M3 Matériaux composites à matrice métallique particulaire (MMC, métaux durs)

Topique

Ce composite à matrice métallique particulaire, dont l'archétype est le carbure de tungstène lié au cobalt, est constitué d'un renfort céramique particulaire noyé dans une matrice métallique ductile. L'ensemble est densifié par frittage en phase liquide. Le fait que ce composite soit densifié par frittage en phase liquide implique que ce modèle réutilise, pour décrire ce procédé, le même mécanisme de densification en phase liquide déjà employé, dans le même but, par un autre modèle de cet ensemble : dans ce composite, le liant métallique fond à la température de frittage et agit comme la phase liquide, mouillant les particules de renfort céramique et permettant la densification du composite de la même manière qu'une céramique se densifierait avec un flux fondu entre ses particules.

Une fois ce composite densifié, c'est le libre parcours moyen du liant — la distance moyenne séparant les particules céramiques voisines à travers le liant métallique — qui détermine la dureté du composite, selon la relation de Lee-Gurland. Un libre parcours moyen plus court du liant, avec des particules de céramique plus rapprochées et moins de liant métallique entre elles, confère au composite une dureté supérieure, car le renfort céramique dur influence davantage son comportement. Inversement, un libre parcours moyen plus long du liant entraîne une dureté moindre, car le liant métallique, plus souple et ductile, joue un rôle prépondérant.

Ce même libre parcours moyen du liant détermine également la ténacité du composite, mais selon une relation empirique inverse à celle qui détermine sa dureté : un libre parcours moyen plus court du liant se traduit par une ténacité moindre, car la quantité de liant métallique ductile disponible pour absorber l’énergie lors de la rupture est réduite. Un libre parcours moyen plus long du liant confère une ténacité supérieure, car une plus grande quantité de liant métallique ductile est disponible pour une même absorption d’énergie. Le fait que ce même paramètre détermine la dureté et la ténacité en sens inverse signifie que toute modification de l’une des deux, par le biais du rapport renfort céramique/liant métallique, se fait toujours au détriment de l’autre.

Par conséquent, ce modèle, grâce à la méthode de frittage en phase liquide utilisée pour son développement, réutilise intégralement le mécanisme de densification déjà décrit par deux modèles différents : l’un portant sur ce même composite et l’autre sur le composite équivalent pour les métaux. Selon Lee-Gurland, le libre parcours moyen du liant est le même paramètre qui détermine à la fois la dureté et la ténacité du composite ; autrement dit, toute modification de l’une de ces deux propriétés se fait nécessairement au détriment de l’autre.

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