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Les composites à matrice céramique Ox/Ox (CMC Ox/Ox) combinent une excellente solidité, une résistance chimique et une stabilité thermique. Ces qualités les rendent appropriés pour les composants exposés à des environnements difficiles et oxydants, tels que les moteurs de turbines à gaz et les systèmes de protection thermique.

Toutefois, le maintien de ces propriétés à des températures élevées constitue un défi en raison du grossissement des grains et de la dégradation au-delà de 1 000 °C. Une étude récente, intitulée « Enhancing Thermal Stability of Oxide Ceramic Matrix Composites via Matrix Doping, » (Amélioration de la stabilité thermique des CMC Ox/Ox via le dopage de la matrice), a exploré des moyens de surmonter ce problème.

Baikowski® a contribué à l’étude avec sa poudre d’alumine BA15 de haute pureté, sélectionnée pour sa distribution granulométrique (d₅₀ = 120 nm) et sa pureté chimique exceptionnelle. Ces caractéristiques ont permis d’obtenir un matériau fiable, essentiel pour évaluer les effets du dopage. Pour cela, des suspensions contenant 50 % de matière solide ont été préparées.

Pour plus d’information sur notre poudre BA15 ou encore notre dernière innovation SLAZ, une suspension d’alumine de haute pureté dopée à la nano-zircone zilight® de Mathym®, visitez notre offre pour CMCs.

Matériels et méthodes

Des composites renforcés par les fibres Nextel 610 et des matrices d’alumine ont été produits en deux variantes : l’une utilisant de l’alumine non dopée et l’autre dopée avec 480 ppm de MgO.

Le MgO a été choisi en raison de sa capacité reconnue à inhiber la mobilité du liant et à réduire la croissance des grains, ce qui en fait un agent dopant efficace pour améliorer la stabilité thermique.

Fabriqués par une technique de gélification ionotropique, les composites ont été frittés à 1200°C, puis soumis à des traitements thermiques à 1300°C et 1400°C. Des tests SEM, WDX et de résistance à la traction ont été réalisés pour évaluer les impacts microstructuraux et mécaniques du dopage.

Performance de la CMC avec l’alumine dopée de Baikowski

Résultats microstructuraux :

• Les composites dopés et non dopés présentaient des microstructures initiales similaires avec des grains équiaxes uniformes.
• L’exposition thermique a induit une croissance des grains dans les deux échantillons, mais les composites dopés au MgO présentaient des grains plus petits et beaucoup moins de grains anormaux, en particulier près des régions des fibres.

Interactions :

• L’analyse WDX a montré que le silicium (Si), qui fait partie des fibres Nextel 610, se diffuse vers l’extérieur en direction de la matrice après l’exposition à la chaleur, tandis que le magnésium (Mg) de la matrice se diffuse légèrement dans les fibres. Cette interaction a contribué à supprimer le grossissement excessif des grains dans les composites dopés au MgO, conduisant à des grains plus petits par rapport aux échantillons non dopés, ainsi qu’ à une distribution de taille des grains plus étroite, ce qui a contribué à limiter  la perte de résistance après les traitements thermiques.

Performances mécaniques :

• Les deux types de composites avaient une résistance à la traction comparable (~135 MPa) à l’état brut.
• Après traitement thermique, les composites dopés au MgO ont conservé une résistance à la traction plus élevée, avec des réductions de 8% à 1300°C et de 41% à 1400°C, par rapport à des réductions de 27% et 62% pour les échantillons non dopés.

Cette étude a bien mis en évidence les avantages du dopage de la matrice pour l’amélioration de la stabilité thermique des CMCs Ox/Ox, en particulier avec l’alumine de haute pureté de Baikowski® dopée au MgO. Cette matrice sur mesure a permis de réduire efficacement la croissance des grains et de préserver les propriétés mécaniques même à haute température.

Grâce à sa capacité R&D et une collaboration avec l’industrie, Baikowski® fournit des solutions d’alumine sur mesure qui répondent parfaitement aux exigences de vos applications. Baikowski® est votre partenaire pour développer des matériaux hautement performant, comme dans cette étude, pour le secteur aérospatial ou d’autres applications à haute température.

Pour en savoir plus, téléchargez notre livre blanc dédié👇.

Matériaux Innovants pour CMC Ox/Ox
Livre Blanc

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La gamme de suspensions SLAz se compose de notre célèbre alumine de haute pureté Baikalox®  et de la nano-zircone de pointe zilight®, de la sociéte Mathym®, appartenant à notre groupe. Elle offre une combinaison unique de propriétés adaptées aux plus hautes exigences de performance des Composites à Matrice Céramique (CMCs). Ces composites sont essentiels dans les applications high tech, notamment dans le secteur aérospatial, où leur légèreté, leur résistance thermique et leur résistance mécanique sont cruciales pour l’efficacité et la durabilité dans des environnements extrêmes.

