12/01/2011 - Développent un nouveau verre métallique de résistance maximale

Menéame

Sa force est supérieure à celle de tout autre matériau connu. Un groupe d’ingénieurs et de chercheurs du Department of Energy des États-Unis, du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l’Institut californien de technologie ont développé une nouvelle typologie de verre métallique qui dépasse en force et en résistance tous les matériaux de ce type qui ont été produits jusqu'à présent. Des versions améliorées de ce matériel sont également en cours de développement. Pour Pablo Javier Piacente.

Ce nouveau verre métallique offre une résistance maximale, une force et une tolérance aux dommages. Image: Robert Ritchie et Marios Demetriou. Un nouveau type de verre, qui pourrait être plus fort et plus résistant que l’acier, a été développé par des ingénieurs et des scientifiques américains. Ce nouveau type de verre métallique tolère d’importants dommages, atteignant des indicateurs de force et de résistance qui dépassent tous les matériaux connus. En même temps, le développement continue d’être optimisé pour obtenir de nouvelles versions encore plus résistantes de ce verre métallique.

Selon Robert Ritchie, spécialiste en sciences des matériaux et leader de la recherche pour le Lawrence Berkeley National Laboratory, les résultats obtenus marquent le succès d’une nouvelle stratégie pour la fabrication de verre métallique, dans le cadre d’un scénario ouvert vers l’avenir pour rendre ce verre encore plus fort et durable.

La grande innovation que suppose le nouveau verre métallique est l’incorporation de palladium, un métal avec une grande rigidité et d’excellentes conditions de résistance, qui permet de contrer la fragilité intrinsèque des matériaux vitrés. La recherche qui a conduit à ce développement a été récemment décrite dans un article de la revue spécialisée Nature Materials.

En outre, le travail réalisé par une équipe d’ingénieurs et de chercheurs du Department of Energy, du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l’Institut californien de technologie des États-Unis a été diffusé par un communiqué de presse du Berkeley Lab et par un article du média spécialisé Science Daily.

L’une des conditions les plus importantes du nouveau verre métallique est qu’en se soumettant à différentes conditions de stress il réagit avec une importante plasticité. En conséquence, elle se double, mais ne se casse pas. Robert Ritchie a travaillé avec Marios Demetriou, Launey Maximilien, Garrett Glenn, Joseph Schramm, Hofmann Douglas et William Johnson, entre autres chercheurs des différents centres impliqués.

D’autre part, l’une des matières en suspens dans les recherches précédentes qui ont travaillé pour développer ce type de verre métallique était la propagation des fissures dans le matériau face à différentes circonstances. Dans ce nouveau travail, la création d’un matériau en verre pur a permis de surmonter cet inconvénient.

En d’autres termes, la composition chimique développée agit pour augmenter la plasticité du matériau, empêchant la formation de fissures. L’ajout du palladium offre à ce matériau une capacité inhabituelle de résistance, permettant une protection optimale contre les fissures.

De plus, ces caractéristiques favorisent une résistance à la fracture comparable à celle obtenue dans les matériaux les plus résistants connus jusqu'à présent. La combinaison étrange de dureté, de résistance et de tolérance aux dommages obtenus dans ces nouveaux verres métalliques s’étend au-delà des gammes de référence établies pour les matériaux les plus résistants et les plus robustes que l’on puisse trouver aujourd'hui.

Prochaines étapes

Selon Ritchie, le prochain défi de l’équipe de chercheurs est d’essayer d’élargir cette approche basée sur la plasticité maximale des verres métalliques, ce qui permet leur plus grande résistance, à travers différents changements dans la composition. Par exemple, un nouveau mélange comprend le silicium, le phosphore et le germanium.

Les premiers résultats de cette nouvelle composition ont permis d’augmenter l’épaisseur des tiges de verre produites d’environ un millimètre de diamètre jusqu'à six millimètres. La taille du verre métallique est limitée par le besoin de refroidissement rapide, mais les progrès sur ce point ont été considérés comme très importants.

Le nouveau verre métallique a été fabriqué par Marios Demetriou à Cal Tech, tandis que la caractérisation et l’essai ont été réalisés sur le Berkeley Lab par le groupe conduit par Ritchie. Ce travail a été financé par le Department of Energy des États-Unis et la National Science Foundation.

Il convient de souligner que, bien que traditionnellement force et résistance aient été considérées comme des propriétés exclusives dans les matériaux, sans qu’elles soient présentées simultanément dans des degrés similaires, le nouveau verre métallique les intègre avec la même efficacité. La recherche a ainsi réussi à dépasser les limites de la tolérance aux dommages qui peuvent être réalisables dans un métal structurel.

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