Academic literature on the topic 'Matériaux composites Cu/D'

The interface microstructure between the constituent phases in graphene/Cu composites, namely graphene plane–Cu (D_p) and graphene edges–Cu (D_e), were observed for the first time from the two directions by means of transmission electron microscopy.

Photocatalysts exhibiting high activity for the degradation of 1,4-dioxane (1,4-D) have been a subject of intense focus due to their high toxicity and challenging degradability. Bismuth oxide (Bi2O3) is recognized as an ideal photocatalyst; however, there have been limited studies on its effectiveness in 1,4-D degradation. It is crucial to address the issue of low photocatalytic efficiency attributed to the instability and easy recombination of photogenerated electrons and holes in Bi2O3 upon photoexcitation. In this study, Cu-MOF and oxygen vacancy were utilized to improve the 1,4-D photocatalytic degradation efficiency of Bi2O3 by preparing Bi2O3, Bi2O3/Cu-MOF, Bi2O3−x, and Bi2O3−x/Cu-MOF. The results revealed that the incorporation of Cu-MOF induced a larger specific surface area, a well-developed pore structure, and a smaller particle size in Bi2O3, facilitating enhanced visible light utilization and an improved photoelectron transfer rate, leading to the highest photocatalytic activity observed in Bi2O3/Cu-MOF. In addition, oxygen vacancies were found to negatively affect the photocatalytic activity of Bi2O3, mainly due to the transformation of the β-Bi2O3 crystalline phase into α-Bi2O3 caused by oxygen vacancies. Further, the synergistic effect of MOF and oxygen vacancies did not positively affect the photocatalytic activity of Bi2O3. Therefore, the construction of heterojunctions using Cu-MOF can significantly enhance the efficiency of degradation of 1,4-D, and Bi2O3/Cu-MOF appears to be a promising photocatalyst for 1,4-D degradation. This study opens new avenues for the design and optimization of advanced photocatalytic materials with improved efficiency for the treatment of recalcitrant organic pollutants.

Carbon nanotube (CNT)/copper composites offer promise as lightweight temperature-stable electrical conductors for future electrical and electronic devices substituting copper. However, clarifying how constituent nanotube structures influence CNT/Cu electrical performances has remained a major research challenge. Here, we investigate the correlation between the CNT/Cu electrical performances and nanotube structure by preparing and characterizing composites containing nanotubes of different structural attributes. We prepared three types of composites—single-wall (SW)-CNT/Cu wires, SW-CNT/Cu pillars, and multi-wall (MW)-CNT/Cu wires. The composites were fabricated from the corresponding CNT templates by two-step Cu electrodeposition, which retains template nanotube attributes through the fabrication process. The nanotube characteristics (diameter, G/D, alignment, etc.) in each template as well as the internal structure and electrical performances of the corresponding composites were characterized. SW-CNT/Cu wires and pillars outperformed MW-CNT/Cu wires, showing ≈ 3× higher room-temperature four-probe conductivities (as high as 30–40% Cu-conductivity). SW-CNT/Cu also showed up to 4× lower temperature coefficients of resistances i.e., more temperature-stable conductivities than MW-CNT/Cu. Our results suggest that few-walled small-diameter nanotubes can contribute to superior temperature-stable CNT/Cu conductivities. Better CNT crystallinity (high G/D), fewer nanotube ends/junctions, and nanotube alignment may be additionally beneficial. We believe that these results contribute to strategies for improving CNT/Cu performances to enable the real-world application of these materials as Cu substitutes.

Heat sink materials not only should have higher thermal conductivity, but also have smaller difference of thermal expansion with cooled material. diamond/copper composites were made by the powder metallurgy method. Vacuum slowly vapor deposition technique was employed to deposit a titanium film on diamond particles before mixing with Cu powder in order to improve the bonding strength between Cu and diamond particles during sintering. The thermal expansion of diamond/Cu d composite was measured in the temperature range from 50 to 600 °C. The results show that the titanium film on diamond improves the interfacial bonding and reduces the coefficient of thermal expansion (CTE) of Cu/diamond composites. The CTE of diamond/Cu composites decreases with increasing diamond volume fraction as the results of mixture rule and the intense restriction effect of diamond reinforcement on the copper matrix. The residual stresses and pores in the composites affect instantaneous thermal expansion of diamond/Cu composites.

Abstract Owing to good self-lubricating performance, tin bronze is widely used in industrial fields. As tin bronze parts manufactured by powder metallurgy, their tribological performances are influenced by raw powder. In this work, four types of self-lubricating copper alloy composites (CuSn10 (D), CuSn10, CuSn10Pb10 (D) and CuSn10Pb10) were prepared by sintering completely alloyed powder and diffusion alloyed copper tin powder. The morphology, element distribution and microstructure of raw powder and their sintered Cu alloy composites were observed. The tribological properties of Cu alloys were investigated by block-ring friction test under different working conditions and their worn surface and wear debris were analyzed. The results show that the diffusion alloyed powder has an irregular dendritic morphology and its sintered Cu alloy is more likely to produce twin structure which enhances the hardness and the bearing capacity of the material. Compared with completely alloyed powder sintered CuSn10 sample, the wear rate of CuSn10 (D) sintered from diffusion alloyed powder was reduced by 83.96%, 74.39%, and 67.63% under three typical working conditions. Under dry friction conditions, the wear rate of CuSn10 (D) is reduced by 63.64% than CuSn10, and CuSn10Pb10 (D) is 25% lower than CuSn10Pb10. The investigation on the wear tracks and wear debris of Cu alloy composites showed that the diffusion alloyed powder sintered samples are inclined to form a more consecutive and integral third-body layer on wear tracks and which contributes to the better wear resistance.

The roles of interfaces and matrix grain size in the deformation and failure of polycrystalline Cu–graphene nanolayered (PCuGNL) composites under shear loading are explored with molecular dynamics simulations for different repeat layer spacings (λ), Cu grain sizes (D) and graphene chiralities, and an analytical model is proposed to describe the shear behavior.

