Composites à matrice métallique: Propriétés, production et applications

Les composites à matrice métallique (MMCs) sont une classe de matériaux composés d’un métal fusionné avec une autre substance. Ces deux composants apparaissent dans des phases différentes qui sont physiquement et chimiquement distinctes. Le matériau de base est une matrice métallique, tandis que l’autre substance apparaît sous forme de fibres ou de particules pour servir de matériau de renforcement.

Comme pour la plupart des composites à matrice métallique, l’objectif de la fabrication d’un tel matériau est d’améliorer les propriétés existantes de la matrice métallique, en ajoutant des caractéristiques supplémentaires que le renforcement fournit.

Propriétés des composites à matrice métallique

Haute résistance

L’une des caractéristiques les plus courantes des matériaux composites à matrice métallique est une résistance et une rigidité accrues. Son rapport résistance / poids élevé rend le matériau utile dans une grande variété d’applications.

Ceci est évident lorsqu’il est exposé à une tension ou à une compression, car la plupart des composites à matrice métallique ont une résistance mécanique élevée.

Résistance à la chaleur élevée

Certains composites sont construits pour avoir une résistance au fluage supérieure à celle des homologues en métal pur. Cela réduit le risque de déformation ou de déformation du matériau, en particulier lorsqu’il est exposé à des contraintes de soudage ou de traction à haute température. Les composites à matrice métallique fonctionnent mieux dans les industries présentant un risque élevé de fatigue par fluage ou de changements brusques de température.

De plus, ces matériaux ont un coefficient de dilatation thermique plus faible, ce qui est de bon augure pour les applications nécessitant une intégrité du matériau à des températures extrêmement élevées.

Autres Propriétés uniques

Chaque composite a son propre ensemble de propriétés de signature unique en fonction de la composition et de l’orientation du métal et du matériau de renforcement. Certaines de ces propriétés sont les suivantes:

• Résistance au feu
• Incapacité à absorber l’humidité

• Résistance aux rayonnements
• Résistance accrue à l’usure

Exemples de composites à matrice métallique

Au fur et à mesure que de plus en plus de fabricants produisent plus de matériaux de ce type, la liste des composites à matrice métallique peut changer de temps en temps. Cependant, la plupart des composites disponibles sur le marché sont généralement classés comme suit:

Aluminium MMC

Ces composites utilisent de l’aluminium comme matrice de métal de base. Les exemples incluent l’extrusion de précision SupremEX® 620XF T5 (6061B), le composite aluminium-graphite et les composites aluminium-béryllium tels que AlBeMet® AM162 HIP.

Magnésium MMC

Le magnésium est un autre excellent matériau de matrice pour les composites. Certains produits de cette catégorie comprennent le carbure de magnésium-silicium (Mg-SiC), l’oxyde de magnésium-aluminium (Mg-Al2O3) et le carbure de magnésium-titane (Mg-TiC).

Titane MMC

Le titane pur est déjà un matériau solide en soi, mais sa forme composite peut améliorer sa résistance supérieure.

Autres CMM

D’autres matériaux de base matriciels moins courants mais très utiles utilisés pour les composites comprennent le cuivre, le cobalt, le nickel ou une combinaison de métaux. Pendant ce temps, certains des matériaux de renforcement les plus couramment utilisés sont la fibre de carbone, le carbure de silicium, l’alumine et le bore.

Production et transformation

Les composites à matrice métallique peuvent être traités de plusieurs façons selon l’une des procédures suivantes :

Traitement à l’état solide

Comme le terme l’indique, le traitement à l’état solide consiste à mélanger la matrice et le matériau de renforcement sous leurs formes solides respectives. Cela peut se faire par dépôt physique en phase vapeur, liaison par diffusion ou mélange de poudre.

Le mélange de poudre utilise un matériau matriciel en poudre combiné à une substance liante dans un solvant stoddard. Après séchage et laminage, la feuille de poudre obtenue est empilée alternativement avec des fibres de renforcement. Les couches de tissu sont chauffées sous vide et pressées à chaud.

Traitement à l’état liquide

Ce type de production consiste à combiner un matériau de renforcement avec du métal liquéfié et à laisser refroidir et solidifier le mélange. Cela peut être effectué par coulée sous agitation, coulée par compression, infiltration ou décomposition par pulvérisation.

Pour ce dernier, le métal liquide est pulvérisé sur un matériau de renforcement particulaire ou à fibres courtes.

Traitement in situ

Ce type de traitement produit le matériau de renforcement par des réactions chimiques au sein de la matrice. Il en résulte un mélange composite de métal pur avec de fortes forces de liaison en dispersion matricielle.

Lorsqu’un matériau composite est formé, il peut tomber sous l’une de ces orientations: renforcement des particules, renforcement des moustaches et renforcement des feuilles. Les différences se voient dans la façon dont le matériau de renfort est intégré ou intégré dans la matrice métallique.

Applications des composites à matrice métallique

Industrie aérospatiale et aéronautique

Les composites à matrice métallique fonctionnent bien comme composants dans les systèmes de transmission, les boîtes de vitesses, les pièces et accessoires de moteur et d’autres éléments internes.

Sports

Le rapport résistance / poids supérieur de la plupart des composites à matrice métallique rend le matériau adapté aux raquettes de tennis, aux cadres de vélo et à d’autres sports impliquant vitesse et force.

Applications automobiles

Les courses automobiles et automobiles utilisent des composites à matrice métallique pour les pièces de carrosserie du moteur et du véhicule en raison de la nature légère du matériau.