Comportement tribologique de matériaux composites à fibres de carbone et à matrice céramique dans le système Si-C PDF Download
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Book Description
L'une des méthodes possibles pour agir sur les propriétés de friction des composites C/C consiste à introduire du carbure de silicium dans la matrice. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'incidence de cette modification sur le comportement tribologique et d'identifier les mécanismes impliqués. Pour cela, différents composites à matrice hybride ont été élaborés puis testés sur un tribomètre de laboratoire et sur un banc d'essai industriel. Par rapport aux C/C de reférence, ces matériaux présentent des coefficients de frottement et des taux d'usures généralement supérieurs, en raison de l'effet abrasif du carbure de silicium. Dans des conditions très sévères, le coefficient de frottement peut diminuer fortement, suite à la mise en place d'un mécanisme proche de la lubrification. Ces résultats mettent en évidence les aspects mécaniques et hysico-chimiques de l'action du carbure de silicium sur les propriétés tribologiques des composites à matrice hybride à différentes échelles de sollicitation. Enfin, l'influence de la présence de silicium libre dans la matrice a été abordée.
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L'une des méthodes possibles pour agir sur les propriétés de friction des composites C/C consiste à introduire du carbure de silicium dans la matrice. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'incidence de cette modification sur le comportement tribologique et d'identifier les mécanismes impliqués. Pour cela, différents composites à matrice hybride ont été élaborés puis testés sur un tribomètre de laboratoire et sur un banc d'essai industriel. Par rapport aux C/C de reférence, ces matériaux présentent des coefficients de frottement et des taux d'usures généralement supérieurs, en raison de l'effet abrasif du carbure de silicium. Dans des conditions très sévères, le coefficient de frottement peut diminuer fortement, suite à la mise en place d'un mécanisme proche de la lubrification. Ces résultats mettent en évidence les aspects mécaniques et hysico-chimiques de l'action du carbure de silicium sur les propriétés tribologiques des composites à matrice hybride à différentes échelles de sollicitation. Enfin, l'influence de la présence de silicium libre dans la matrice a été abordée.
Author: Marco Gigliotti Publisher: ISTE Group ISBN: 1784052833 Category : Composite materials Languages : fr Pages : 123
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L’utilisation des composites à matrice organique pour des applications structurales à haute température est de plus en plus souvent envisagée, notamment dans certaines zones de turbomachines aéronautiques. A cette fin, il devient nécessaire d’analyser les effets du vieillissement thermo-oxydant sur le comportement mécanique d’un polymère et des composites associés. Cet ouvrage met en relief des méthodologies expérimentales originales qui permettent, par analyse inverse, de développer et d’identifier une loi de comportement du polymère dépendant du vieillissement ainsi que les déformations d’origine chimique. Ces informations sont utilisées pour le calcul des contraintes internes induites par un vieillissement thermo-oxydant dans des composites unidirectionnels à fibres continues de carbone. Comportement mécanique des composites à matrice organique se différencie des autres ouvrages par son approche. Il examine des lois de comportement thermomécaniques locales dépendant de l’oxydation grâce à l’emploi d’essais couplés et non couplés à l’échelle microscopique. Il présente des modèles originaux afin d'intégrer toute la richesse de la phénoménologie observée expérimentalement, grâce à l'emploi de variables internes correctement choisies.