À l’échelle du laboratoire, les roches argileuses sont des matériaux hétérogènes dont le comportement thermo-hydromécanique est en grande partie contrôlé par la microstructure. Le choix du nombre et de la taille des échantillons à étudier en laboratoire est déterminant pour appréhender la variabilité des propriétés de la roche argileuse à petite échelle. Cet article présente une méthode statistique permettant de préciser la surface (ou le volume) et le nombre d’échantillons à prendre en compte pour qu’une propriété p choisie caractérisant la microstructure, soit statistiquement représentative. Initialement établie dans un cas général par Kanit et al. (2003. Determination of the size of the representative volume element for random composites: statistical and numerical approach. Int J Solids Struct 40(13–14): 3647–3679), cette méthode consiste à partitionner un échantillon de propriété moyenne [see formula in PDF] connue, en sous-échantillons de surface D × D afin de calculer l’écart-type et l’erreur relative de la mesure de p en fonction de D. Cette méthode permet ainsi de définir des surfaces élémentaires représentatives de p en tenant compte de l’erreur relative par rapport à [see formula in PDF]. La méthode est d’abord présentée dans des cas généraux en 2D et 3D, et un exemple type est ensuite développé en 2D pour caractériser la fraction argileuse d’une lamine sédimentaire de Bowland (Royaume-Uni). La fraction surfacique argileuse est choisie comme propriété p, à partir d’une image grand-champ en microscopie électronique à balayage. La méthode est applicable en 2D et 3D sur les matériaux finement divisés autant sur les roches que sur les sols argileux, tant que l’échantillon considéré contient suffisamment d’éléments figurés (inclusions rigides ou pores dans une matrice par exemple) pour permettre l’utilisation des statistiques. L’apport principal visé pour la communauté des ingénieurs est dans la mesure du possible un meilleur ciblage de la quantité d’échantillons à prélever en forage pour mieux évaluer la variabilité des paramètres macroscopiques des roches argileuses. Les limites de la méthode sont ensuite discutées.

An innovational self-reduction molecular-level-mixing method was proposed as a simplified manufacturing technique for the production of carbon nanotube copper matrix composites (CNT/Cu). Copper matrix composites reinforced with varying amounts of (0.1, 0.3, 0.5 and 0.7 wt%) carbon nanotubes were fabricated by using this method combined with hot-pressing sintering technology. The surface structure and elemental distribution during the preparation of CNT/Cu mixing powder were investigated. The microstructure and comprehensive properties of the CNT/Cu composites were examined by metallography, mechanical and electrical conductivity tests. The results revealed that the CNT/Cu could be produced by a high temperature reaction at 900 degrees under vacuum, during which the carbon atoms in the carbon nanotubes reduced the divalent copper on the surface to zero-valent copper monomers. The decrease in the ratio of D and G peaks on the Raman spectra indicated that the defective spots on the carbon nanotubes were wrapped and covered by the copper atoms after a self-reduction reaction. The prepared CNT/Cu powders were uniformly embedded in the grain boundaries of the copper matrix materials and effectively hindered the tensile fracture. The overall characteristics of the CNT/Cu composites steadily increased with increasing CNT until the maximum at 0.7 wt%. The performance was achieved with a hardness of 86.1 HV, an electrical conductivity of 81.8% IACS, and tensile strength of 227.5 MPa.

The connection of carbon nanostructures such as graphene or carbon nanotubes with other materials like metals [1] or polymers [2] is often beneficial. For example, composites consisting of copper and nanocarbon materials have improved electrical [1] and mechanical [3] properties due to the synergy effect. Unfortunately, the integration between copper and nanocarbon is not an easy task because of the “cuprophobic” nature of nanocarbon [4]. Recently, many methods have been developed to accomplish this challenge. Out of all available techniques, physical (casting, spark plasma sintering or metal spinning) and electrochemical [5] gained a considerable share of attention. In particular, electrodeposition is a commonly employed strategy to deposit copper onto nanocarbon electrodes. In this method, nanocarbon surface plays the role of working electrode, onto which copper ions are reduced, thereby creating a Cu coating on the surface. This study demonstrates the recovery of copper from industrial wastewater by thin films based on carbon nanotubes (CNTs). Such a substrate was found as an ideal surface for the electrodeposition of metallic particles. Single/multi-walled CNTs, oxidized CNTs, nitrogen-doped CNTs and graphene were combined to obtain nanocarbon-nanocarbon composite electrodes, which were then used as substrates in Cu electrodeposition [6]. To establish the coating process parameters, synthetic solution of CuSO4 was first used as a source of copper ions. Then, wastewater of complex composition was employed directly for the electrodeposition process. Besides the 40 ppm of Cu, the wastewater contained other elements like salts Fe, Mg, Al, Zn and As in much greater amounts. It was discovered that such nanocomposite materials may be an excellent substrate for electrochemical recovery of Cu also from such a problematic waste, while simultaneously giving a product of high added value. Interestingly, the product was free from other metals, and only copper was detected on the nanocarbon surface. After just 1-hour of electrodeposition at -0.1V vs. SCE, a nanocarbon-based composite evenly coated with Cu was manufactured. Thorough investigation of the microstructure, and chemical composition of the nanocomposites correlated with the properties of the Cu coated materials enabled us to deduce critical parameters needed to make the Cu coating process effective [7]. [1] C. Arnaud, F. Lecouturier, D. Mesguich, N. Ferreira, G. Chevallier, C. Estournès, A. Weibel, C. Laurent, High strength - High conductivity double-walled carbon nanotube - Copper composite wires, Carbon N. Y. 96 (2016) 212–215. doi:10.1016/j.carbon.2015.09.061. [2] S.N. Beesabathuni, J.G. Stockham, J.H. Kim, H.B. Lee, J.H. Chung, A.Q. Shen, Fabrication of conducting polyaniline microspheres using droplet microfluidics, RSC Adv. 3 (2013) 24423–24429. doi:10.1039/c3ra44808h. [3] R. Jiang, X. Zhou, Q. Fang, Z. Liu, Copper-graphene bulk composites with homogeneous graphene dispersion and enhanced mechanical properties, Mater. Sci. Eng. A. 654 (2016) 124–130. doi:10.1016/j.msea.2015.12.039. [4] D. Janas, B. Liszka, Copper matrix nanocomposites based on carbon nanotubes or graphene, Mater. Chem. Front. 2 (2018) 22–35. doi:10.1039/c7qm00316a. [5] A. Singh, T. Ram Prabhu, A.R. Sanjay, V. Koti, An Overview of Processing and Properties of CU/CNT Nano Composites, Mater. Today Proc. 4 (2017) 3872–3881. doi:10.1016/J.MATPR.2017.02.286. [6] D. Janas, M. Rdest, K.K.K. Koziol, Free-standing films from chirality-controlled carbon nanotubes, Mater. Des. 121 (2017) 119–125. doi:10.1016/j.matdes.2017.02.062. [7] G. Stando, P.-M. Hannula, B. Kumanek, M. Lundström, D. Janas, Copper recovery from industrial wastewater - Synergistic electrodeposition onto nanocarbon materials, Water Resour. Ind. 26 (2021) 100156. doi:10.1016/J.WRI.2021.100156. G.S. and P.S. would like to thank the Ministry of Science and Higher Education of Poland for financial support of research (under Diamond Grant, grant agreement 0036/DIA/201948). G.S. also would like to thank European Union for thanks for financing the costs of the conference (European Social Fund, grant nr POWR.03.05.00-00-Z305) and National Agency for Academic Exchange of Poland (under the Iwanowska program, grant agreement PPN/IWA/2019/1/00017/UO/00001) for financial support during the stay at the University of Pittsburgh in the USA. G.S. and H.L. acknowledge NSF (CBET-2028826) for partial support of this work. G. S. and D.J. acknowledge the National Agency for Academic Exchange of Poland (under the Academic International Partnerships program, grant agreement PPI/APM/2018/1/00004) for supporting training in the Aalto University. G.S, B.K. and D.J. would like to thank the National Centre for Research and Development, Poland (under the Leader program, grant agreement LIDER/0001/L-8/16/NCBR/2017).

