Composites céramiques cellulaires à haute résistance avec une microarchitecture 3D

Pour améliorer le rapport résistance/poids d'un matériau, on peut essayer soit d'améliorer la résistance, soit de réduire la densité, ou les deux. Les matériaux solides les plus légers ont une densité dans la gamme de 1 000 kg/m(3) ; seuls les matériaux cellulaires, tels que les mousses techniques, peuvent atteindre des valeurs considérablement plus basses. Cependant, par rapport aux matériaux en vrac correspondants, leur résistance spécifique est généralement significativement inférieure. Les topologies cellulaires peuvent être divisées en celles dominées par la flexion et celles dominées par l'étirement. Les mousses techniques sont structurées de manière aléatoire et se comportent de manière dominée par la flexion, ce qui est moins efficace en termes de poids, par rapport à la résistance, que le comportement dominé par l'étirement, comme dans les structures à cadre régulier. L'os trabéculaire et d'autres solides cellulaires naturels ont une architecture optimisée. Leur matériau de base est structuré de manière hiérarchique et se compose d'éléments de taille nanométrique, offrant un avantage en raison des effets de taille sur la résistance du matériau. Concevoir des matériaux cellulaires avec une microarchitecture spécifique permettrait d'exploiter les avantages structurels des constructions dominées par l'étirement ainsi que les effets de renforcement dépendants de la taille. Dans cet article, nous démontrons que de tels matériaux peuvent être fabriqués. En appliquant la lithographie laser 3D, nous avons produit et caractérisé des structures en micro-truss et en micro-coquilles fabriquées à partir de composite alumine-polymère. Un renforcement dépendant de la taille des coquilles d'alumine a été observé, notamment lorsqu'il est appliqué avec une épaisseur caractéristique inférieure à 100 nm. Les matériaux cellulaires artificiels présentés atteignent des résistances à la compression allant jusqu'à 280 MPa avec des densités bien inférieures à 1 000 kg/m(3).