équipe : la réussite du moulage intégré de pièces en carbure de silicium de dimensions supérieures au mètre, faisant passer la capacité de fabrication de composants céramiques avancés du « décimètre » au « mètre ».

Cette avancée marque une étape cruciale dans la maîtrise autonome des matériaux clés à base de céramique haut de gamme en Chine.

Le « sortilège de la taille » des céramiques avancées

Les céramiques avancées en carbure de silicium (SiC), grâce à leurs excellentes propriétés telles que la résistance aux hautes températures, la résistance à la corrosion, une dureté élevée et une faible densité, sont reconnues comme le « squelette » et l'« armure » des équipements haut de gamme de nouvelle génération. Des composants chauds des moteurs aéronautiques, des structures de protection thermique des engins spatiaux, aux pièces essentielles des équipements de fabrication de semi-conducteurs et aux gaines de combustible des réacteurs nucléaires, les composants en céramique de carbure de silicium de grande taille et à haute fiabilité sont des matériaux stratégiques indispensables.

Cependant, la fabrication de céramiques avancées est confrontée depuis longtemps à un « sortilège de la taille » : dès que la taille dépasse les limites conventionnelles, la difficulté augmente de manière exponentielle. Lorsque la taille des pièces brutes atteint l'échelle métrique, les fissures induites par les contraintes internes deviennent extrêmement difficiles à contrôler – même un défaut infime peut compromettre tous les efforts. Pendant longtemps, le moulage intégré de pièces brutes en carbure de silicium de dimensions supérieures au mètre a été considéré par l'industrie comme une « mission impossible ».

Ce goulot d'étranglement technique a directement entravé la capacité de la Chine à fournir de manière autonome des composants céramiques haut de gamme dans des domaines stratégiques tels que l'aérospatiale, les semi-conducteurs et l'énergie nucléaire.

Déconstruire l'« impossible » avec les « premiers principes »

Face à ce défi reconnu par l'industrie, l'équipe de l'Institut de céramique de Xianyang de l'Académie chinoise des matériaux de construction n'a pas choisi de simplement améliorer les procédés existants, mais a opté pour une voie plus fondamentale : briser l'impasse en utilisant les « premiers principes ».

Revenir aux bases physico-chimiques pour comprendre les « fissures »

L'approche de Liu Zetan et de son équipe a été de mettre de côté les préjugés empiriques et de revenir aux théories physiques et chimiques les plus fondamentales. Ils ont « décomposé » l'ensemble du processus de moulage, en réexaminant et en optimisant chaque étape à partir des mécanismes les plus profonds.

Lors du passage au procédé de moulage par injection de gel en voie humide, l'augmentation de la teneur en solides de la barbotine s'est heurtée à une impasse. L'équipe ne s'est pas arrêtée à la frustration superficielle, mais est revenue aux questions les plus fondamentales : quelle est la conformation de dispersion des composants dispersants dans la solution ? Quelles sont les interactions profondes avec les matières premières ? Que signifie chaque détail de l'ajout de réactifs ?

Grâce à une vaste recherche documentaire, des expériences répétées et des échanges au sein de l'équipe, ils ont non seulement surmonté le goulot technique, mais ont également établi un modèle de pensée pour déduire les problèmes de procédé à partir des principes fondamentaux.

S'acharner sur la logique sous-jacente, éliminer les points de risque un par un

En relevant le défi du moulage de pièces brutes de grande taille à l'échelle métrique, l'équipe a complètement « décomposé » l'ensemble du processus, en effectuant des déductions théoriques et des vérifications expérimentales pour chaque étape. Si nécessaire, ils ont résolument rompu avec les voies de procédé traditionnelles.

De la préparation de la barbotine, au moulage par injection, en passant par le séchage et le frittage, chaque étape a été réexaminée et optimisée, éliminant progressivement les points de risque de fissuration. Finalement, les pièces brutes de grande taille à l'échelle métrique ont été réalisées avec succès, et les performances globales du produit ont été portées à un nouveau sommet.