Avec la tendance à la miniaturisation croissante des équipements électriques et à l'augmentation constante de la densité de puissance dans les dispositifs à base de semiconducteurs, la gestion efficace de la chaleur est devenue un enjeu majeur pour les chercheurs. En effet, cette évolution technologique impose des contraintes de plus en plus strictes en termes de dissipation thermique, nécessitant des solutions innovantes pour garantir une meilleure durabilité et fiabilité des composants. Dans ce contexte, l'utilisation de matériaux composites offrant une conductivité thermique élevée et un coefficient de dilatation thermique faible par rapport aux métaux purs est devenue essentielle pour résoudre les problèmes de surchauffe des composants électroniques. L'intégration de matériaux avancés tels que le diamant (D), avec ses propriétés exceptionnelles de conductivité thermique et de dureté, constitue une option privilégiée pour renforcer les matrices métalliques. Toutefois, son incorporation dans les matériaux composites nécessite la création d'une interface D-métal bien définie, à la fois pour éviter la formation de porosité et assurer un transfert efficace des propriétés thermiques. La fabrication additive de matériaux 3D par fusion laser émerge comme une solution prometteuse, non seulement pour la facilité de mise en œuvre de ces composites, mais aussi pour la création de structures complexes dédiées à la dissipation de chaleur. Ces structures jouent un rôle crucial dans l'optimisation de la surface d'échange thermique par convection avec l'air environnant, permettant ainsi une dissipation efficace de la chaleur générée par les dispositifs électroniques modernes.Dans cette étude, l`impression 3D du cuivre (Cu) a été réalisée grâce à l`ajout d`une quantité optimale d’aluminium. Cette approche a permis d'améliorer considérablement la densification de matériaux à base de cuivre, malgré les défis posés par sa forte réflectivité. Par la suite, l'investigation approfondie et l'optimisation de l`impression 3D laser de l'alliage AlSi10Mg, avant et après l'incorporation de D, ont été réalisées. Enfin, une étape cruciale de post-traitement a été optimisée consistant à polir des matériaux composites Al/D par ablation laser.Ce travail a été réalisé dans le cadre d'une collaboration internationale entre l'Université du Nebraska, Lincoln aux États-Unis d'Amérique, et l'Université de Bordeaux en France
With the trend towards miniaturization of electrical equipment and the constant increase in power density in semiconductor devices, efficient heat management has become a major concern for researchers. Indeed, this technological evolution imposes increasingly strict constraints in terms of thermal dissipation, necessitating innovative solutions to ensure better durability and reliability of components. In this context, the use of composite materials offering high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion compared to pure metals has become essential to address overheating issues in electronic components. The utilization of advanced materials such as diamond (D), with exceptional thermal conductivity and hardness properties, stands out as a preferred choice for reinforcing metal matrices. However, its incorporation into composite materials requires the creation of a well-defined D-metal interface, both to avoid porosity formation and to ensure efficient transfer of thermal properties. Additive manufacturing of 3D materials by laser fusion is emerging as a promising solution, not only for the ease of implementation of these composites, but also for the creation of complex structures dedicated to heat dissipation. These structures play a crucial role in optimizing the heat exchange surface by convection with the surrounding air, thus allowing efficient dissipation of heat generated by modern electronic devices.In this study, 3D printing of copper (Cu) was achieved through the addition of an optimal amount of aluminum. This approach significantly improved the densification of copper-based materials, despite the challenges posed by its high reflectivity. Subsequently, in-depth investigation and optimization of laser 3D printing of the AlSi10Mg alloy, before and after the incorporation of D, were carried out. Finally, a crucial post-processing step was optimized, consisting of polishing Al/D composite materials using laser ablation.This work was carried out as part of an international collaboration between the University of Nebraska, Lincoln in the United States of America, and the University of Bordeaux in France

