Newsletter N°31 - L’alliance de la céramique et du diamant

Les chercheurs de quatre instituts Fraunhofer et plusieurs industriels allemands ont mis au point un matériau composite alliant grande résistance du diamant et la faible friction de la céramique.

Pour les mécaniciens comme pour les amateurs (-trices) de bijoux, le diamant a quelque chose de magique et d’envoutant : il est extrêmement dur, conduit la chaleur et ne souffre pratiquement pas des attaques chimiques. Moins glamours, les céramiques, en particulier les céramiques hautes-performances, les séduisent aussi : elles sont très robustes et supportent de très hautes températures.

Pourquoi se contenter de l’un ou de l’autre ? C’est ce que se sont demandés les chercheurs de quatre instituts Fraunhofer. Avec l’aide de plusieurs industriels allemands (EagleBurgmann, Ceram Tec, Condias, Drahtwerk Elisental, Drahtzug Stein, H.C. Starck Ceramics  et KSB), ils ont donc décidé de marier les deux et de créer un nouveau composite : Diacer, une céramique revêtue de diamant. L’intérêt ? Ce matériau garde le meilleur des deux composants : il offre une haute résistance à l’abrasion et présente un faible niveau de friction.

Diacer est composé d’un nitrure de silicium, modifié par l’Institut Fraunhofer IKTS (spécialisé dans les céramiques) pour être revêtu. Leur objectif était simple : trouver le moyen d’assurer l’adhérence du diamant sur la céramique. Pour cela, les chercheurs de Dresde ont bénéficié de l’aide de leurs collègues de Fribourg (Allemagne), du Fraunhofer IWM spécialisé sur les matériaux, qui ont réalisé plusieurs simulations, et d’autres des instituts IPK (production et construction) et IST (surfaces et films fins), à Berlin et Braunschweig, qui ont travaillé sur le revêtement.

Le processus mis au point par les Allemands consiste à placer les composants et les outils  dans un réacteur sous vide pour qu’ils subissent un dépôt de vapeur chimique (CVD). Ensuite, l’atmosphère est chargée en méthane et en hydrogène et chauffée à l’aide de fils portés au rouge, placés à quelques centimètres seulement de la pièce à traiter. L’activation des gaz provoque le dépôt de carbone sur la pièce. « Notre procédé permet de revêtir une surface d’un quart de mètre carré », assurent les chercheurs.

Dans des pompes utilisées dans des conditions critiques, pour le transport de sable, d’huiles et de mélanges abrasifs, EagleBurgmann a amélioré la longévité de ses pompes d’un rapport 4 à 1000 en utilisant le Diacer. Des essais concluants ont également été réalisés par Elisental sur des filières capables, après revêtement, de produire plus de fils qu’à l’accoutumé. Et bien d’autres applications sont envisageables, notamment « pour tous les composants de machines de construction qui doivent présenter une grande résistance à l’usure », commentent les chercheurs allemands.