Phases MAX : élaboration, propriétés et applications

Le manque de plasticité des céramiques limite grandement leur champ d’application dans le domaine des matériaux de structure. Plusieurs voies sont explorées pour augmenter la ténacité et la résistance à la rupture :

• dispersion de particules ;

• conception de céramiques à matrice céramique (CMC) ;

• architecturation pour imiter les matériaux naturels comme la nacre.

Toutes ces solutions permettent un réel gain en performance et sont basées sur la possibilité de rendre le matériau moins sensible aux fissures.

L’amélioration des propriétés mécaniques peut également être possible par la formulation de nouvelles céramiques.

Dans la classe des céramiques techniques, les phases MAX constituent une famille tout à fait unique. Elles combinent avantageusement certaines propriétés des céramiques et des métaux :

• réfractarité ;

• module de Young élevé ;

• densité modérée ;

• résistance à l’oxydation ;

• usinabilité ;

• conductivité thermique et électrique ;

• résistance aux chocs thermiques.

Un effort de recherche important a démarré à la fin des années 1990 pour élaborer les phases MAX sous diverses formes :

• poudres ;

• massives ;

• couches minces.

Ces différentes mises en forme obtenues, les efforts de recherche se sont ensuite concentrés sur l’évaluation de leurs propriétés mécaniques et fonctionnelles, ce qui a permis de les comparer avec d’autres matériaux opérant en environnement sévère.

En parallèle de l’évaluation de leurs propriétés, des méthodes de production ont été développées jusqu’à l’échelle industrielle. C’est le cas de la technique de frittage à chaud pour l’obtention de poudres et de pièces massives et la technique de pulvérisation pour l’élaboration de revêtements.

Les phases MAX sont donc relativement jeunes par rapport aux céramiques techniques. Malgré cela, elles supportent tout à fait la comparaison avec leurs aînées, voire les surpassent sur certaines propriétés structurales, tout en les combinant avec des propriétés typiquement métalliques :

• conductivités thermique et électrique ;

• usinabilité ;

• résistance aux chocs thermiques.

De nombreux défis restent cependant à être relevés afin que les phases MAX puissent se développer et s’installer face aux céramiques techniques et aux alliages métalliques haute température (T > 1 000 °C).

Cet article a été écrit pour permettre une synthèse des différentes techniques de mise en forme possible, de l’élaboration à l’assemblage et à l’usinage. Il fournit également un cadre pour évaluer les différentes propriétés des phases MAX face à d’autres matériaux hautes températures comme :

• le graphite ;

• les alliages métalliques haute température ;

• les céramiques techniques, y compris les CMC.

L’article fait également un tour d’horizon des applications existantes et potentielles, puis se termine sur les perspectives et les défis à relever.