L'etude porte sur des materiaux susceptibles d'etre utilises comme contact electrique, constitues de particules de graphite dans une solution solide cu, ni. Ces materiaux anisotropes contiennent 3 a 20 vol % de graphite, un peu de porosite residuelle et presentent trois types de microstructures caracterisees par analyse d'images. La conductivite electrique est mesuree sur des materiaux de texture soit parallele soit perpendiculaire a la direction du courant. Les resultats experimentaux font ressortir le role isolant du graphite, et une decroissance de la conductivite produite par l'augmentation de fraction de phase isolante, beaucoup plus rapide pour les textures perpendiculaires que paralleles. Le modele d'ondracek conduit a evaluer trois effets principaux dus a la fraction volumique, a l'anisotropie de forme de phase isolante et a l'anisotropie de texture. Est ensuite etudiee la resistance de contact, somme de la resistance de constriction specifique au materiau, et d'un terme pelliculaire fonction de la conductivite electrique et de la morphologie de la couche de surface. Les valeurs experimentales approchees de resistance de constriction sont confrontees au modele de holm: les fortes variations de conductivite electrique produisent sur la resistance de constriction des variations significatives mais faibles devant l'effet pelliculaire minimal. L'effet pelliculaire des materiaux soumis a l'arc electrique est analyse a partir de donnees experimentales d'erosion, de resistance de contact et de caracterisation des couches de surface. Ces resultats mettent en evidence le role important de la teneur en graphite des materiaux; on propose deux mecanismes prrincipaux pour l'interpreter

Les composites Cu-Cr sont couramment utilisés comme matériaux de contact électrique pour ampoules à vide des disjoncteurs de moyenne tension. Pourtant très répandu, le frittage en phase solide de ces matériaux a été relativement peu étudié. L’optimisation du procédé passe par la compréhension des mécanismes de frittage. Cette étude est focalisée sur deux aspects importants du frittage : les processus d’oxydo-réduction liés aux oxydes de surfaces des poudres et la compétition entre mécanismes de densification et de gonflement au cours du frittage.L’oxydo-réduction a été étudiée par analyse thermogravimétrique couplée à différentes techniques de spectroscopie d’abord sur les matériaux purs puis sur les composites. Des analyses des interfaces par des coupes réalisées au FIB ont permis de préciser la localisation de l’oxyde dans les matériaux frittés. Un transfert d’oxygène a lieu entre les poudres de cuivre et de chrome. L’intensité de ce transfert dépend de la nature réductrice de l’atmosphère utilisée.La densification a été analysée par dilatométrie sur les matériaux purs et sur les composites. Ces analyses ont été appuyées par des observations microstructurales, notamment par tomographie des rayons X. L’effet des paramètres du procédé (atmosphère, vitesse de chauffage, poudres…) a été étudié. Les résultats montrent le lien entre la désoxydation des poudres de cuivre et le frittage. Un phénomène de gonflement du cuivre seul s’explique par le dégazage du cuivre à haute température lors de la fermeture des pores. Ce gonflement n’a pas lieu dans les composites Cu-Cr car le chrome retarde la fermeture des pores et piège les gaz émis par le cuivre en formant l’oxyde Cr2O3. L’atmosphère de frittage, la morphologie et la taille des poudres de chrome influent sur la densification. Le frittage sous vide permet de réduire la porosité. Une morphologie sphérique des particules de chrome limite l’effet inhibiteur de celui-ci sur la densification. Pour de faibles tailles de particules, le chrome participe à la densification, ce qui permet de mieux densifier le matériau. Ces résultats ouvrent des voies d’optimisation du procédé de frittage des matériaux.Les matériaux élaborés ont été testés dans leurs conditions d’utilisation, c'est-à-dire lors de coupures sur court-circuit en ampoule à vide. Ces essais ont montré l’intérêt de réduire la quantité d’oxyde de chrome et ont permis de déterminer l’effet des impuretés rencontrées usuellement sur les poudres de cuivre et de chrome
Cu-Cr composites are commonly used as contact materials for medium voltage circuit breakers vacuum bottles. Solid state sintering process of Cu-Cr composites is widespread but has been relatively little studied. Optimizing the process requires understanding the sintering mechanisms. This study was focused on two important aspects of sintering: the redox reactions associated to oxides on the powder surface and the competition between densification and swelling mechanisms during sintering.The redox reactions were studied by thermogravimetric analysis coupled to various spectroscopic techniques, first on isolated Cu and Cr, then on Cu-Cr composites. Interfaces analyses obtained by FIB clarified the location of the oxide inside the sintered materials. Oxygen transfer takes place between copper and chromium powders. This phenomenon strongly depends on the reducing character of the sintering atmosphere.Densification was analyzed by dilatometry on Cu, Cr and Cu-Cr composites. This analysis was supported by microstructural observations, including X-ray tomography .The effect of process parameters (atmosphere, heating rate, powders ...) was studied. The results show the relationship between sintering and copper oxide reduction. The swelling phenomenon of copper compacts is explained by high temperature degassing of copper during pore closure. This swelling does not occur in Cu-Cr composites as chromium delays pore closing and entraps the gases released by copper. Sintering atmosphere, chromium morphology and chromium particle size affect densification. Vacuum sintering reduces porosity. Chromium particles with spherical shape limit its inhibiting effect on densification. For small particle sizes, chromium participates to densification, leading to better densification of the material. These results open the route for optimizing the sintering of Cu-Cr composites.Cu-Cr composites were tested for short circuit performance in vacuum interrupters. The result of these tests showed the importance of reducing the chromium oxide amount. The effect of impurities commonly encountered on the powders copper and chromium powders was also determined

