H/F Thèse : Composites Ultra-Réfractaires Multi-Architecturés par Robocasting-Frittage rapide: approche

Sujet de thèse :
Ce projet de thèse explore la fabrication de composites ultra-réfractaires à base de ZrB2, combinant robocasting à haute vitesse et frittage rapide à très haute température. Le système ZrB2-SiC-B4C est étudié pour réduire les températures de frittage tout en optimisant les propriétés mécaniques grâce à des architectures micro/macro-structurées. Le ZrB2-SiC peut être fritté à 2000°C, tandis que le ZrB2-B4C nécessite des températures plus élevées (2200°C) mais avec moins d’additifs (inférieur à 5%), compatibles avec un frittage ultra-rapide (UHS). Le système ZrB2-SiC-B4C permet de réduire encore la température de frittage tout en conservant des propriétés mécaniques et thermiques optimisées.
L’Axe 1 se concentre sur le robocasting à très haute vitesse pour former des pièces et concevoir des microstructures internes, telles que des structures lattice à matrice ZrB2 chargée en additifs. L’objectif est de maîtriser la distribution des phases et d’optimiser les propriétés mécaniques via des motifs d’additifs orientés par impression.
L’Axe 2 étudie le frittage sans pression à 2200°C, en minimisant le phénomène de coarsening qui limite les performances des matériaux. Cet axe repose sur des études de frittage par dilatométrie haute température et par frittage ultra-rapide en four P-SPS. L’objectif est d’identifier des formulations d’additifs réduisant la température de frittage et maximisant les propriétés mécaniques, notamment via des macro-modèles imprimés.
Enfin, l’Axe 3 de modélisation par IA soutient les deux premiers axes : (1) des modèles de type processus gaussiens pour optimiser les formulations et les comportements rhéologiques, et (2) des approches d’« inverse learning » développées en laboratoire pour extraire les paramètres de frittage à partir de courbes dilatométriques et les intégrer dans des simulations FEM de pièces complexes. D’autres modèles d’IA peuvent également être utilisés pour simuler les structures internes et les motifs architecturés.

Contexte :
Le/la doctorant(e) mènera essentiellement un travail d'exploration du système ZrB2-B4C-SiC, de formulation de suspensions imprimables en 3D et d'analyse fondamentale des mécanismes de frittage à 2200 °C avec un objectif d'optimisation des propriétés. La valorisation se fera exclusivement par des publications scientifiques et des brevets si une composition architecturée exceptionnelle est identifiée. L'objectif est de démontrer que l'impression rapide et le frittage de composites multi-architecturés sont possibles.