Conductivité thermique des alliages métalliques amorphes en conditions cryogéniques et applications

Thermal conductivity of metallic glasses under cryogenic conditions and applications

• Auteur / Autrice : Alexis Lenain
• Direction : Jean-Jacques Blandin, Sébastien Gravier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Keryvin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Fleury, Stéphane Godet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verres métalliques

Basses températures -- Recherche

Conductivité thermique

Mots clés libres

Verres métalliques

Conditions cryogéniques

Conductivités thermiques

Metallic Glasses

Cryogenic conditions

Thermal conductivity

Résumé

Les alliages métalliques amorphes possèdent une structure désordonnée sansordre atomique local à longue distance contrairement aux alliages cristallins. Cettestructure leur confère des propriétés particulières, ouvrant la voie à de nombreusesapplications industrielles. En particulier, leur conductivité thermique est faiblecomparée aux autres matériaux métalliques du fait de l'absence de réseau cristallin.Ces alliages possèdent ainsi des propriétés isolantes permettant de minimiser lespertes thermiques par conduction. Ce travail de thèse porte d'une part sur lacompréhension des mécanismes intervenant dans la conductivité thermique desalliages métalliques amorphes, permettant d'identifier des compositions adaptées.Différentes méthodes d'optimisation des propriétés thermiques ont été étudiées etont permis de développer une composition optimisée à faible conductivité thermique.D'autre part, la capacité à être assemblé a été étudiée dans l'objectif d'intégrer ces alliages dans un dispositif industriel. Deux techniques d'assemblage ont étéconfrontées permettant de développer une solution à court et à long terme. Deuxbrevets protégeant l'utilisation de compositions avantageuses obtenus grâce auxrésultats de ce travail ont été déposés. Par ailleurs, des prototypes ont été réalisés en utilisant les procédés étudiés dans ce travail et présentent des performances augmentées par rapport à la solution actuelle.

Bulk metallic glasses possess an amorphous structure without any atomic longrange ordering unlike their crystalline counterparts. They exhibit particularproperties due to this amorphous structure, which is very promising for futureindustrial applications. In particular, their thermal conductivity is very low compared to other metallic materials due to the absence of crystalline lattice. Thus, these alloys show some insulating properties, leading to low heat losses. This PhD work focuses on understanding the mechanisms that occur in thermal conductivity of bulk metallic glasses in order to identify suitable compositions. Several optimization methods have been carried out to minimize the thermal properties and resulted in the development of an optimized composition showing low thermal conductivity. Secondly, their joining ability has been studied with the aim to implement these alloys in an industrial device. Two different joining techniques have been faced to provide a short and a long term solution. Eventually, two patents which protect the use of beneficial compositions developed in this work have been filed. Besides, prototypes have been produced using the two processes studied in this work and show enhanced performances compared to the current solution.