Les matériaux quasicristallins (QC) présentent des propriétés mécaniques intéressantes, telles une dureté et un module d’Young élevés, ce qui en fait de bons candidats en tant que renforts pour les matériaux composites à matrices métalliques. Ce travail a pour but l’élaboration et l’étude des microstructures et propriétés mécaniques de matériaux composites à base Al renforcés par des particules QC. Des composites à matrice Al3Mg2, Al, Al-Cu-Mg et Al-Mg-Si renforcés par 50% vol. De particules QC Al-Cu-Fe ont été élaborés par infiltration sous pression de gaz. Les composites obtenus sont complexes et présentent de nombreuses phases résultant de la diffusion de l’aluminium et du cuivre. Ces composites sont caractérisés par des contraintes d’écoulement élevées et une fissuration précoce, quelle que soit la température de déformation. Deux composites à matrice aluminium renforcés par des particules QC ont été élaborés par compression isostatique à chaud (HIP). En fonction de la température d’élaboration, nous avons obtenu des matériaux biphasés, l’un renforcé par des particules tétragonales w-Al-Cu-Fe et l’autre par des particules i-Al-Cu-Fe. Ces matériaux présentent des propriétés mécaniques améliorées par rapport à la matrice seule. La forte dépendance de s0. 2% en température observée dans le composite Al/w suggère que la déformation plastique est contrôlée par des mécanismes thermiquement activés. En revanche, pour le composite Al/i, la contribution des contraintes internes au durcissement du composite est à prendre en compte en plus des mécanismes thermiquement activés
Quasicrystalline (QC) materials exhibit remarkable mechanical properties at low and intermediate temperatures, such as high hardness together with high elastic modulus. One of the potential applications of QC materials is to use them as the reinforcement phase of composite materials. This study reports about processing, microstructures and mechanical properties of Al-based metal matrix composites (MMC) reinforced by QC particles. Five Al-based MMC were produced using the gas pressure infiltration technique. Al3Mg2, Al, Al-Cu-Mg and Al-Mg-Si matrices were used. They were reinforced by 50 % vol. Fraction of Al-Cu-Fe QC particles. The as-produced composites are rather complex and various phases are formed during the production process. These phases were identified to result from diffusion of both the aluminium and the copper. These composites are characterised by high flow stresses, that are unfortunately accompanied by numerous cracks whatever the temperature deformation. Two composites with an Al matrix initially reinforced by QC particles were prepared by hot isostatic pressing (HIP). With this technique two-phase composites are obtained, but depending on the processing temperature, the reinforcement particles are either of i-phase or !-phase. It is observed that ! particles contribute more positively to the improvement of the mechanical properties than the QC particles. The temperature dependences of "0. 2% suggest that the plastic deformation of the composite Al/!-Al-Cu-Fe is controlled by thermally activated mechanisms. In the composite Al/i-Al-Cu-Fe, in addition to thermally activated mechanism, the contribution of the internal stresses to the hardening of the composite must be taken into account

Le remplacement des systèmes de distribution d’énergie actuels dans les avions (pneumatiques, hydrauliques, mécaniques et électriques) par des systèmes 100% électriques est un enjeu majeur dans le cadre du projet de l’avion « plus électrique ». Le processus d’électrification de l’avion conduit à une augmentation de la puissance embarquée à bord des aéronefs, et par conséquent à une augmentation de la masse du réseau filaire. Afin de pallier à cette augmentation, un nouveau matériau composite possédant des propriétés électriques supérieures à celle du cuivre a été développé dans le but d’augmenter la capacité de courant admissible dans le conducteur à section constante. Ce travail de thèse présente le procédé d’élaboration du matériau composite cuivre-nanotubes de carbone développé ainsi que les techniques de caractérisation utilisées et les résultats associés. Différents paramètres tels que la qualité de la dispersion des renforts dans la matrice, le type de nanotubes de carbone utilisés (multi-parois vs mono-paroi), la nature de l’interface créée entre le cuivre et les renforts (mécanique vs chimique) ainsi que les techniques de mise en forme du matériau (pressage uni-axial à chaud, extrusion à chaud) et de post-traitements (recuit, laminage à chaud) ont été étudiés afin d’obtenir des propriétés physiques optimales. Il en résulte une augmentation des propriétés thermiques (+6,8% pour la conductivité thermique), mécaniques (+32% pour la dureté Vickers) et également électriques - pour la première fois observée- (+3,4 % pour la conductivité électrique) et ce en comparaison avec à une matrice de cuivre pur
The substitution of the current energy chains in aircrafts (pneumatic, hydraulic, mechanical and electrical) by a 100% electrical chain is a major issue in the field of the “more electric” aircraft. The electrification process leads to an increase of the inboard power of aircrafts, and therefore to an increase of the wired network weight. To counterbalance this increase of mass, a new composite material with higher electrical properties that copper should be considered, in order to increase the current density in the conductor at constant cross section. Several parameters have been studied such as the quality of the carbon nanotubes dispersion, the type of CNTs used (single-walled vs. multi walled), the interface between the matrix and the reinforcements (mechanical vs. chemical), the shaping of material (uni-axial hot pressing, hot extrusion process) and the post treatments processes (heat treatment, hot lamination process). An enhancement of the thermal properties (+ 6.8% of thermal conductivity), the mechanical properties (+32% of Vickers hardness) and for the first time an increase of the electrical properties (+3.4 % for the electrical conductivity) have been observed in comparison with pure copper