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Les propriétés originales des matériaux composites a matrice céramique, qui allient la stabilité des céramiques monolithiques a la non-fragilite des composites, en font des candidats privilégies pour les applications thermo structurales. Bien que mal connu a l'heure actuelle, leur comportement en fatigue est une donnée de première importance qu'il importe de déterminer. L'objectif de ce travail consiste a caractériser le comportement en fatigue d'un composite bidirectionnel a fibres et a matrice sic, et a identifier le mécanisme microstructural qui est a l'origine de la fatigue. Dans cette optique, le diagramme d'endurance a été établi en traction repetee et en flexion ondulée. La limite de fatigue ainsi mesurée est plus élevée que pour les matériaux classiques tels que les métaux, et des essais de fatigue cumulée ont permis d'améliorer la tenue en fatigue de ce matériau. L'étude de la fréquence d'essai a révèle une faible contribution de phénomènes dépendant uniquement du temps. Pour ce composite, l'hypothèse retenue pour expliquer l'effet de fatigue a température ambiante est la présence d'une érosion de la zone interfaciale, ce qui fournit un scénario théorique cohérent avec l'ensemble des observations expérimentales. Cependant, en vue d'une généralisation a un plus grand nombre de composites a matrice céramique ou vitrocéramique, la modélisation proposée devra être complétée en intégrant les effets qui sont lies a la structure du renfort fibreux et a la présence d'autres mécanismes d'endommagement tels que la propagation sous critique par corrosion sous contrainte
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LES TRAVAUX DE RECHERCHE ONT CONSISTE EN L'ETUDE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE DES MATERIAUX COMPOSITES A FIBRE ET A MATRICE CERAMIQUE. CES MATERIAUX, ELABORES PAR LA SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION, SONT CONSTITUES D'UNE MATRICE DE CARBURE DE SILICIUM ET D'UNE STRUCTURE FIBREUSE, SOIT DE CARBONE (COMPOSITE C/SIC), SOIT DE CARBURE DE SILICIUM (COMPOSITE SIC (NICALON)-SIC). SUR LE PLAN MACROSCOPIQUE, L'ETUDE DU COMPORTEMENT A LA RUPTURE DES DEUX MATERIAUX S'APPUIE LARGEMENT SUR LA TECHNIQUE DES COURBES DE RESISTANCE A LA PROPAGATION DE FISSURE (COURBE R). L'ETUDE EXPERIMENTALE PERMET, D'UNE PART LA CARACTERISATION THERMOMECANIQUE DU COMPORTEMENT DE CES MATERIAUX SOUS DIVERSES CONDITIONS DE TRAITEMENTS CHIMIQUES ET THERMIQUES. D'AUTRE PART, AU VU DES RESULTATS PRECEDENTS, LA VALIDITE DES COURBES R EST DISCUTEE. CETTE ANALYSE EST COMPLETEE PAR UNE CARACTERISATION FINE DE LA FISSURE PAR RADIOGRAPHIE X ET MARQUAGE THERMIQUE. DANS LE COMPOSITE SIC/SIC, LA ZONE ENDOMMAGEE, CONSTITUEE PRINCIPALEMENT D'UNE FISSURE MATRICIELLE PONTEE PAR DES FIBRES, EST LE SIEGE DE L'ABSORPTION D'ENERGIE PAR FROTTEMENT FIBRES-MATRICE, ET LE PHENOMENE D'EXTRACTION DE FIBRES EST A L'ORIGINE DU COMPORTEMENT NON FRAGILE. LA MODELISATION THEORIQUE DE CE PHENOMENE CONDUIT A LA DETERMINATION DES DISTRIBUTIONS DE LONGUEURS EXTRAITES QUI, RELIEES A L'ANALYSE MORPHOLOGIQUE DES FACIES DE RUPTURE, PERMET DE CONCLURE SUR LE TRANSFERT DE CHARGE FIBRE-MATRICE. UNE EBAUCHE DU CALCUL DES DIFFERENTS TERMES ENERGETIQUES CONFIRME LA PART IMPORTANTE DU MECANISME D'EXTRACTION DE FIBRES. LES RESULTATS THEORIQUES SONT COMPARES A L'ETUDE EXPERIMENTALE AFIN DE PRECISER LE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE DES MATERIAUX ET LES PARAMETRES MICROMECANIQUES QUI INTERVIENNENT
Author: Serge Marion Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 309
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L'etude se propose de rechercher les relations entre la microstructure du matériau composite à matrice céramique c/sic, constitué de fibres de carbone noyées dans une matrice de carbure de silicium, et ses propriétés mécaniques en traction à température ambiante, en termes de phénomènes d'endommagement et de courbes contrainte-déformation. L'étude microstructurale de l'état initial des matériaux, à renfort bidirectionnel tissé et à renfort pseudo-unidirectionnel, montre que la présence d'une interphase de carbone pyrolytique n'a pas d'influence sur la distance entre les fissures matricielles transversales et sur l'écartement de leurs lèvres. De plus, un modèle analytique donnant les contraintes d'origine thermique permet d'évaluer la contrainte à la rupture de la matrice. L'essai de traction sous microscope électronique à balayage et la présence de grilles microextensométriques déposées sur les éprouvettes montrent que l'interphase de carbone pyrolytique influe sur ses propriétés mécaniques, si son épaisseur est suffisamment élevée, en mettant en jeu divers mécanismes d'endommagement. Dans ce cas, on corrèle les caractéristiques des courbes contrainte-déformation aux cinétiques d'apparition et d'ouverture des fissures en fonction de la contrainte appliquée.
