Système de préparation de poudres de céramique hybrides

Le 27 septembre, 2019

• La pièce jointe n° 1 a été ajoutée. Le document comprend des questions et des réponses liées au défi.

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Le présent avis du défi est publié en vertu de l’appel de propositions (002) du programme Solutions innovatrices Canada (SIC) (EN578-170003/C). Pour obtenir des renseignements généraux sur le SIC, les soumissionnaires peuvent visiter le site Web du SIC à cet effet.

Veuillez consulter les documents de l’appel de propositions qui contiennent le processus de soumission d’une proposition.

Étapes à suivre :

Étape 1 : lire ce défi

Étape 2 : lire l’appel de propositions

Étape 3 : proposez votre solution ici

TITRE DU DÉFI : Système de préparation de poudres de céramique hybrides

PROMOTEUR DU DÉFI : Conseil national de recherches du Canada (CNRC)

Mécanisme de financement : Contrat

VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ

Ce défi peut entraîner la création de plusieurs contrats.

Le financement maximal pour tout contrat de la phase 1 découlant de ce défi est de 150 000 $ CA (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s’il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu’à 6 mois.

Le financement maximal pour tout contrat de la phase 2 découlant de ce défi est de 1 000 000 $ CA (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s’il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu’à 24 mois. Seules les entreprises admissibles qui ont effectué la phase 1 avec succès seront prises en compte dans le cadre de la phase 2.

Le fait de divulguer l’estimation du financement disponible n’engage aucunement le Canada à payer cette somme.

DÉPLACEMENTS :

À la Phase 1, on s’attend à ce que deux réunions exigent du (des) soumissionnaire(s) retenu(s) les déplacements suivants :

Réunion de lancement

Edmonton (Alberta)

Réunion d’examen final

Edmonton (Alberta)

Toutes les autres communications devraient avoir lieu par téléphone

Sommaire du problème

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) cherche à acquérir un procédé de traitement des poudres de céramique permettant de passer d’une poudre de céramique brute à une poudre de céramique hybride frittable dont les grains sont uniformément recouverts de nanotubes de carbone. Le procédé proposé devra produire au moins 1 kg de poudre hybride par heure. Le CNRC entend utiliser ce procédé pour poursuivre ses recherches sur les applications possibles du nouveau composite plus résistant ainsi obtenu, par exemple des blindages légers.

Énoncé du problème

Les nanotubes de carbone se prêtent bien au renforcement mécanique des matériaux composites, notamment les composites céramiques. L’agrégation des nanotubes de carbone a cependant empêché l’exploitation de ce potentiel. Pour surmonter ce problème d’agrégation, les nanotubes de carbone peuvent être déposés par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur sur la poudre de céramique préalablement imprégnée de catalyseur. La poudre hybride résultante peut ensuite être frittée, c’est-à-dire comprimée à haute température et sous haute pression, pour obtenir une plaque composite solide. Les nanotubes sont déposés dans un état non agrégé sur la poudre de céramique et restent ainsi après le frittage, comme il le faut, mais le manque d’uniformité du dépôt engendre des faiblesses dans le matériau. Pour obtenir une distribution uniforme des nanotubes de carbone non agrégés dans le composite, il faut les déposer de manière uniforme sur les grains de la poudre de céramique, ce qui présente toutefois des défis techniques. En effet, le catalyseur provoque l’agglomération de la poudre, et il est nécessaire d’assurer un flux gazeux uniforme autour des grains de poudre de céramique recouverts de catalyseur durant le dépôt chimique en phase vapeur. Le défi à relever consiste à surmonter ces obstacles. Le CNRC cherche à acquérir un procédé de préparation de poudres de céramique permettant de passer d’une poudre de céramique brute à une poudre de céramique hybride frittable dont les grains sont uniformément recouverts de nanotubes de carbone. Le procédé proposé devra produire au moins 1 kg de poudre hybride par heure.