La recristallisation est le processus des métaux déformés à froid qui se produit lors du traitement thermique. La texture de recristallisation contribue à l'anisotropie des propriétés mécaniques et physiques. Motivés par la minimisation des produits, les matériaux 2D et les composites stratifiés sont de plus en plus demandés pour des applications. Ainsi, à des fins scientifiques et techniques, des recherches sur la recristallisation de tels matériaux sont nécessaires pour comprendre les mécanismes sous-jacents. Dans ce travail, des feuilles de Cu et des composites stratifiés à matrice de Cu renforcé de nanofeuilles de graphène (GNS) avec des épaisseurs de Cu de 10 μm et 30 μm ont été fabriqués. La recristallisation a été étudiée de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique par SEM-EBSD pour l'observation de microstructure, rayonnement neutronique et synchrotron pour l'analyse de texture et rayonnement synchrotron in situ pour l'évaluation de la déformation du réseau. Les données obtenues ont été analysées dans le cadre de la cristallographie combinée à l'élasticité et à l'énergie de surface. Les résultats ont montré que le comportement de recristallisation de Cu était grandement affecté par l'épaisseur de la feuille de Cu et l'ajout des GNSs. Pour les feuilles de Cu de 10 μm sans GNSs, elles ont subi une transition de la texture de laminage à froid à une texture de recristallisation dominée par des composants Cube tourné RD et Copper tourné φ2. La transition a été contrôlée par des facteurs intrinsèques microstructuraux et extrinsèques géométriques d'échantillons. Les orientations des germes sont héritées des orientations de déformation. Ceux avec des facteurs de Taylor faibles (Cube, Goss et Brass) ont montré une préférence de taille. La croissance post-nucléation a été affectée par la contrainte d'élasticité thermique biaxiale et l'énergie de surface. En raison de leurs effets opposés, les orientations ayant des modules biaxiaux et une densité d'énergie de surface modérés (S, Copper, Brass et composants de recristallisation) ont survécu, résultant en une texture mixte à la fin de la recristallisation. Les joints Σ3 cohérents entre les nouvelles composantes ont stabilisé leur croissance en consommant les autres séparés par des joints aléatoires à grand angle. Une fois le Cu fritté en masse, sa texture était dominée par les orientations des grains à croissance anormale. Les effets des GNSs sur la recristallisation des feuilles de Cu dépendaient également de l'épaisseur de la feuille de Cu. Pour les feuilles de 10 μm d'épaisseur, l'effet des GNSs se manifeste après le frittage des échantillons à des températures élevées (> 700 ℃). Au lieu de créer beaucoup de contraintes à l'expansion des feuilles de Cu adjacentes, les GNSs ont fonctionné comme une barrière empêchant la pénétration des grains de Cu développés, entraînant la stabilisation de la texture de recristallisation représentée par les deux composantes tournées. Pour le composite Cu/GNS avec une épaisseur de Cu de 30 μm, les résultats ont montré qu'une forte orientation Cube était produite dans le composite Cu/GNS au lieu des orientations individuelles non Cube dans l'empilement de Cu pur sans GNSs. Une analyse détaillée de l'état de déformation de Cu dans le composite Cu/GNS a révélé que le comportement d'expansion anisotrope du GNS qui est incompatible avec celui de Cu imposait de multiples contraintes élastiques aux feuilles, entraînant un état isocontrainte biaxiale dans la couche en surface et un état de déformation en compression uniaxiale dans la couche centrale. L'anisotropie élastique du Cu favorise la croissance des grains orientés Cube pour minimiser l'énergie totale de déformation. Les résultats du présent travail fournissent des informations quantitatives détaillées sur la recristallisation de feuilles de Cu et de composites stratifiés, ce qui contribue à approfondir la compréhension du comportement de recristallisation des matériaux 2D
Recrystallization is the intrinsic process of cold-deformed metallic materials that occurs inevitably during the thermal treatment. The produced recrystallization texture contributes to the anisotropy of the mechanical and physical properties. Motivated by the minimization of modern products, 2D materials and laminated composites are increasingly demanded by many applications. Thus, for both scientific and engineering purposes, investigations on the recrystallization of such materials are needed to understand the underlying mechanisms. In this work, Cu foils and graphene nanosheets (GNSs) reinforced Cu matrix laminated composites with Cu foil thicknesses of 10 μm and 30 μm were fabricated, and the recrystallization features were thoroughly investigated from microscale to macroscale by means of SEM-EBSD for microstructure observation, neutron and synchrotron radiation for texture analysis and in-situ synchrotron radiation for lattice strain evaluation. The obtained data were analyzed in the frame of crystallography combined with crystal elasticity and surface energy. The results showed that the recrystallization behavior of the Cu foils were greatly affected by the Cu foil thickness and the addition of the GNSs. For the 10 μm thick Cu foils without GNS, they underwent a transition from the cold-rolling texture to a recrystallization texture dominated by RD-rotated Cube and φ_2-rotated Copper components. The transition was screened by both intrinsic microstructural and extrinsic sample geometrical factors. The orientations of the nuclei were mainly inherited from the deformation orientations. Those with low Taylor factors (Cube, Goss and Brass) demonstrated size preference. The post-nucleation growth was affected by the biaxial thermal elastic constraint and surface energy. Due to their opposite effects, the orientations having moderate biaxial moduli and surface energy density (S, Copper, Brass and recrystallization components) survived, resulting in a mixed texture at the completion of recrystallization. The coherent Σ3 boundaries between the new components stabilized their growth through consuming the other oriented crystals separated by random high-angle boundaries. When sintered into bulk, the texture of the Cu was dominated by the orientations of the abnormally grown grains. The effects of GNSs on the recrystallization of Cu foils were also Cu foil thickness dependent. For the 10 μm thick foils, the effect of the GNSs manifested after the samples were sintered to high temperatures (> 700 ℃). Instead of creating much constraint to the expansion of the adjacent Cu foils, the GNSs worked as a barrier preventing the penetration of the grown Cu grains, resulting in the stabilization of the recrystallization texture represented by the two rotated components. For the Cu/GNS composite with Cu foil thickness of 30 μm, the results evidenced that a strong Cube orientation was produced in the Cu/GNS composite instead of the individual non-Cube orientations in the pure Cu stack without GNSs. Detailed strain-state analysis of the Cu foils in the Cu/GNS composite revealed that the anisotropic expansion behavior of the GNS that is incompatible with that of the Cu foils imposed multiple elastic constraints to the foils, resulting in a biaxial isostrain state in the surface layers and a uniaxial compressive strain state in the central layer. The elastic anisotropy of Cu favors the growth of the Cube oriented grains to minimize the total strain energy. The results of the present work provide quantitative and detailed information on recrystallization of thin Cu foils and laminated composite, which contributes to deepening the understanding of recrystallization behaviour of 2D materials. The mechanisms revealed are useful for analysing abnormal grain growth in elastically strained materials and can also be applied to fabrication process for texturization or even monocrystallization

