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RÉSUMÉ
Les pyrocarbones sont des carbones denses de structure proche de celle du graphite, formée d’un empilement de feuillets graphéniques contenant des défauts 2D, 1D et ponctuels. Ils sont généralement produits à partir de la phase gazeuse, par dépôt chimique. En conséquence, ils ont une nanotexture variable. Dans cet article, les principaux moyens d’élaboration, de caractérisation et de classification structurale et texturale des pyrocarbones sont abordés, ainsi que la relation avec leurs propriétés, qui les amènent à être utilisés dans de nombreuses applications de haute technologie.
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Pyrocarbons are dense carbons the structure of which is close to graphite, i.e. formed by a stacking of graphenic layers containing 2D, 1D or point defects. They are prepared by a gas-phase route like chemical vapor deposition ; accordingly, they have a variable nanotexture. This article describes the processing and characterization techniques, their structural and textural classification, in relation with their properties, which lead them to be used in numerous high-tech applications.
Auteur(s)
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Gérard L. VIGNOLES : Professeur - Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (LCTS), université de Bordeaux, France
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Patrick WEISBECKER † : Ingénieur de recherche - Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (LCTS), CNRS, Bordeaux, France
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Jean-Marc LEYSSALE : Chargé de recherche - Laboratoire ISM de l'université de Bordeaux, Bordeaux, France
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Stéphane JOUANNIGOT : Ingénieur d’études - Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (LCTS), CNRS, Bordeaux, France
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Georges CHOLLON : Chargé de recherche - Laboratoire des composites thermostructuraux (LCTS), CNRS, Bordeaux, France
INTRODUCTION
Les pyrocarbones sont des carbones denses de structure proche de celle du graphite, formée d’un empilement de feuillets graphéniques contenant des défauts 2D, 1D et ponctuels. Ils sont produits à partir de la phase gazeuse, par dépôt chimique. Ils ont une structure et une texture très variables, avec une organisation multi-échelle partant du nanomètre jusqu’au micromètre. Leurs propriétés d’intérêt en dépendent fortement.
L’objectif de cet article est de fournir un ensemble cohérent de connaissances et de techniques permettant de maîtriser la conception et la mise en œuvre de ces matériaux.
Les diverses variantes de leurs procédés de fabrication seront d’abord décrites. Puis leur caractérisation structurale à diverses échelles par de très nombreuses techniques (microscopies optique et électronique, diffraction des rayons X, des neutrons et des électrons, spectroscopie Raman…) sera abordée, menant à une classification, mise en relation avec les conditions de fabrication. On montrera qu’il n’est pas possible de décrire et classifier ces matériaux en utilisant un critère unique, mais qu’au contraire il est nécessaire de disposer d’une description simultanée de la structure (et surtout de ses défauts) et de la texture (c’est-à-dire du degré d’anisotropie). Une modélisation structurale sera présentée pour certains d’entre eux. Enfin, leurs caractérisations physiques, mécaniques et thermiques seront décrites et mises en relation avec leur structure. On montrera l’effet du traitement thermique sur la structure et les propriétés. Les pyrocarbones ont de nombreuses applications, aéronautique, spatiale, énergie, biomatériaux, électrochimie, etc., qui seront décrites en fin d’article.
KEYWORDS
energy | materials characterization | carbon-based materials | aerospace
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2015 par Gérard L. VIGNOLES, Patrick WEISBECKER, Jean-Marc LEYSSALE, Stéphane JOUANNIGOT, Georges CHOLLON
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Procédés de fabrication
La fabrication des pyrocarbones fait intervenir pour l’essentiel le procédé de dépôt chimique à partir de la phase vapeur (DCPV), fréquemment dénommé CVD pour chemical vapor deposition [N 4801] [M1660], dont nous allons voir le principe et les principales variantes d’intérêt, suivies éventuellement d’un traitement thermique à haute température pour obtenir une graphitisation du matériau.
2.1 Dépôt chimique à partir de la phase vapeur (CVD)
Le principe de la CVD du pyrocarbone est l’obtention d’un dépôt de carbone solide à partir du craquage thermique sous atmosphère réductrice de molécules gazeuses sources de l’élément carbone. Dans la pratique, cette source gazeuse est constituée d’hydrocarbures purs ou mélangés, avec une addition éventuelle de dihydrogène et/ou de gaz porteur (argon ou diazote). L’idée est que les molécules réactives issues du craquage peuvent, au contact d’un substrat solide chaud, donner lieu à des phénomènes d’adsorption chimique, suivis d’une incorporation du carbone avec un rejet de sous-produits gazeux, plus riches en hydrogène ...
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Procédés de fabrication
BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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HAUT DE PAGE
[W1 :WAD11-web] WADE Mark (17 novembre 2011)
https://www.astronautix.com/r/rl-10b-2.html (consultée le 8 novembre 2023)
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