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Brevets et licences

Un procédé innovant pour des céramiques de hautes performances transparentes aux infra-rouges

Des chercheurs de l’Institut des sciences chimiques de Rennes1 ont mis au point un procédé,  moins coûteux que les procédés actuellement utilisés, pour élaborer des céramiques transparentes aux infra-rouges, et dotés de propriétés mécaniques remarquables. Ses applications potentielles sont dans le secteur de la défense, mais aussi dans l'automobile et la surveillance.

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Les matériaux transparents aux rayonnements infra-rouges sont très recherchés pour des équipements du secteur de la défense (guidage de missiles, vision de nuit), mais aussi pour des applications civiles des caméras thermiques (surveillance, automobile...). Les céramiques à base de sulfures sont les matériaux de référence pour l'optique infra-rouge, mais leur utilisation reste limitée en raison de leur coût de fabrication et de leurs faibles résistances mécaniques.

Des chercheurs de l’Institut des sciences chimiques de Rennes ont mis au point et breveté2 un nouveau procédé d’élaboration de céramiques à base de sulfures, qui a le double avantage d'être moins coûteux que les procédés actuellement utilisés et de produire des céramiques aux propriétés mécaniques nettement améliorées.

Aujourd'hui, les céramiques à base de sulfures (ZnS) sont principalement obtenues par une méthode de dépôt chimique sous vide (CVD, Chemical vapor deposition), suivie d'un pressage isostatique à chaud (HIP, Hot isostatic pressing). Ce procédé, long et coûteux, a pour autre inconvénient de produire un matériau dont la résistance mécanique est faible. Le nouveau procédé3 mis au point à l’Institut des sciences chimiques de Rennes repose sur la synthèse en solution de précurseurs de la céramique. Une première étape de combustion produit une poudre, qui par un traitement thermique sous atmosphère réactive donne finalement un matériau de taille nanométrique et chimiquement ultrapur. Un frittage sous charge uniaxiale permet ensuite d'obtenir un matériau dense à plus de 99,9 %. « Ce procédé innovant et plus économique conduit à une céramique, présentant des propriétés optiques équivalentes à celles des matériaux produits par CVD, et une dureté deux fois supérieure », indique Odile Merdrignac-Conanec, enseignante-chercheuse à l’Institut des sciences chimiques de Rennes.

Ces performances répondent à des besoins de l'industrie de l'armement, mais ouvrent aussi de nouveaux marchés dans les applications civiles. Une étude de marché a été réalisée avec le soutien de la SATT Ouest Valorisation et un projet de maturation de la technologie est en cours dans le cadre du programme Astrid (DGA/ANR) conduit avec un industriel. À terme, les scientifiques envisagent d’utiliser leur procédé pour la production d'autres matériaux à base de sulfures, pour réaliser des optiques infra-rouges encore plus performantes.

 

1 Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université de Rennes 1)

2 Brevet « Procédé de fabrication d’un élément en céramique, à base de sulfure, particulièrement pour de applications en optique IR », en co-propriété CNRS/Université de Rennes 1, déposé le 08/07/2015 (EP2015065582) et étendu le 14/01/2016 (WO2016005439)

3 New insights in structural characterization of transparent ZnS ceramics hot-pressed from nanocrystalline powders synthesized by combustion. G. Durand, N. Hakmeh, V. Dorcet, V. Demange, F. Cheviré, O. Merdrignac-Conanec, J. Eur. Ceram. Soc. 39 (2019) 3094-Ne

Contacts :

Odile Merdrignac-Conanec / Enseignante-chercheuse à l'Institut des sciences chimiques de Rennes / odile.merdrignac@univ-rennes1.fr

X.-H. Zhang / Responsable de l'équipe Verres et céramiques de l'Institut des sciences chimiques de Rennes / xiang-hua.zhang@univ-rennes1.fr