Les fils composites nanostructurés et architecturés cuivre-niobium sont de candidats excellents pour la génération de champs magnétiques intenses (>90T); en effet, ces fils allient une limite élastique élevée et une excellente conductivité électrique. Les fils Cu-Nb multi-échelles sont fabriqués par étirage et empaquetage cumulatif (une technique de déformation plastique sévère), conduisant à une microstructure multi-échelle, architecturée et nanostructurée présentant une texture cristallographique de fibres forte et des formes de grains allongées le long de l'axe du fil. Cette thèse présente une étude compréhensive du comportement électrique et élasto-plastique de ce matériau composite, elle est divisée en trois parties: modélisation multi-échelle électrique, élastique et élasto-plastique. Afin d'étudier le lien entre le comportement effective et la microstructure du fil, plusieurs méthodes d'homogénéisation sont appliquées, qui peuvent être séparées en deux types principaux: la méthode en champs moyens et en champs complets. Comme les spécimens présentent plusieurs échelles caractéristiques, plusieurs étapes de transition d'échelle sont effectuées itérativement de l'échelle de grain à la macro-échelle. L'accord général parmi les réponses de modèle permet de suggérer la meilleure stratégie pour estimer de manière fiable le comportement électrique et élasto-plastique des fils Cu-Nb et économiser le temps de calcul. Enfin, les modèles électriques prouvent bien prédire les données expérimentales anisotopique. De plus, les modèles mécaniques sont aussi validés par les données expérimentales ex-situ et in-situ de diffraction des rayons X/neutrons avec un bon accord
Nanostructured and architectured copper niobium composite wires are excellent candidates for the generation of intense pulsed magnetic fields (>90T) as they combine both high strength and high electrical conductivity. Multi-scaled Cu-Nb wires are fabricated by accumulative drawing and bundling (a severe plastic deformation technique), leading to a multiscale, architectured and nanostructured microstructure exhibiting a strong fiber crystallographic texture and elongated grain shapes along the wire axis. This thesis presents a comprehensive study of the effective electrical and elasto-plastic behavior of this composite material. It is divided into three parts: electrical, elastic and elasto-plastic multiscale modeling. In order to investigate the link between the effective material behavior and the wire microstructure, several homogenization methods are applied which can be separated into two main types: mean-field and full-field theories. As the specimens exhibit many characteristic scales, several scale transition steps are carried out iteratively from the grain scale to the macro-scale. The general agreement among the model responses allows suggesting the best strategy to estimate reliably the effective electrical and elasto-plastic behavior of Cu-Nb wires and save computational time. The electrical models are demonstrated to predict accurately the anisotropic experimental data. Moreover, the mechanical models are also validated by the available ex-situ and in-situ X-ray/neutron diffraction experimental data with a good agreement

Les lois régissant le comportement mécanique des matériaux cristallins présente une forte dépendance à la microstructure de ces derniers, et notamment, à la taille des cristallites lorsqu’ils atteignent l’échelle nanométrique. Le contrôle de la structuration des échantillons est assuré par la stratification de matériaux immiscibles, tungstène et cuivre, de réponse mécanique élastiquement isotrope et anisotrope, respectivement. La caractérisation des films réalisés par dépôts en phase vapeur a été réalisée par analyse combinée de clichés de microscopie électronique et données de diffraction et diffusion des rayons X. L'instrumentation alors mise en oeuvre afin d'accéder à la réponse élastique est la traction in situ de films minces de type composite W/Cu supportés, couplée à la diffraction des rayons X. Ce travail de recherche témoigne de la forte complémentarité entre les caractérisations microstructurales de microscopie électronique et de diffraction des rayons X, nécessaires à l'interprétation des résultats des essais de traction in situ, notamment en termes de modélisation. Il a ainsi pu être mis en évidence le caractère dispersoïde des fines couches de cuivre déposées et ainsi qu'une répartition particulière des orientations préférentielles au sein des couches de tungstène, <110> et <111>. Les résultats obtenus sur composites W/Cu à dispersoïdes quasi-isotrope de cuivre et lamellaires ont très clairement révélé un effet de structure et de taille sur les sous-couches de tungstène. Une étude plus approfondie du domaine élastique au sein de composites lamellaires a non seulement révélé que son étendue présentait une forte dépendance aux contraintes résiduelles, mais aussi que l'apparition des dislocations au sein des couches de cuivre entraînait un transfert de charge vers les couches de tungstène, conduisant à la fissuration en mode II
The mechanical behavior of crystalline material has a high dependence on its microstructure, notably when crystallite size reaches the nanometer scale. Crystallites size is controled by the stratification of thermodynamically immiscible materials, namely tungsten and copper, isotropic and anisotropic elastically, respectively. Thin films were deposited by physical vapor deposition and their characterizations were carried out combining electron microscopy and X-ray diffraction and diffusion. In situ tensile testing combined with X-ray diffraction on supported composite W/Cu have been used to get insight into sample mechanical behavior. This work emphasises the strong complementarity between electron microscopy and X-ray diffraction analyses on microstructure characterizations, required to interpret and model tensile testing results. Theses analysis have revealed that very thin copper layers arrange as dispersoïds and that a particular crystallographic orientation distribution within tungsten layers appear as <110> and <111>. The results obtained on quasi-isotropic copper dispersoïds and laminated W/Cu composites have clearly revealed structure and size effects in tungsten sub-layers. A more detailed study of the elastic domain of laminated composite has not only revealed a strong dependence on residual stresses, but also an uppermost dislocation appearance within copper layers leading to a load transfer on tungsten layers, leading to mode II crack apparitions

