Des chercheurs russes mettent au point un composite de carbure de tungstène à dureté ajustable

Récemment, l'Institut de chimie et de technologie des éléments rares et des matières premières minérales du Centre scientifique de Kola de l'Académie des sciences de Russie (Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences), en collaboration avec l'Institut des problèmes d'écologie industrielle du Nord, a réussi à développer un procédé de synthèse avancé permettant le dépôt d'un revêtement nanométrique de carbure de tungstène sur la surface de fibres de carbone, et à réaliser un contrôle précis de la dureté du matériau. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans le Russian Chemical Bulletin.

L'équipe de recherche a utilisé la technique de synthèse électrochimique en sels fondus, en prenant des fibres de carbone de grade « Carbopon B 22 » comme substrat, et en les plaçant dans un bain fondu de chlorure de sodium, de chlorure de potassium et de sels contenant du tungstène à 750—900 °C. En commutant les modes de synthèse électrochimique, les chercheurs ont réalisé une personnalisation continue de la composition phasique et des propriétés mécaniques du revêtement :

Mode sans courant : formation préférentielle d'un film uniforme de monocarbure de tungstène (WC) à haute dureté (épaisseur de seulement quelques dizaines de nanomètres), conférant au composite un module d'élasticité atteignant 672 GPa, ce qui améliore considérablement sa résistance aux charges mécaniques extrêmes, le rendant adapté aux microcapteurs et aux pièces à forte usure.

Mode galvanostatique/impulsionnel : augmentation de la proportion de la phase « molle » de semicarbure de tungstène (W₂C) à 65 %, croissance de cristaux de l'ordre de plusieurs centaines de nanomètres à la surface des fibres, avec un module d'élasticité ajustable jusqu'à 524 GPa, augmentant significativement la surface spécifique et les interfaces de phases, offrant ainsi une morphologie microscopique idéale pour les supports de catalyseurs chimiques et électrocatalyseurs.

Le chercheur Vladimir Dolmatov souligne que cette étude s'inscrit dans le cadre du projet du Centre d'ingénierie des technologies d'extraction des minéraux solides et de traitement écologique intégré de l'Arctique russe. Le Centre scientifique de Kola avait déjà réussi auparavant à déposer des carbures de tantale, de niobium, de molybdène et de chrome sur des fibres de carbone, et publiera prochainement des données relatives au carbure de titane. Ce composite « fibre de carbone-carbure de métal réfractaire » conserve non seulement les propriétés physiques de légèreté et de haute résistance des fibres de carbone, mais combine également l'excellente dureté et l'activité électrocatalytique du carbure de tungstène (notamment dans des réactions telles que la décomposition du peroxyde d'hydrogène). Ces résultats ouvrent de vastes perspectives d'application pour les microcapteurs nucléaires en environnements physiques extrêmes, les pièces structurelles pour l'exploration spatiale lointaine, les adsorbants sélectifs et les substrats électrocatalytiques à haute activité.