Projet ANR-11-BS09-0020 – MF2 : Mécanismes de Frittage Flash dans les matériaux métalliques
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés, énergie (Blanc SIMI 9) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Alain COURET (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS) - DELEGATION REGIONALE MIDI-PYRENEES)
Partenaires : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne; Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales; Matériaux : Ingénierie et Science; Grenoble INP
Montant : 649896.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Malgré l’engouement suscité au niveau mondial par la technique de frittage flash (communément appelée Spark Plasma Sintering, SPS), les mécanismes physiques à l’origine des performances étonnantes de ce procédé sont encore très largement méconnus. Le principe du SPS est d’appliquer simultanément à une poudre un courant pulsé de forte intensité et une pression uniaxiale. Ce procédé permet la densification de poudres et matériaux à des vitesses généralement 10 à 100 fois plus élevées que celles des techniques de frittage traditionnelles. Il permet la synthèse de matériaux massifs innovants et originaux, à microstructures contrôlées, et ce, pour des coûts modérés. 
Quels sont les mécanismes physiques activés durant le frittage SPS ?
Pourquoi le SPS est-il si rapide ?
Quel est le rôle intrinsèque du courant sur ces mécanismes ?
Par une démarche de recherche fondamentale, le but de ce projet est donc de comprendre l’effet du courant et d’expliquer pourquoi le SPS est si rapide et si efficace en comparaison des techniques conventionnelles (frittage naturel ou frittage sous charge). L’accent sera mis sur les trois étapes essentielles du frittage : la formation des ponts entre les particules, le grossissement de ces particules et la densification. On s’intéressera aux divers processus mentionnés dans la littérature, formation de plasma ou d’arcs électriques et transport de masse (diffusion, électro-migration) mais aussi aux mécanismes métallurgiques : plasticité, électro-plasticité, recristallisation. 
Notre objectif ultime est d’aller plus loin dans la compréhension des phénomènes associés à la technologie SPS afin d’en maîtriser les étapes déterminantes et ainsi de permettre son utilisation industrielle. Ces acquis seront appliqués pour la fabrication de matériaux d’intérêt industriel : les alliages intermétalliques de type TiAl, en particulier dans le but de fabriquer des matériaux pour aubes de turbine, ainsi que du nickel que l’on souhaite densifier dans un état nanostructuré, et ce, pour des échantillons de plus grandes dimensions.
Nous travaillerons sur deux systèmes de structure CFC ou apparentée : CuNi et TiAl. La plupart des travaux seront menés sur les métaux purs Ni et Cu et les alliages (CuNi et TiAl) seront étudiés pour des points particuliers lorsque cela sera nécessaire. Pour des raisons de charge de travail, ce projet est restreint à l’étude des matériaux métalliques et ne prévoit pas d’étude systématique des paramètres « machines ».
Le projet est construit sur :
• La comparaison de matériaux produits par SPS avec ceux fabriqués à partir des techniques conventionnelles dans des conditions de synthèses identiques (température, pression, …),
• La comparaison d’échantillons SPS traversés par le courant avec des échantillons SPS isolés électriquement. De plus, il est envisagé de modifier la nature du courant en modifiant le train de pulses,
• La mise en œuvre d’essais SPS interrompus, prolongés ou réalisés dans des conditions extrêmes en vue de suivre à chaque étape du frittage les évolutions structurales et microstructurales,
• La réalisation d’expériences modèles pour étudier les mécanismes mis en jeu,
• La caractérisation à diverses échelles des phénomènes et des mécanismes,
• Le soutien des études expérimentales par des simulations aux éléments finis. 
Le consortium construit pour ce projet possède tous les moyens de synthèses et de caractérisations nécessaires à sa réalisation et affiche une expérience et des compétences dans les domaines scientifiques concernés reconnus tant au niveau national qu’international.