Densification de composites carbonés par SPS : utilisation de nanofibres de carbone comme agent liant

Des composites à base de carbone présentant une tenue mécanique élevée et de faibles masses volumiques peuvent être élaborés par densification SPS (Spark Plasma Sintering). Ces composites sont réalisés en deux étapes : un précurseur C/C est synthétisé par croissance catalytique CVD de nanofibres de carbone (NFCs) sur une préforme de carbone (feutre ou tissu de graphite), puis le composite obtenu est soumis à un traitement de densification par SPS (frittage à 1750 ◦C sous pression de plusieurs dizaines de kN). La réaction CVD utilise des nanoparticules de métaux de transition comme catalyseurs et de l’éthane (C2H6) comme source de carbone. Cette voie de synthèse permet de conserver la mise en forme macroscopique et de rigidifier la structure du précurseur par le biais des nombreuses jonctions créées pendant la formation des NFCs. Une préforme composite C/C est ainsi obtenue et découpée en pastilles pour subir le traitement SPS. Le frittage peut être précédé d’une étape d’infiltration de résine phénolique afin de réaliser des composites C/C/C : cette étape permet de densifier les composites en adjoignant une matrice de carbone par la décomposition de la résine, ce qui favorise la cohésion de l’ensemble. La présence d’éléments de taille nanoscopique permet d’un côté d’améliorer la résistance mécanique en augmentant le transfert de charge, et d’un autre côté de faciliter le frittage et l’infiltration de la résine dans le composite.