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Submitted on 10 Mar 2016
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De la “ chimie click ” à la céramique : un procédé original pour synthétiser des matériaux composites
multiéléments SiC-ZrC
Fabien Bouzat, Romain Lucas, Y Leconte, Sylvie Foucaud, Alexandre Maitre
To cite this version:
Fabien Bouzat, Romain Lucas, Y Leconte, Sylvie Foucaud, Alexandre Maitre. De la “ chimie click ” à la céramique : un procédé original pour synthétiser des matériaux composites multiéléments SiC-ZrC. Journée jeunes chercheurs de la section régionale Centre-Ouest, Dec 2012, Poitiers, France. 2012. �hal-01284024�
De la « chimie click » à la céramique : un procédé original pour
synthétiser des matériaux composites multiéléments SiC-ZrC
F. Bouzat
1, R. Lucas
1, Y. Leconte
2, S. Foucaud
1, A. Maitre
11 : Laboratoire Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface – UMR CNRS 7315
Université de Limoges – Centre Européen de la Céramique, 12 Rue Atlantis, F-87068 Limoges Cedex - France 2 : DSM/IRAMIS/SPAM/LFP, Groupes édifices nanométriques
CEA Saclay – Bat, 522 – Pièce 212, 91191 Gif sur Yvette - France
UMR CNRS 7315
L’objectif de notre travail est d’élaborer des composites ultra-réfractaires ZrC-SiC à partir de poudres multiéléments Si/Zr/C. La voie de synthèse envisagée dans cette étude
consiste à réaliser un précurseur polymérique organométallique contenant les éléments silicium et zirconium dans une même structure. Ce mode d’élaboration est utilisé en vue
d’obtenir une bonne homogénéité microstructurale en termes de composition chimique du matériau final. L’un des points clés de notre démarche est l’utilisation d’une réaction de « chimie click », la cycloaddition 1,3-dipolaire entre un azoture et un alcyne terminal, catalysée par le cuivre (« CuAAC »). A partir de monomères originaux, la synthèse de
polycarbosilanes précurseurs de C/SiC a été réalisée dans un premier temps. L’élément Zr a ensuite été introduit dans le système réactionnel pour préparer un
polyzirconocarbosilane précurseur des phases SiC et ZrC.
Synthèse des polymères
Elaboration des matériaux
Comportement thermique des polymères
Pyrolyse en four tubulaire :
Rampe (10°C/min) jusqu’à 1400°C (1h) sous argon.
Thermogravimétrie :
Rendement céramique à 1000°C
De P1 à M1 : 49%m. De P2 à M2 : 54%m. De P3 à M3 : 37%m.
Produit stable à partir de1000°C
Identification des phases
Elaboration des composites : • M1 α-SiC et C
• M2 α-SiC et C • M3 ZrC et α-SiC
Contrôle de la composition ZrC-SiC pour le matériau
M3 obtenu après pyrolyse
du polymère P3 à 1400°C
Micrographie MEB – M3
Incorporation par méthode
« One Pot » de Zr dans la réaction similaire à la synthèse de P2
• Amélioration des conditions de synthèse afin d’avoir un meilleur contrôle sur la composition du composite final
• Caractérisation des propriétés physiques des polymères synthétisés (Rhéométrie)
• Analyses élémentaires et spectroscopie de RMN du 29Si des polymères
• Synthèse de nanopoudres par spray pyrolyse laser
Perspectives
Synthèse des monomères fonctionnalisés
Objectif : Synthèse de polymères multiéléments via la réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire « CuAAC » :
Synthèse du bis(azidométhyl)diméthylsilane 1 :
Synthèse de la di- et tripropargylamine 2 :
ρ = 100%
ρ = 83%
%di- (x=1) = 22% %tri- (x=0) = 78%
Synthèse des polymères
Synthèse d’un polymère P1 linéaire, et d’un polymère P2 branché, multiéléments Si, C, N : ρ = 84% ρ = 92% ρ = 66% 0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 P er te d e mas se % Température (°C) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 200 400 600 800 1000 P er te d e mas se % Température (°C) P3 P2 P1
Les structures des produits organiques ont été caractérisées par spectroscopie
IR, de RMN 1H, 13C 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Int ensit é (U.A ) Angle-2θ (°) M3 M2 M1
1 : Carbone graphite (Fiche JCPDS n° 01-073-5918) 2 : SiC-alpha (Fiche JCPDS n° 04-010-5698)
3 : CuxSi1-x (Fiche JCPDS n° 00-051-0915 et n° 04-014-4309) 4 : ZrC (Fiche JCPDS n° 04-001-2753)
4* : ZrC (Fiche JCPDS n° 04-001-2753) Raie W LA1
2 1 1 - 3 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 1 - 3 1 2 2 2 2 3 3 3 2 2 4 4 4 4 4 4 4* 4* 4* 2 2 3 3 3 3 2 2 Azoture N R 1 N+ N R2 N N N R2 R1 1 4 - Cu (I) Triazole
Alcyne terminal 1,4-régioisomère
Synthèse d’un polymère P3 multiélément précurseur de Si, Zr, C, N :
Analyse EDAX
Composition chimique des agrégats identique à celle
identifiée lors de l’analyse