1. Isaac Durocher
Kolani Paraiso
Félix Renou
Matériaux et Structures Simples (HLME302)
II. Classes de matériaux
Mini-Projet de groupe : étude d'une question spécifique
Les composites à matrice métallique

2. Composite à matrice métallique => deux éléments réunis :
• une matrice métallique
• un renfort métallique ou céramique (fils d’acier, particules de carbure de silicium (SiC), fibres de
carbone, alumine…)
Les composites à matrice métallique ayant de la céramique comme renfort sont appelés cermets.
Deux familles de CMM existent:
CMMp - composites à matrice métallique renforcés par des particules
CMMf - composites à matrice métalliques renforcés par des fibres
Définition/Description

3. La figure de droite illustre une des fibres à
monofilament, le coeur en noir est le carbure
de silicium entouré de bore.
Vue de coupe qui permet
d'observer la disposition des fibres
dans la matrice métallique.

4. ❏ Meilleures tenues en température => reculer les limites d’utilisation en environnements
moteurs ou structures hypersoniques ;
❏ Meilleures propriétés mécaniques intrinsèques de la matrice => renfort localisé ou
unidirectionnel ;
❏ Meilleures tenues au vieillissement et au feu ;
❏ Meilleure étanchéité aux gaz (herméticité);
❏ Ductilité élevée de la matrice métallique
(comparée aux matrices résines thermodurcissables);
❏ Les CMM sont limités par une masse plus élevée ;
❏ Un prix plus élevé.
Propriétés (avantages & inconvénients)
en comparaison avec les composites à matrice organique

5. Propriétés
Rentabilité technologique (et économique)
le composite doit rester suffisamment léger
utiliser un métal léger pour la matrice: l’aluminium et ses alliages
privilégiés comme matrice de composites pour les transports et les
pièces en mouvement suivis du magnésium et du titane, ainsi que
leurs alliages respectifs.

6. Pour le compromis entre ténacité et rigidité des renforts :
Les CMM ont des caracteristiques intéressantes par rapport à
l'alliage seul, surtout au delà de 200 °C
● L'application leader : la résistance à l'usure aussi bien en
abrasion, en érosion qu'en frottement
● module d'Young et limite d'élasticité (Rp0.2) plus élevé de 10 à
15 % que ceux des alliages d'aluminium
Propriétés

7. Mise en forme
=> Assurer une bonne cohésion aux interfaces entre matrice et renfort, sans dégrader ce dernier et avoir
simultanément :
❏ Une fabrication avec la matrice en phase liquide ou semi-solide pour assurer une fluidité suffisante
pendant l'imprégnation des renforts
❏ Une température de fusion de la matrice peu élevée, comme c'est le cas de l'aluminium, pour ne pas
détériorer les renforts et éviter toute réaction entre la matrice et les renforts.
=> Fabrication relativement complexe

8. 2 types de mise en solution : état solide et état liquide
❏ Procédés en phase liquide
Plusieurs procédés existent:
● « Stir casting » : réalisé sous vide, mélange mécaniquement les
fibres courtes ou les particules à la matrice.
La figure 3 : Stir casting avec le métal en fusion, le renforcement
injecté et le bras du mélangeur.
● « Slurry casting » : similaire au procédé précédent, mais
mélange proche de la température de fusion, en ayant 50% du
volume du mélange à l’état solide.
But : aider à l'homogénéiser et diminuer les amas de particules.
Figure 3-
Schéma de « Stir casting »

9. ● « Squeeze Casting » : applique une pression importante sur le métal en
fusion afin de réduire les porosités. Métal pressurisé vers une préforme de
fibres continue ou discontinue.
Ce procédé est connu comme étant le plus économique.
Figure 4- Schéma de « Squeeze Casting »
Les étapes sont les suivantes :
•dépôt des fibres dans le moule ;
•fermeture du moule ;
•préchauffe du moule fermé ;
•injection de la matrice (métal fondu) ;
•compactage sous une presse jusqu'à solidification.

10. ● Procédés à phase solide
=> Métallurgie des poudres appliquée.
Consolidation du mélange contenant un agent liant à l’aide d’une pression et température
élevée.
=> Avantages du procédé : Obtenir des pièces avec une bonne homogénéité et faible en
porosité.
=> Limites du procédé :
_production de pièces de petites tailles, pour des raisons de taille de presse. Pas de
métal en fusion produit.
_Méthode laborieuse, couteuse et dangereuse pour la santé humaine du fait de l’
utilisation de poudre.

11. Utilisation
=> Industries aérospatial,aéronautique,automobile, électronique
Exemples d’application :
❏ les fuselages des navettes spatiales,
❏ les gaines de cylindres des moteurs (tribologie)
❏ les parois des cavités des pistons (tribologie)
❏ les disques de frein (tribologie)
❏ les produits sportifs
❏ les dissipateurs de chaleur en électronique.

12. ❏ Utilisation pour les pistons moteurs (soumis à des chaleurs intenses) :
Diminution de l'expansion thermique par les CMM et meilleure résistance à la chaleur qu'un
simple aluminium de fonderie
❏ Utilisation pour les disques de frein en composites (contenant souvent de l’aluminium) :
Freins chauffés lors du freinage => doivent résister autant à la chaleur qu’aux frottements. Le
composite permet d'alléger le poids du disque
Tambours et disque de de freins de
poids lourds en CMM
Relation entre propriété et application

13. ❏ Fabrication de vélos de haute performances depuis les années 1990 :
Technologie des composites à matrice métallique utilisée dans le but de diminuer le
poids par rapport à l'aluminium

14. Merci pour votre attention...