SLAz offre des avantages clés dans la fabrication des CMCs, tels qu’une:

• Dispersion uniforme : Grâce à la qualité de la dispersion de la nano-zircone zilight®, SLAz assure une distribution homogène dans la matrice d’alumine avec des résultats constants.
• Stabilité accrue : Résistante à un large spectre de pH de 4 à 10, la gamme SLAz offre une stabilité sur laquelle vous pouvez compter dans divers environnements de travail.
• Viscosité optimisée : Conçu pour s’adapter à votre process, les produits SLAz maintiennent une faible viscosité sans compromettre la qualité, même en présence de la nano-zircone.

Au-delà des CMCs, SLAz affiche des résultats prometteurs pour le coating et l’impression 3D. Explorez son potentiel dès aujourd’hui !

Les suspensions SLAz
Pour applications CMC

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La recherche de matériaux de restauration dentaire alliant résistance, sécurité et esthétique est depuis longtemps une priorité en dentisterie. La suspension innovante de nano-zircone à indice de réfraction élevé de Mathym®, zilight®, est un produit avant-gardiste en passe de relever ce défi.

Des matériaux Dentaires qui Combinent Esthétique et Résistance

Les patients sont en quête de restaurations dentaires qui soient à la fois durables et visuellement naturelles. Les matériaux traditionnels tels que la porcelaine sur armature métallique ne répondent pas à cette demande, en particulier dans les zones visibles telles que les dents de devant, en raison de leur opacité et de leur teinte parfois grisâtre. Bien que les restaurations céramiques offrent certaines améliorations, elles restent confrontées à des problèmes d’écaillage, de fragilité et en particulier de translucidité limitée.

Les céramiques de zircone stabilisée à l’yttrium (YSZ), en particulier celles dopées à 3 % d’yttrium (3YSZ), ont gagné en popularité en raison de leur résistance élevée, de leur biocompatibilité et de leur compatibilité avec les technologies CAD-CAM. Cependant, la 3YSZ conventionnelle n’offre pas une translucidité suffisante pour des restaurations dentaires parfaitement esthétiques.

zilight® offre des Propriétés Optiques et Mécaniques Supérieures

Le contrôle de la taille des grains de zircone de Mathym à moins de 100 nm permet de produire des céramiques à haute translucidité sans compromettre la solidité. En outre, l’ajustement du dopage à l’yttrium dans la plage des 8 % mol permet également d’améliorer la transparence optique. Les céramiques obtenues présentent une opalescence similaire à celle de l’émail naturel, créant un aspect bleuté et orangé sous différentes conditions d’éclairage.

Ces propriétés liées à la miniaturisation des pores résiduels, à l’affinement de la taille des grains, à la concentration de dopage appropriée et à la capacité de frittage à seulement 900°C font de zilight® une alternative supérieure aux options commerciales existantes pour les applications dentaires.

La faible température de frittage est un avantage concurrentiel remarquable qui permet également de réduire la consommation d’énergie, de raccourcir les temps de traitement et de minimiser les dommages thermiques potentiels sur d’autres composants.

Compatible avec l’impression 3D céramique, notre solution innovante est conçue pour répondre aux besoins des techniques de restauration avancées.

Comment Améliorer les Restaurations Dentaires grâce aux Innovations de Mathym®

L’engagement de Mathym en matière d’innovation va au-delà de la suspension de nano-zircone zilight®.

Notre offre comprend également des nano-charges dentaires innovantes telles que le fluorure d’ytterbium, filixio®, ainsi que les nanoparticules de cérium, conçues pour améliorer ou ajouter des propriétés spécifiques aux matériaux dentaires telles que la radio-opacité, la résistance à l’usure et la stabilité de la couleur.

En outre, la fonctionnalisation des nanoparticules garantit la compatibilité avec divers monomères dentaires, même à des concentrations élevées.

Toutes ces avancées permettent d’obtenir des résultats supérieurs dans un grand nombre de restauration, tout en prévenant les caries secondaires, en inhibant la croissance bactérienne et en favorisant la reminéralisation de l’émail.

En savoir plus sur l’offre dentaire de Mathym®

Pour plus de détails ou un besoin de solutions sur mesure, contactez nos équipes pour discuter de vos besoins.

Baikowski est à la pointe de l’innovation dans le domaine de la science des matériaux. Nos produits font partie intégrante de la recherche et des avancées technologiques. Parmi les applications, on trouve le développement de membranes composites d’oxyde de graphène (GO) ancrées sur des substrats d’α-alumine dans la publication scientifique suivante : « Composite GO/Ceramic Membranes Prepared via Chemical Attachment: Characterisation and Gas Permeance Properties. »

En fournissant une plate-forme stable et inerte pour le dépôt de GO, les substrats ont permis dans cette étude la création de membranes avec des structures de pores finement ajustées et des capacités de séparation améliorées, essentielles dans de nombreuses applications industrielles.

