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O.R.4 | Elaboration and Transformation of Materials under High Pressure


Responsable d’O.R. / Head : Vladimir L. SOLOZHENKO
 


 

 


 

DESCRIPTIF

 

Dans le domaine des hautes pressions (HP), on distingue les HP solides des HP fluides par la nature du milieu transmetteur de pression assurant l’hydrostaticité des contraintes ; en l’occurrence, les activités haute pression - haute température (HP-HT) et haute pression - grandes déformations (HP-GD) sur lesquelles reposent les principaux objectifs scientifiques de l’O.R.4 relèvent respectivement de chacune de ces catégories.

 

  • HP-HT | Synthèse de nouvelles phases dans le système B–C–N–O–X

    Cette activité de recherche fondamentale concerne les relations de phase et les interactions chimiques dans les sous-systèmes binaires et ternaires du système B–C–N–O–X (où X = P, Si, S ou Se p. ex.) à haute pression et haute température. L’utilisation de divers dispositifs HP à grand volume et de cellules à enclumes de diamant et chauffage laser, combinée à des techniques de caractérisation in situ (diffraction des rayons X en rayonnement synchrotron et mesures de résistivité électrique), ouvre de larges possibilités d’étude des aspects thermodynamiques et cinétiques ainsi que des mécanismes de formation de nouvelles phases binaires et ternaires dans les systèmes contenant des éléments légers jusqu’à des pressions de 50 GPa et des températures de 4000 K. Une attention particulière est accordée aux nouvelles phases ultradures, réfractaires, supraconductrices ou à haute densité d’énergie dont les propriétés et la stabilité thermique présentent une importance technologique. La possibilité de synthétiser de nouveaux nanomatériaux massifs ultradurs est aussi explorée. Un large réseau international et un accès privilégié aux grands équipements expérimentaux de pointe (dont les sources de rayonnement synchrotron de troisième génération ESRF, PETRA III et SPring-8) permettent de mener une recherche d’avant-garde sous conditions de pression et de température extrêmes et de faire ainsi la lumière sur les facteurs responsables de la formation de phases composées d’éléments légers (en particulier celles riches en bore) qui est d’une importance capitale pour la chimie sous haute pression et la science des matériaux. Ce thème de recherche a notamment été soutenu par le programme européen de recherche et d’innovation Horizon 2020 au titre du projet Flintstone2020.

    Mise en œuvre de la presse multi-enclumes 20 GPa 2200 °C (vidéo du Labex SEAM)

     

  • HP-GD | Transformation et caractérisation sous pression de matériaux

    Ce thème de recherche s’appuie sur un ensemble d’équipements HP fluides spécifiques (20 kbar c.-à-d. 2 GPa) : extrusion hydrostatique différentielle (unique en Europe), compaction isostatique à froid (CIP) et traction/compression uniaxiales hydrostatiquement confinées (unique en Europe), ce qui a permis de lever des verrous technologiques en matière d’orientation des grains de céramiques supraconductrices à haute température critique et de densification complète de nanomatériaux élaborés par métallurgie des poudres (cf. plaquette ci-dessous). Se fondant sur leurs compétences croisées en métallurgie, il est actuellement essentiellement développé en étroite collaboration inter-axes avec l’O.R. 2MP de l’axe MÉCAMÉTA à laquelle nous renvoyons le lecteur. L’O.R.4 collabore notamment à ce titre avec l’entreprise Thiot Ingénierie experte en physique des chocs.

