Elaboration d'objets fonctionnels par micro-extrusion pilotée de polymères précéramiques

Elaboration of funtional objects by controlled microextrusion of preceramic polymers

• Auteur / Autrice : Maxime Cheype
• Direction : Samuel Bernard, Fabrice Rossignol, Olivier Durand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christel Gervais, Claude Estournès, Vincent Pateloup
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Leriche, Bérangère Toury-Pierre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbure de silicium

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fabrication additive

SiC

Robocasting

Polymères précéramiques

Polycarbosilane

Additive manufacturing

SiC

Robocasting

Fused Deposition Modeling

Preceramic polymers

Polycarbosilane

Résumé

Le besoin de matériaux permettant l’amélioration des systèmes actuels en fonctionnant sous des contraintes de plus en plus extrêmes afin de relever les défis technologiques des prochaines décennies, notamment dans les domaines de l’énergie et de l’aérospatiale, induit la recherche de matériaux plus complexes et réfractaires. Le carbure de silicium (SiC) est identifié comme étant un tel matériau. Néanmoins, l’élaboration de pièce en SiC par fabrication additive se heurte à la complexité de densification de ce matériau sans application de charge mécanique extérieure et/ou d’ajout de frittage. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, c’est une voie chimique d’obtention de céramique, la voie Polymer-Derived Ceramics (PDCs) et son implémentation à la fabrication additive qui a été investiguée. La modification chimique d’un polycarbosilane par un complexe de bore a permis de préparer une formulation adaptée au robocasting à partir des poudres SiBC obtenues après pyrolyse. La seconde stratégie a permis de fabriquer des structures lattices à partir de formulations avec des comportements rhéofluidifiants composées de SiC/BN. Enfin, des formulations polymériques thermofusibles ont été développées permettant de mettre en forme des structures lattices et miroirs par Fused Deposition Modeling donnant lieu à des pièces SiC ou SiC/B4C après pyrolyse. L’ensemble des polymères ont été caractérisés par ATR-IRTF, ATG-MS, analyse élémentaire et le comportement des céramiques obtenues ont été caractérisé entre 1000 et 1800 °C par Raman, DRX, MEB-EDS.

The need for materials allowing the improvement of current systems by operating under increasingly extreme constraints in order to meet the technological challenges of the coming decades, particularly in the fields of energy and aerospace, induces the search for materials more complex and refractory. Silicon carbide (SiC) is identified as such material. Nevertheless, the development of SiC parts by additive manufacturing comes up against the complexity of densifying this material without applying an external mechanical load and/or adding sintering. Thus, in the context of this thesis, it is a chemical route for obtaining ceramics, the Polymer-Derived Ceramics (PDCs) route and its implementation in additive manufacturing that has been investigated. The chemical modification of a polycarbosilane by a boron complex made it possible to prepare a formulation suitable for robocasting from SiBC powders obtained after pyrolysis. The second strategy made it possible to manufacture lattice structures from formulations with shear-thinning behavior composed of SiC/BN. Finally, thermofusible polymer formulations have been developed to shape lattice and mirror structures by Fused Deposition Modeling giving rise to SiC or SiC/B4C parts after pyrolysis. All the polymers were characterized by ATR-FTIR, ATG-MS, elementary analysis and the behavior of the ceramics obtained were characterized between 1000 and 1800 °C by Raman, DRX, SEM-EDS.