« La philosophie du phare » : découper les objectifs ambitieux en actions quotidiennes concrètes

Liu Zetan résume cette méthodologie par la « philosophie du phare » : « La pression vient de l'ampleur de l'objectif global et de l'anxiété face à l'inconnu. C'est comme conduire de nuit : les phares n'éclairent que les 50 mètres devant, mais cela n'empêche pas d'arriver à destination. »

Il découpe les objectifs ambitieux en actions quotidiennes concrètes – aujourd'hui, optimiser un paramètre ; demain, valider une formulation ; après-demain, ajuster une courbe de montée en température. C'est cette façon de penser, consistant à « transformer les difficultés en marches », qui a permis à l'équipe de franchir pas à pas le chemin jusqu'au bout, face à une mission apparemment impossible.

De la « logique empirique » à la « logique des principes fondamentaux »

La valeur profonde de cette avancée ne réside pas seulement dans la fabrication d'une pièce brute en carbure de silicium de grande taille, mais aussi dans l'établissement d'un paradigme de recherche et développement reproductible, « piloté par les principes fondamentaux ».

L'optimisation traditionnelle des procédés céramiques repose souvent sur l'accumulation d'expérience et la méthode essai-erreur – ajuster un paramètre, observer le résultat, puis ajuster le suivant. Cette approche est extrêmement inefficace et risquée face aux problèmes de contraintes internes non linéaires amplifiés par l'échelle métrique.

L'approche de l'équipe de Liu Zetan a été de ne pas se contenter de « savoir comment faire », mais de chercher à comprendre « pourquoi le faire ainsi ». De la conformation moléculaire des dispersants aux forces d'interaction entre les particules, du comportement rhéologique de la barbotine à l'évolution des contraintes lors du séchage – chaque étape a été déduite à partir des principes physico-chimiques les plus fondamentaux.

Cette méthodologie consistant à « maîtriser parfaitement la recherche fondamentale » a non seulement résolu le problème technique actuel, mais a également doté l'équipe de la capacité de généraliser et de résoudre rapidement de nouveaux défis.

Un saut stratégique du « goulot d'étranglement » au « fabriqué en Chine »

Aérospatiale : doter les « grands équipements nationaux » d'un moteur céramique autonome

Les composants en carbure de silicium de grande taille sont des matériaux clés pour les composants chauds des moteurs aéronautiques et les systèmes de protection thermique des engins spatiaux. Auparavant, en raison de capacités de fabrication limitées, la Chine dépendait depuis longtemps des importations ou était soumise à un blocus technologique étranger dans ces domaines. La percée dans la technologie de moulage intégré de pièces brutes en carbure de silicium à l'échelle métrique fournit une base matérielle pour l'autonomisation des composants clés des « grands équipements nationaux » tels que les avions de ligne nationaux et les nouveaux lanceurs.

Fabrication de semi-conducteurs : résoudre le problème du « goulot d'étranglement » des composants essentiels des équipements

Dans le domaine de la fabrication de semi-conducteurs, le carbure de silicium est un matériau indispensable pour les composants des équipements clés tels que les graveuses et les équipements de traitement thermique. La capacité de fabriquer de manière autonome des composants en carbure de silicium de grande taille et de haute pureté est directement liée à la maîtrise autonome de la chaîne d'approvisionnement des puces en Chine. Cette avancée technologique pourrait briser la situation de dépendance prolongée aux importations pour les composants céramiques essentiels des équipements de semi-conducteurs.

Énergie nucléaire : fournir un « conteneur » fiable pour les réacteurs avancés

Le carbure de silicium, en raison de ses excellentes propriétés neutroniques et de sa stabilité à haute température, est largement étudié pour être utilisé dans les gaines de combustible et les matériaux de structure des réacteurs nucléaires de nouvelle génération. La technologie de moulage intégré de pièces brutes de grande taille à l'échelle métrique offre une voie de fabrication viable pour répondre aux besoins de grandes structures céramiques dans le domaine de l'énergie nucléaire.

Retombées technologiques : rayonner sur toute la chaîne industrielle des céramiques avancées

Le modèle de pensée et la méthodologie « déduire les problèmes de procédé à partir des principes fondamentaux » établis par cette équipe peuvent être étendus à d'autres systèmes de céramiques avancées, tels que les céramiques à base d'oxydes et de nitrures. Cette avancée n'est pas seulement un progrès dans le domaine du carbure de silicium, mais elle entraînera également toute l'industrie des céramiques avancées d'une « exploration empirique » vers une « conception scientifique ».