Élaboration de carbure de silicium par Spark Plasma Sintering pour des applications en protection balistique

Le developpement de protections balistiques toujours plus legeres et performantes reste un sujet de recherche tres actif. Malgre de tres hautes performances, la difficulte de mise en forme du SiC conduit generalement a l’utilisation d’aides au frittage en quantite importante, favorisant la formation de phases secondaires pouvant fragiliser le materiau. De plus, les hautes temperatures de mise en forme induisent la presence de phase α, conferant au materiau des proprietes mecaniques anisotropes et inferieures a celles de la phase cubique β.Dans ces travaux de these, l’objectif a ete d’elaborer un materiau SiC cubique de tres haute purete, avec une densite de 100% et une stœchiometrie Si/C ideale afin d’optimiser les performances de cette ceramique. Deux types de precurseurs ont ete envisages : une poudre commerciale et une poudre issue de la conversion d’un precurseur polymere preceramique.Dans un premier temps, une etude parametrique de frittage par SPS a permis d’atteindre des densites de 95% pour les 2 precurseurs, tout en conservant la phase cubique seule. Ces resultats, bien qu’encourageants mais n’etant pas suffisants pour l’application visee, l’etude s’est tournee vers l’ajout d’aides au frittage. Des densites de 100% ont ainsi ete obtenues sur des echantillons prepares a partir de poudre commerciale, meme pour de tres faibles teneurs en additif. Un second aspect de ces travaux a permis de mettre en evidence une dependance de la temperature de transition β -> α du SiC vis-a-vis de la pression de frittage mais egalement vis-a-vis du type de precurseur, l’utilisation du precurseur polymere etant plus favorable a la stabilite de la structure cubique. Enfin des mesures de durete ont ete realisees sur les meilleurs echantillons et ont permis de souligner le role preponderant de la densite sur cette propriete.