Résultats souhaités et éléments à considérer

Résultats essentiels (obligatoires)

Les solutions proposées doivent :

1. Produire une distribution uniforme de nanotubes de carbone, pour des charges allant jusqu’à 3 % (en poids), sur la surface de grains d’alumine broyée à partir d’une poudre d’alumine vierge. La poudre d’alumine vierge doit présenter une granulométrie inférieure ou égale à 0,5 µm (d50). La charge doit être mesurée (par analyse thermogravimétrique dans l’air) avec une précision supérieure à 0,1 %. L’uniformité du dépôt doit pouvoir être confirmée par microscopie électronique à balayage, et la poudre obtenue ne doit comporter aucune région où les grains d’alumine ne sont pas chargés de nanotubes.
2. Déposer des nanotubes de carbone de haute qualité sur les grains de la poudre, comme pourront le confirmer des observations par spectroscopie Raman, par analyse thermogravimétrique, par spectroscopie électronique à balayage et par microscopie électronique à transmission. Le spectre Raman et le thermogramme d’ATG doivent mettre en évidence la présence de nanotubes de carbone de haute qualité, à paroi simple ou à parois multiples. L’imagerie par microscopie électronique à balayage doit révéler des nanotubes droits, présentant un rapport de forme élevé (de longueur élevée par rapport à leur diamètre). L’imagerie par microscopie électronique à transmission doit mettre en évidence un degré élevé de graphitisation.
3. Permettre le dépôt de nanotubes de carbone sur des poudres de carbure de silicium.
4. Offrir des vitesses de traitement des poudres supérieures à 1 kg/h.
5. Comprendre tous les systèmes de verrouillage nécessaires pour une exploitation sécuritaire et en mains libres par un opérateur qualifié.
6. Être automatisée pour un fonctionnement répétitif programmable
7. Être capable de fonctionner durant 24 h sans interruption.
8. Comprendre l’espace nécessaire au rangement et à l’utilisation sécuritaires des gaz nécessaires au procédé.
9. Comprendre tous les systèmes de traitement des émissions gazeuses nécessaires pour une exploitation sécuritaire.
10. Occuper une superficie inférieure à 10 m² et être moins de 3 m de hauteur.
11. Fonctionner à des pressions allant de la pression atmosphérique et à des pressions inférieures à 0,1 bar.

Résultats souhaités supplémentaires

NA

Historique et contexte

Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC) et ses clients s’intéressent particulièrement aux composites à base de nanotubes de carbone et de céramique pour la mise au point de blindages légers. Dans le cadre du projet de recherche technologique sur des plaques de blindage en céramique financé par RDDC, le CNRC, en collaboration avec Ressources naturelles Canada (RNCan) et RDDC, explore les méthodes susceptibles de produire et de fritter des matériaux à base de céramique et de nanotubes de carbone pour la fabrication de plaques en composite. La transformation de poudres de céramique ultrafines (p. ex., la poudre d’alumine réactive superfine Alteo P172LSB, 99,8 %, 0,4 µm D50) en poudres hybrides contenant des nanotubes de carbone par dépôt chimique en phase vapeur suivi d’un frittage sous haute pression s’est avérée être un procédé très prometteur. Actuellement, les progrès sont néanmoins limités par le réacteur discontinu utilisé pour le dépôt chimique en phase vapeur. Ces limitations sont liées à l’inhomogénéité de la poudre hybride frittable, qui cause une inhomogénéité du composite fritté. Cette inhomogénéité semble avoir deux origines. La première est la formation de grumeaux dans la poudre de céramique lors du dépôt du catalyseur. Pour y remédier, la poudre imprégnée du précurseur du catalyseur est dans un premier temps calcinée dans l’air puis passée au broyeur à jet fluide. Cette méthode est efficace, mais très longue et coûteuse. Une méthode plus efficiente est désirable et pourrait consister à déposer simultanément le catalyseur et les nanotubes de carbone (méthode dite du « dépôt chimique en phase vapeur avec catalyseur flottant »). La seconde origine est liée au traitement discontinu statique utilisé. À l’heure actuelle, la poudre est placée dans un bac pour pouvoir être traitée. Le fonctionnement est donc discontinu, par lot. Ce mode de fonctionnement s’accompagne d’un effet d’appauvrissement du mélange gazeux au fur et à mesure qu’il pénètre dans la poudre, ce qui se traduit par un dépôt plus dense en nanotubes de carbone près de la surface qu’en profondeur. Le CNRC ne possède pas pour le moment de méthode permettant de surmonter ce problème. Des fours rotatifs, disponibles sur le marché, pourraient être utilisés pour agiter la poudre après avoir été transformés en chambres de dépôt chimique de nanotubes de carbone en phase vapeur. D’autres méthodes peuvent également être envisagées, notamment la mise au point de réacteurs à lit fluidisé ou de chambres de déposition d’aérosols.

DEMANDES DE RENSEIGNEMENTS

Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à TPSGC.SIC-ISC.PWGSC@tpsgc-pwgsc.gc.ca au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.