Le défi pour les composites oxyde/oxyde est de fournir une alternative aux composites SiC/SiC dans le but de diminuer le coût de fabrication et d'améliorer la stabilité thermique sous air à haute température. Les composites oxyde/oxyde sont constitués d’une matrice poreuse d’alumine qui est renforcée par des fibres de même nature. L’obtention d’un taux de porosité contrôlé à l’issue de l’élaboration permet de dissiper l’énergie associée à la propagation des fissures au-delà de la limite à rupture de la matrice.

Les céramiques oxydes préparées par solidification dirigée présentent les mêmes avantages que les céramiques frittées, ainsi que d’autres potentialités : une résistance à la rupture plus élevée et constante jusqu’à des températures proches du point de fusion et une meilleure résistance au fluage. L’élaboration à des compositions eutectiques conduit à des microstructures tridimensionnelles interconnectées de phases eutectiques monocristallines.

L'un des défis technologiques et économiques du début du XXIè siècle intéressant les motoristes concerne le développement de nouveaux systèmes barrières thermiques opérationnels à très haute température et/ou sur de très longues durées (applications pour l'aviation civile par exemple).

Les siliciures de métaux réfractaires et les céramiques à base de nitrure combinent deux propriétés qui peuvent conduire à des réductions substantielles dans la consommation de carburant d'aéronefs : comparés aux superalliages à base de nickel les plus avancés utilisés actuellement dans les turbines aéronautiques, ils peuvent résister à des températures plus élevées et présenter des masses volumiques plus faibles.

Le numéro 3 d’Aerospace Lab traite des matériaux haute température. L’Onera a été à la pointe des recherches et développements consacrés à cette classe de matériaux depuis près d’une cinquantaine d’années, en particulier pour les applications concernant les moteurs aéronautiques. Un certain nombre de nouveaux matériaux et de procédés ont été inventés depuis le milieu des années soixante, et des recherches de pointe ont été menées pendant toutes ces années sur le sujet.

Cet article passe en revue les efforts de l’ONERA portant sur la conception de nouveaux alliages à base de TiAl, sur le développement d’une filière commercialement viable pour la fabrication de pièces de moteurs aéronautiques et sur l’optimisation des propriétés mécaniques. L’alliage G4, qui a été développé avec une microstructure duplex, possède un excellent compromis de propriétés pour des applications turbomachine jusqu’à 800°C.

Des travaux récemment réalisés à l'ONERA sur des superalliages à base de nickel pour disques sont présentés. Dans la première partie, les caractéristiques des disques ainsi que les voies métallurgiques utilisées pour produire ces pièces spécifiques des moteurs aéronautiques sont passées en revue. Deux programmes de développement d'alliages conduits pour répondre aux besoins des partenaires industriels sont ensuite détaillés.

Les barrières thermiques sont utilisées pour protéger les parties les plus chaudes des turbines à gaz. Elles sont constituées d'un revêtement de céramique poreuse, déposé sur une couche de liaison métallique alumino-formeuse, elle-même déposée sur un substrat en superalliage à base de nickel. Ces systèmes multicouches ont pour fonction de prolonger la durée de vie des pièces et/ou d'augmenter la température des gaz, et donc le rendement du moteur.

De plus en plus d’applications, comme les futurs avions hypersoniques, les véhicules de rentrée atmosphérique ou les prochains systèmes de propulsion, nécessitent l’utilisation de matériaux résistants aux atmosphères oxydantes, voire corrosives, à des températures supérieures à 2000°C et parfois pour des temps de fonctionnement importants. Les céramiques très hautes températures, plus connues sous le nom d’UHTC, sont d’excellents candidats potentiels pour assurer ces missions.

Des travaux récents de développement d’alliages pour aubes monocristallines de turbine à gaz conduits avec succès à l’Onera ont abouti à l’identification de superalliages à base de nickel spécifiquement adaptés à des applications à haute température dans des moteurs aéronautiques ou dans des turbines à gaz terrestres à environnement hautement corrosif.