Ces substrats céramiques poreux fabriqués avec notre poudre CR6 offrent une capacité de résistance dans des environnements corrosifs et à haute température où les membranes polymères généralement échouent.

Les Applications Potentielles des membranes composites GO/céramique

Ces membranes qui présentent une stabilité et perméance améliorées, ainsi que des propriétés de surface adaptées, peuvent être utilisées dans diverses applications pour relever des défis critiques en matière de séparation et de filtration telles que :

• 🌟 La séparation des gaz : Les membranes composites peuvent être utilisées dans les processus de séparation des gaz industriels, la purification du gaz naturel et les technologies de capture du carbone grâce à leur capacité à perméabiliser sélectivement certains gaz tout en en retenant d’autres.
• 🌟 Le traitement de l’eau : Les modifications hydrophiles et hydrophobes permises par les liants chimiques tels que le PDA, le GPTMS et l’APTMS permettent aux membranes de séparer efficacement les contaminants de l’eau. Cette application est particulièrement pertinente pour le traitement des eaux usées, le dessalement et l’élimination des polluants organiques et inorganiques des sources d’eau.
• 🌟 Les traitements chimiques: La résistance des membranes composites aux produits chimiques et leur stabilité thermique permettent par exemple la séparation de solvants organiques, la récupération de produits chimiques précieux et la purification de produits de réaction.
• 🌟 Le secteur de l’énergie : leurs propriétés de perméation sélective peuvent être exploitées pour séparer l’hydrogène des autres gaz, ce qui constitue une étape critique dans la production d’hydrogène de haute pureté pour les piles à combustible et d’autres applications énergétiques.
• 🌟La protection de l’environnement : En permettant la séparation efficace des gaz nocifs et des polluants, ces membranes peuvent contribuer à réduire les émissions et à traiter les effluents industriels, favorisant ainsi des processus plus propres et durables.

Avantages de l’alumine ultra pure CR6

CR6 est une poudre d’alumine alpha de haute pureté de notre gamme Baikalox®. Elle est connue pour la finesse de ses particules et ses excellentes propriétés de frittage, qui en font un excellent matériau pour créer des supports céramiques denses et robustes, essentiels pour les membranes composites de haute performance.

Les propriétés mise en avant pour cette application sont :

• 🌟 La haute pureté : La poudre CR6 garantit en effet une contamination minimale, ce qui est crucial pour maintenir l’intégrité des substrats céramiques et de la couche de GO qui y est déposée.
• 🌟 La distribution contrôlée de la taille des particules : elle contribue à la création de structures macroporeuses uniformes. Cette uniformité est essentielle pour assurer une performance constante de la membrane, car elle influence à la fois la perméance au gaz et à l’eau.
• 🌟 La compatibilité chimique : Sa compatibilité avec divers liants chimiques, tels que la polydopamine (PDA), le 3-Glycidoxypropyltriméthoxysilane (GPTMS) et le 3-Aminopropyltriméthoxysilane (APTMS), facilite l’ancrage efficace des couches de GO sur les substrats céramiques.
• 🌟 L’excellent comportement au frittage : elle permet de créer des supports mécaniquement solides et thermiquement stables.

Dans l’étude citée, le processus de préparation a consisté à utiliser comme substrats des disques d’alumine alpha d’une épaisseur d’environ 2 mm et d’un diamètre de 22 mm. Les disques ont été fabriqués en pressant la poudre d’alumine CR6 dans un moule sur mesure et en les frittant à 800°C pendant 30 heures, puis à 1180°C pendant 2 heures. Une face du disque a été polie jusqu’à ce qu’aucune rayure évidente ne soit observée lors d’une inspection visuelle au microscope optique.

Comment l’alumine CR6 contribue à la performance des membranes composites?

L’un des principaux défis de la technologie des membranes composites est d’assurer une adhésion forte et stable des couches de GO aux substrats céramiques.

Le succès ici en partie dû à :

• 🌟 Une stabilité accrue : Les substrats ont fait preuve d’une stabilité remarquable, conservant leur intégrité structurelle et leurs performances dans diverses conditions.
• 🌟 Une surface lisse et polie : ces caractéristiques ont assuré une interaction optimale avec les agents modificateurs (PDA, APTES, GLYMO) et les nanocomposites à base de graphène.
• 🌟 L’épaisseur : Les substrats ont permis la formation de membranes composites avec un contrôle précis de l’épaisseur, ouvrant la voie à différentes applications.

