La céramique pourrait jouer un rôle important en tant que matériaux isolants dans les avions hypersoniques de nouvelle génération, a déclaré Chu Yanhui, de l'Université de technologie de Chine du Sud, au China Science Daily.

Les matériaux céramiques poreux sont de plus en plus prisés pour l'isolation en raison de leurs excellentes propriétés, telles que leur légèreté, leur inertie chimique et leur faible conductivité thermique. Cependant, obtenir une résistance mécanique tout en préservant l'isolation thermique représente un défi. En effet, pour améliorer l'isolation thermique, les panneaux céramiques poreux doivent souvent être perforés, ce qui réduit considérablement leur résistance. De plus, les matériaux poreux perdent souvent de leur résistance et se rétractent lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées.

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Ces propriétés augmentent la résistance mécanique et l'isolation thermique du matériau, le rendant adapté à une utilisation dans les conditions les plus difficiles telles que l'aérospatiale, ont conclu les chercheurs.

L'équipe de l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université de Guangzhou, qui a développé cette nouvelle céramique, a déclaré que la conception structurelle multi-échelle du matériau permettrait de surmonter ces limitations inhérentes. Le rapport de recherche de l'équipe a été publié dans la revue Advanced Materials.

« La céramique, appelée 9PHEB, présente des propriétés exceptionnelles et la capacité de maintenir une durabilité à des températures allant jusqu'à 2 000 degrés Celsius, ce qui la rend adaptée à une utilisation dans des conditions difficiles », a écrit Chu, qui a dirigé la recherche, dans l'article.

Le matériau repose sur le concept d'alliages à haute entropie (alliages contenant une combinaison de cinq éléments ou plus). Le 9PHEB est une combinaison de neuf composants ioniques poreux chargés positivement.

Selon les auteurs, le 9PHEB présente une porosité d'environ 50 %, mais une résistance à la compression extrêmement élevée, d'environ 337 millions de pascals (MPa) à température ambiante – nettement supérieure à celle des céramiques poreuses connues jusqu'alors. Par ailleurs, le nouveau matériau a également obtenu de bons résultats aux tests d'isolation et de stabilité thermique, conservant 98,5 % de sa résistance à température ambiante, même à 1 500 degrés.

Lorsqu'elle est comprimée à 2 000 °C, contrairement aux céramiques traditionnelles qui ont tendance à se fracturer, la 9HPEB présente une déformation plastique. À ce stade, la nouvelle céramique poreuse subit une déformation de 49 %, ce qui équivaut à une résistance à la compression de 690 MPa, soit deux fois plus qu'au départ.

Il est important de noter que la température élevée n’a pas eu d’effet significatif sur le volume ou les dimensions du matériau. Le 9HPEB n’a rétréci que d’environ 2,4 % après un recuit à 2 000 °C.

M. Chu attribue les propriétés mécaniques et thermiques à la conception « multicouche » de la céramique : « pores ultrafins à l'échelle microscopique, interfaces de haute qualité à l'échelle nanométrique et distorsion du réseau à l'échelle atomique ».

La microstructure des pores de la céramique, tant par leur taille que par leur répartition, est essentielle à la conception. Environ 92 % des pores sont ultrafins, mesurant seulement 0,8 à 1,2 micromètre, un paramètre qui, selon les scientifiques, leur confère des propriétés d'isolation thermique inégalées. À l'échelle nanométrique, les céramiques présentent des connexions solides et sans défaut qui améliorent la résistance mécanique. À l'échelle atomique, les distorsions du réseau causées par leur conception à haute entropie améliorent la rigidité et réduisent la conductivité thermique.

Ces propriétés augmentent la résistance mécanique et les propriétés d'isolation thermique du matériau, le rendant adapté à une utilisation dans les conditions les plus difficiles, ont conclu les chercheurs.

Zhuang Lei, professeur associé à l'école des sciences et de l'ingénierie des matériaux et co-auteur, a déclaré au China Science Daily que le matériau pourrait avoir de larges applications dans des industries telles que l'aérospatiale, l'énergie et le génie chimique.

(Selon SCMP)

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