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Comment faire du "diamant" sans diamant !

Le docteur Natalia Dubrovinskaia et ses collègues des Universités de Bayreuth et Heidelberg viennent à nouveau de faire parler d'eux. Après avoir obtenu un matériau à base de carbone plus dur que le diamant, c'est maintenant un matériau presque aussi dur que le diamant, mais sans carbone, qu'ils sont parvenus à synthétiser.

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Le nitrure de bore présente une phase cristalline du type de celle du diamant et c'est un bon abrasif, par conséquent c'était un bon candidat pour obtenir un matériau presque aussi dur que le diamant. De fait, plusieurs groupes de chercheurs étaient déjà parvenus à créer à partir de ce nitrure des matériaux qui se classaient second, juste derrière le diamant, du point de vue de la dureté.

Tête de forage équipée de diamants synthétiques polycristallins (Crédits : ©2005 Sandia Corporation).
Tête de forage équipée de diamants synthétiques polycristallins (Crédits : ©2005 Sandia Corporation).

Malheureusement, si l'on voulait les utiliser pour remplacer les diamants artificiels produits à grandes échelles et employés pour des têtes de forages ou autres applications similaires, un inconvénient majeur en limitait aussitôt les applications. Ils sont en effet assez instables à hautes températures, or il est bien connu que sous l'action du frottement, de tels outils voient leur température augmenter !

L'équipe de Natalia Dubrovinskaia, en utilisant des nanocristaux de nitrure de bore, est la première au monde à créer un quasi équivalent du diamant, libre de cet inconvénient.

En effet, il faut savoir que, pour les matériaux polycristallins, il existe une taille optimale des cristaux agglomérés pour obtenir le maximum de dureté. C'est souvent la taille du nanomètre environ et de fait, dans ce cas précis, les cristaux mesurent 14 nanomètres. Le véritable secret de la dureté du nouveau matériau réside en fait dans la double structure de ses cristaux. Il y a une phase cristalline à l'échelle du nanomètre et une autre à une échelle inférieure (subnanométrique).

Si l'on utilise l'indice de dureté Vickers et qu'on le relie à la pression exercée lors d'un test de dureté, un monocristal de diamant aura un indice de 100 giga-pascals ou 100 GPa. Dans le cas d'un monocristal de nitrure de bore on tombe à 50 GPa.

Le composé polycristallin synthétisé obtient, lui, un indice de 85 GPa et il reste stable thermiquement jusqu'à 1600 K. Il possède donc toutes les caractéristiques désirées pour satisfaire les besoins de l'industrie!


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