Zhigang Zak Fang remporte le prix Humboldt

Reposté du Collège des sciences.

Le métal titane (Ti), prisé pour son rapport résistance/poids élevé, sa résistance à la corrosion et sa biocompatibilité, est un matériau essentiel dans les applications aérospatiales, de défense et médicales, mais son utilisation plus large est entravée par des coûts excessivement élevés.

C'est là qu'intervient le professeur de sciences des matériaux et de génie métallurgique Zhigang Zak Fang. Récemment récipiendaire du prestigieux Humboldt Research Award, Fang a développé une technologie révolutionnaire capable de produire une poudre de titane de haute qualité à faible émission de carbone à un coût considérablement réduit. Connue sous le nom de procédé de réduction métallothermique assistée par hydrogène (HAMR), la technologie développée par Fang est basée sur la découverte de nouvelles connaissances scientifiques sur les effets de l'hydrogène sur la stabilité des solutions solides de Ti à haute teneur en oxygène (jusqu'à 14% en poids).

"Le titane métallique est difficile à produire en raison de sa forte affinité avec l'oxygène", a déclaré Fang, qui a été informé plus tôt ce mois-ci de l'Humboldt, qui promeut la coopération scientifique entre les instituts de recherche aux États-Unis et en Allemagne. Il a découvert que la liaison entre le titane et l'oxygène peut être déstabilisée en insérant des atomes d'hydrogène dans les réseaux de solutions solides d'oxyde de titane (II) (Ti-O), ce qui a conduit à une toute nouvelle approche pour produire de manière durable du titane à faible teneur en oxygène avec un minimum d'énergie et de coût.

« En réduisant considérablement les coûts et les émissions de dioxyde de carbone liés à la production de poudre de titane, le procédé HAMR a le potentiel de perturber et de transformer fondamentalement l'industrie mondiale du titane métallique », a poursuivi Fang.

Aujourd'hui, les États-Unis importent près de 100 % de "l'éponge de titane" qu'ils consomment chaque année, fabriquée selon un processus plus ancien, inefficace, coûteux et énergivore. La Chine et la Russie contrôlent environ 70 % du marché mondial de l'éponge de titane, créant une vulnérabilité importante de la chaîne d'approvisionnement pour un métal essentiel à la défense nationale américaine. Le processus actuel du marché pour créer du titane métallique chauffe le minerai de titane à 1 800 degrés Fahrenheit et réagit avec le chlore gazeux et le coke de pétrole pour produire du tétrachlorure de titane. Ce composé chimique est purifié, réduit par du magnésium fondu dans une atmosphère d'argon pendant jusqu'à quatre jours, puis distillé sous vide dans la forme poreuse et cassante de titane connue sous le nom d'"éponge". Il est ensuite broyé et fondu pour fabriquer des lingots et d'autres livrables de l'usine de titane qui sont envoyés aux fabricants de produits en titane.

CRÉDIT PHOTO : Université de l'Utah

Zhigang Zak Fang, professeur de génie métallurgique (à droite) et Pei Sun, chercheur associé au laboratoire de recherche sur la métallurgie des poudres (à gauche) décrivent le processus de réduction du dioxyde de titane commercial en poudre de titane pur finale.

Les recherches de Fang, qui ont conduit à la technologie HAMR, promettent d'améliorer considérablement l'efficacité énergétique. Le procédé HAMR peut produire du titane primaire à partir de minéraux ou de déchets de titane. Le résultat est que les déchets de titane à haute teneur en oxygène sont transformés en poudres de titane à faible teneur en oxygène qui respectent ou dépassent les normes strictes de l'industrie aérospatiale et biomédicale.

La poudre de titane peut être utilisée pour la fabrication additive ou utilisée par la métallurgie des poudres pour fabriquer des produits dans un large éventail d'applications exigeantes, notamment l'aérospatiale, la défense, le biomédical et d'autres applications civiles, avec une durabilité considérablement accrue.

Chaque année, la Fondation Alexander von Humboldt accorde jusqu'à 100 bourses de recherche Humboldt à des chercheurs étrangers de toutes disciplines de renommée internationale en reconnaissance de leur dossier académique à ce jour. Le prix Humboldt, également connu sous le nom de Humboldt Research Award avec un prix en espèces de 60 000 euros, est décerné chaque année à des scientifiques et des universitaires de renommée internationale et porte le nom du regretté naturaliste et explorateur prussien Alexander von Humboldt.

Inventeur d'une série de technologies de procédés, Fang est un innovateur mondialement reconnu dans les domaines du carbure de tungstène cémenté, des métaux réfractaires, du titane, de la métallurgie des poudres et de l'hydrure métallique pour le stockage de l'hydrogène et de l'énergie thermique. Avant de rejoindre l'U, Fang a mené une carrière réussie en R&D industrielle pendant plus d'une décennie. Il est auteur ou co-auteur de plus de 180 publications évaluées par des pairs. Il est le seul ou co-inventeur nommé dans plus de 60 brevets américains délivrés. Il a fondé/cofondé deux entreprises en démarrage et a commercialisé avec succès plusieurs technologies de carbure de tungstène et de titane.

Le Humboldt est loin d'être la première reconnaissance de Zak Fang pour son travail. Il est membre de l'Académie nationale des inventeurs, ASM et APMI, respectivement. En 2009, il a été lauréat d'un R&D100 Award. Il est également rédacteur en chef de l'International Journal of Refractory Metals & Hard Metals, la revue scientifique phare des métaux réfractaires.