Cette thèse porte sur la modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort 3D. L'étude s'articule autour de 3 points essentiels: la compréhension du processus d'endommagement, la modélisation analytique et l'étude d'optimisation des architectures des renforts. Les architectures carbones étudiées sont issues d'un tissage orthogonal 3D et de 5 tissages interlock. Ils sont soumis respectivement à une sollicitation de compression et de traction uniaxiale. La corrélation des signaux d'EA aux observations microscopiques permet de faire ressortir l'effet de l'architecture sur les phénomènes d'endommagements. Le comportement élastique endommageable jusqu'à la rupture est décrit à partir d'une dualité entre un modèle analytique d'homogénéisation et le critère 3D de Tsai-Wu, couplé à des critères d'endommagement. Ce modèle prend en compte la particularité géométrique des architectures des renforts. La partie optimisation est dédiée à la minimisation des VER
This thesis is dedicated to the modelling of the elastic damage behaviour composite material 3D reinforced. The study is articulated around three essential points: the comprehension of the damage process, analytical modelling and the optimization of architectures of the reinforcements. The studies of carbon architectures are resulting from an orthogonal weaving 3D and 5 Interlock. They are subjected respectively to compression and uniaxial tension tests. The correlation between signals of acoustic emission and the microscopic observations makes it possible to emphasize the effect of architecture on the phenomena of damages. The elastic damage behaviour until the rupture is described with a duality between an analytical model of homogenization and the criterion 3D of Tsai-Wu, coupled to damage criteria. This model takes into account the geometrical characteristic of architectures of the reinforcements. The optimization part is dedicated to minimization of the REV

L'objet de ce travail a consisté à utiliser le potentiel de la mécanochimie afin de préparer en une seule étape des alliages métalliques pulvérulents hydrurables, ou encore d'optimiser les propriétés électrochimiques d'alliages présentant de faibles capacités massiques de stockage et une corrosion importante en milieu alcalin. Cette double approche a tout d'abord permis la préparation d'alliages AB5 avec des capacités électrochimiques massiques de 274mAh/g après recuit. Du point de vue fondamental, la faible capacité observée pour les alliages AB5 brut de broyage (120 mAh/g) a été attribuée à l'oxydation de la surface des grains et le traitement par broyage de la surface de l'alliage AB5 polysubstitué avec du graphite a permis de réduire les oxydes de surface et de protéger cette dernière de l'oxydation lors du broyage. L'augmentation de la pression d'équilibre d'hydruration des alliages AB5 est une autre conséquence de la modification des propriétés structurales et surfaciques des matériaux broyés. Ce phénomène a été utilisé avec succès afin de déstabiliser les hydrures des alliages du système Mg-Ni et de rendre leur pression d'équilibre compatible avec l'application électrochimique. Un alliage amorphe (MgNi) présentant une capacité massique de 500 mAh/g a été obtenu. La mauvaise tenue au cyclage de ces matériaux, due à la formation de Mg(OH)2, nous a conduit à la préparation d'alliages ternaires Mg-Ni-T (T=Al, Ti, V, Y, Zr, Cr, Mn, Fe, Co) dont la formule Mg0,9NiY0,1 s'est montrée très intéressante. Enfin, le recouvrement de la surface des alliages MgNi et ZrNi1. 14Mn0. 49Cr0. 18V0. 1 a été entrepris par broyage avec du C et du Cu. Une meilleure tenue au cyclage de l'alliage MgNi a été obtenue et des améliorations importantes de l'activation et de la capacité maximale de l'alliage AB2 ont été constatées
The aim of this work was to use the potential of mechanochemistry as a one step process to prepare hydride-forming compounds, and furthermore to enhance the electrochemical capacities of alloys having low weight capacities and presenting a strong corrosion in an alkaline media. These approaches first permit to synthesize AB5 alloys having electrochemical weight capacities of about 274 mAh/g after annealing. Fundamentally, the lower capacity observed in the case of AB5 alloys after grinding (120 mAh/g) was attributed to the surface oxidation during grinding. The modification of the particle surfaces by grinding the alloys with graphite powder allows to reduce the oxide coatings and to protect these surfaces for further oxidation during the synthesis process. The increase of the equilibrium hydriding pressure of the AB5 alloys is an other result of the structure and surface modifications induced by the ball milling. This phenomenon was successfully used to destabilize the hydrides of the Mg-Ni system and permit their electrochemical charge and discharge. The MgNi amorphous phase having a first discharge capacity of 500 mAh/g was obtained. The high capacity fading upon cycling is due to the formation of Mg(OH)2 platelets on the alloy surface. We also studied the effect of substituting this amorphous phase with Al, Ti, V, Y, Zr, Cr, Mn, Fe and Co as a way to modified the resistance against corrosion. Very interesting results were obtained with the Mg0. 9NiY0. 1 composition. Finally, the coating of MgNi and ZrNi1. 14Mn0. 49Cr0. 18V0. 1 alloys with graphite or copper powders was studied. The better results show an enhance of the capacity fading for the MgNi amorphous phase ground with graphite and conceming the AB2 alloy we observed both an increase in the activation behavior and the maximum weight capacity

In this chapter, the low-cost, biodegradable absorbents are developed for wastewater treatment. At first, the modification of the procured nano ZSM-5 is executed by means of dealumination and ion exchange process to have de-laminated (D-ZSM-5), Cu-ZSM-5 and Fe-ZSM-5. Furthermore, cellulose nanofibrils (CNFs) are mixed with modified zeolites with varying concentrations (20 and 80 wt%) used for the fabrication of innovative composite films ((D-ZSM-5, Cu-ZSM-5 and Fe-ZSM-5). FTIR, XRD, BETCO2, TGA, and SEM type of characterization techniques are used for the analysis of composites. The prepared composite films are exploited for cationic Rhodamine B (Rh6B) and anionic Reactive Blue 4 (RB4) dye elimination by the activity of adsorption. The effect of contact time, initial dye concentration and pH on the dyes’ adsorption in aqueous buffer solutions is examined. The equilibrium adsorption data are estimated using Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherm models. Langmuir isotherm is deemed to be the best-fitting model and the process (kinetics and mechanism) follows pseudo-second-order kinetics, yielding an uppermost adsorption capacity of 34 mg/g, and 16.55 mg/g which is comparable to plane CNF (8.7mg/g) and (0.243mg/g) for cationic Rh6B dye and anionic RB4 dye respectively. Maximum dye removal is observed for a higher amount of (80% ZSM-5) film. The study reveals that ZSM-5/ CNFs films can potentially be used for the removal of cationic and anionic dyes.