Notre poudre d’alumine de haute pureté CR6 s’est donc révélée être un composant essentiel dans l’avancement des technologies de membranes composites. Ses propriétés supérieures facilitent la création de supports de membrane fiables et performants, permettant l’intégration réussie de nanocomposites à base de graphène.
Cette synergie entre l’alumine de haute pureté et les nanomatériaux avancés ouvre de nouvelles possibilités d’applications dans la séparation des gaz, la purification de l’eau et d’autres domaines nécessitant des solutions membranaires durables et efficaces.

Pour en savoir plus sur notre alumine CR6 pour l’application des membranes composites, consultez aussi la publication : A Combined Gas and Water Permeances Method for Revealing the Deposition Morphology of GO Grafting on Ceramic Membranes

ADB (Adaptive Driving Beam) est un système intelligent capable d’ajuster automatiquement la la lumière des phares en fonction des conditions de circulation, comme par exemple la présence de véhicules ou de piétons venant en sens inverse. En créant une zone non éblouissante autour des véhicules, l’ADB peut fournir au conducteur un éclairage optimal sur de longues distances sans éblouir les autres usagers de la route, améliorant ainsi la sécurité et le confort nocturnes.
Cette technologie repose sur un système qui recueillent des données, des commandes logicielles qui déclenchent une réponse appropriée et des optiques de phare innovants incorporant des convertisseurs à base de YAG pour exécuter la commande.

Rôle des luminophores convertisseurs de lumière dans les dispositifs à semi-conducteurs et la technologie ADB ?

La source lumineuse est un élément clé de l’ABD. Elle est généralement basée sur la technologie des LEDs (diodes électroluminescentes) et les changements de lumière sont principalement contrôlés par une conception matricielle LED.

Si les LED présentent des avantages en termes d’efficacité, de durée de vie, de faible consommation d’énergie et de rapidité de réponse par rapport aux lampes halogènes ou au xénon conventionnelles, le rendu de la couleur et la stabilité thermique représentent un défi. Dans le cas d’applications à haute puissance telles que l’ADB, la stabilité thermique et l’efficacité luminescente des luminophores aident à les surmonter.

En effet, les luminophores de conversion de lumière ont la capacité d’absorber la lumière d’une certaine longueur d’onde (généralement bleue ou proche de l’ultraviolet) et de réémettre une longueur d’onde différente (généralement jaune ou rouge). En combinant la lumière d’origine avec la lumière convertie, on obtient une lumière blanche avec la température de couleur et l’indice de rendu de couleurs souhaités. La température de couleur idéale pour les phares doit être proche de la lumière du soleil (environ 5000K-6000K) afin d’assurer une visibilité optimale pour les yeux humains.

L’un des luminophores de conversion de la lumière les plus utilisés pour les LED blanches est le YAG:Ce3+ (grenat d’yttrium et d’aluminium dopé aux ions de cérium) qui convertit efficacement la lumière bleue en lumière jaune, et produit ainsi une lumière blanche chaude. Cette luminosité au contraste élevé contribue à créer une image claire et nette sur la route.

La poudre submicronique YAG:Ce de Baikowski présente d’excellentes caractéristiques phasiques, de cristallinité et de pureté chimique, ainsi qu’une taille de particule et une distribution optimisées, qui lui permettent de produire des convertisseurs YAG aux performances exceptionnelles telles que :

• 🌟 un rendement élevé avec un minimum d’énergie perdue en termes de chaleur et de rendu lumineux à partir de la source d’entrée
• 🌟 Une réponse rapide et précise au signal d’entrée pour des ajustements précis.
• 🌟 Une stabilité exceptionnelle de la couleur et de la luminosité.Entièrement compatibles avec les diodes bleues nanostructurées et divers modèles de puces LED, nos nanoluminophores YAG permettent la miniaturisation des dispositifs.

En savoir plus sur les poudres YAG submichroniques

Des YAG customisés pour des convertisseurs offrant un éclairage ADB ultra performant

Le dopage permet d’améliorer les performances du YAG:Ce3+. Voici quelques exemples qui pourraient répondre à vos besoins en matière d’éclairage ADB :

• 🌟 Rendu des couleurs : Le dopage de YAG:Ce3+ avec des Tb3+ (ions terbium) permet d’obtenir un spectre d’émission plus large qui améliore l’indice de rendu des couleurs de la lumière blanche.
• 🌟 Propriétés émissives et stabilité : l’ajout d’ions gadolinium (Gd3+) en tant que codopant garantit une couleur et une luminosité constantes.
• 🌟 Efficacité quantique : Le codopage à l’europium peut augmenter l’efficacité quantique du luminophore YAG:Ce, améliorant ainsi le rendement lumineux.

N’hésitez pas à contacter nos équipes commerciales et R&D pour votre besoin sur mesure de YAG.