    Mise en forme de supraconducteurs HTc et de nanomatériaux (pdf)

 

L’O.R.4 est active au sein du Réseau de technologie des hautes pressions de la Mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaires du CNRS. En outre, ses ressources HP fluides ont été constituées en plateforme (infrastructure partagée de recherche dotée de son propre comité de pilotage) où elles ont été augmentées d’un simulateur thermomécanique Gleeble 3500, d’une nouvelle presse de compaction isostatique à chaud (HIP 4000 bar 1450 °C Nova Swiss) et d’un appareil de mesure de contraintes résiduelles INEL X-solo tous acquis au titre du projet SESAME 2013 CARAMÉL (projet de l’Université Sorbonne Paris Nord pour la caractérisation de matériaux et leur élaboration) dont la plateforme reprend le nom depuis son inauguration officielle en octobre 2017 à l’occasion des Journées nationales sur le frittage par courant pulsé. Comme attendu, l’ensemble constitué « sur la base de l’existant et [de ce] projet [du dispositif de la région Île-de-France pour l’acquisition d’équipements mi-lourds] » et bénéficiant du soutien technique des services HPEM et DRX du LSPM est unique dans le domaine de la métallurgie physique et mécanique et complémentaire des plateformes présentes au sein des autres réseaux franciliens dont celui de la fédération F2M-msp du CNRS et des Arts et Métiers.

Journées nationales sur le frittage par courant pulsé (SPS 2017)

 

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FAITS MARQUANTS

 

Synthèse de nouvelles phases dans le système B–C–N–O–X

Comparée à α-B₁₂, la phase γ-B₂₈ présente deux sous-réseaux de charge opposée

 

Oganov AR, et al. Ionic high-pressure form of elemental boron. Nature 457 (2009) 863-7

Cherednichenko KA, et al. Discovery of new boron-rich chalcogenides: orthorhombic B₆X (X=S, Se). Sci. Rep. 10 (2020) 9277

Solozhenko VL, Bushlya V, Zhou J. Mechanical properties of ultra-hard nanocrystalline cubic boron nitride. J. Appl. Phys. 126 (2019) 075107 (article faisant la couverture du journal)

Solozhenko VL, et al. Ultimate Metastable Solubility of Boron in Diamond: Synthesis of Superhard Diamondlike BC₅. Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 015506

Solozhenko VL, et al. Synthesis of superhard cubic BC₂N. Appl. Phys. Lett. 78 (2001) 1385-7

 
 

Densification complète de nanomatériaux en métallurgie des poudres

Étape de densification ultime par ’extrusion douce’ (faible différentiel mais haute pression aval)

 

Champion Y, et al. Fabrication of bulk nanostructured materials from metallic nanopowders: structure and mechanical behaviour. Scripta Mater. 44 (2001) 1609-13

Champion Y, et al. Near-Perfect Elastoplasticity in Pure Nanocrystalline Copper. Science 300 (2003) 310-1

 
 

Orientation des grains de céramiques supraconductrices HTc

Texturation sous cycles répétés de compression uniaxiale confinée hydrostatiquement

 

Nhien S, Langlois P. Quantitative analysis of grain alignment in ceramic Bi-2223 superconductor powder by pressure-assisted compression. Physica C 281 (1997) 129-34

Grynszpan RI, et al. Texture effect on vortex‐state TF‐μ⁺SR in Bi‐2223 high‐Tc materials. Hyperfine Interact. 105 (1997) 95-100

 
 

Publication du Réseau de technologie des hautes pressions

L’ouvrage Matériaux et joints d’étanchéité pour les hautes pressions, conçu en collaboration entre le LIMHP Villetaneuse et l’une des équipes HP du LPCM Meudon (par la suite intégrées au LSPM) à l’occasion de la première action nationale de formation du réseau HP (cette action a elle-même été renouvelée quatre fois entre 2000 et 2013), a été réédité deux fois.
 
1998 | Éditions Lavoisier – Collection Technique & documentation
2004 | Publications de l’Université de Saint-Étienne – Collection Intégrations
2011 | Publications de la Mission ressources et compétences technologiques (CNRS)

L’ouvrage, maintenant épuisé, est déposé sur le portail d’archives ouvertes multidisciplinaire HAL du Centre pour la communication scientifique directe du CNRS.

 
 

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