Author: Ahmed Samah Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 187
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Les carbones en particulier le graphite, sont très utilisés dans le domaine de la tribologie. Leur domaine de coefficient de frottement permet des applications spécifiques : u faible pour les paliers et u fort pour les freins. Les collecteurs électriques nécessitent un emploi des matériaux ayant des propriétés mécaniques élevées tout en gardant celles du graphite, d'où l'emploi de composites C-C. Notre étude consite à évaluer le comportement tribologique de deux types de composites C-C de structures différentes, l'un étant issé en "taffetas" 2D et l'autre "tricoté" en 3D, avec et sans courant électrique, dans une configuration pion en cuivre/disque en composite. L'étude tribologique des deux couples est menée sans courant électrique sous atmosphère ambiante. Deux états des deux couples est menée sans courant électrique sous atmosphère ambiante. Deux états de frottement ont été obtenus pour le couple cuivre/composite C-C 2D. L'un est caractérisé par un frottement faible et une usure faible, l'autre pour un frottement élevé et une usure sévère et un état intermédiaire dont le coefficient de frottement u est compris entre 0.3 et 0.6. Pour un couple cuivre/composite C-C 3D, deux états de frottement ont été obtenus, caractérisés par un frottement faible et usure faible et une autre ayant un frottement u inférieur à 0.3 sans dépasser 0.45, l'usure reste faible par rapport à celle du premier couple. Sous l'influence d'un courant électrique continu et l'influence des sollicitations mécaniques. La résistance électrique de contact et le coefficient de frottement sont enregistrés simultanément. Nous avons mesuré le microdureté et la rugosité moyenne des surface en frottement. Des observations par MEB et des analyses par EDS ont été effectués afin d'étudier l'influence de la strucure, l'orientation des fibres et le rôle des fibres et films formés ou transférés sur les surfaces en contact dynamiques, sur le comportement tribologique des couples utilisés. Nous avons fait une étude sur les différents cas de rupture des fibres et de la matrice sous différentes sollicitations existantes durant un contact glissant. En utilisant la tenacité des matériaux constitutifs, nous avons déterminé l'ordre de rupture entre la matrice, la fibre et l'interface fibre/matrice et sous quel type de sollicitation la propagation de fissure est imminente.
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L'APPLICATION DIRECTE DE LA MECANIQUE LINEAIRE ELASTIQUE DE LA RUPTURE AUX CERAMIQUES ENDOMMAGEABLES POSE DE NOMBREUX PROBLEMES TOUCHANT AUX CONCEPTS DE BASE. D'AUTRE PART LES THEORIES ANALYTIQUES PORTANT SUR LA MODELISATION DU COMPORTEMENT DE COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS NE PEUVENT PAS ETRE UTILISEES DANS LE CAS DE MATERIAUX COMPLEXES TELS LES MATERIAUX COMPOSITES A FIBRES TISSEES. CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE DU COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE DE COMPOSITES A FIBRES TISSEES 2D. L'EXPERIENCE ACQUISE AU LABORATOIRE DANS L'ETUDE DU C-SIC NOUS A PERMIS DANS UN PREMIER TEMPS D'UTILISER DANS LE CAS DU SIC-SIC A TEMPERATURE AMBIANTE LES MODELES ENERGETIQUES PROPOSES DANS LA LITTERATURE, TENANT COMPTE DES PHENOMENES ANELASTIQUES. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS AVONS COMPARE LE COMPORTEMENT DU SIC-SIC A L'AMBIANTE ET A HAUTE TEMPERATURE SOUS AIR. NOUS AVONS MONTRE QUE LE SIC-SIC DOIT SA HAUTE TENUE MECANIQUE AUX PROPRIETES DE L'INTERFACE QUI LAISSE GLISSER LA FIBRE DANS SA GAINE DE MATRICE, PERMETTANT DES LONGUEURS D'EXTRACTION DE FIBRES IMPORTANTES. C'EST EGALEMENT LA MODIFICATION DE CETTE INTERFACE QUI EST PRINCIPALEMENT RESPONSABLE DE LA DEGRADATION DES PROPRIETES MECANIQUES A HAUTE TEMPERATURE SOUS AIR. BIEN ENTENDU CES MATERIAUX NE SONT PAS UTILISABLES DANS CES CONDITIONS, A MOINS D'UTILISER UNE COUCHE PROTECTRICE
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CHAQUE COMPOSITE EST CONSTITUE D'UNE FIBRE NICALON A BASE DE SIC REVETUE DE BETA -SIC PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR BASSE PRESSION. UNE MACHINE DE TRACTION ADAPTEE A CES MATERIAUX A ETE DEVELOPPEE, AINSI QU'UNE METHODOLOGIE POUR CARACTERISER LEUR COMPORTEMENT MECANIQUE (COURBE EFFORT-DEFORMATION, TRANSFERT DE CHARGE, FRICTION FIBRE (MATRICE, MODULE D'YOUNG ET ENDOMMAGEMENT). LES COMPOSITES SIC/O/SIC ELABORES SANS INTERPHASE DE CARBONE PRESENTENT UNE RUPTURE FRAGILE: UNE FISSURE MATRICIELLE UNIQUE TRAVERSE LA FIBRE. LES COMPOSITES SIC/C/SIC AYANT SUBI UN TRAITEMENT DE SURFACE ONT UN COMPORTEMENT MECANIQUE NON LINEAIRE ANALOGUE A CELUI DES COMPOSITES UNIDIRECTIONELS: MULTIFISSURATION MATRICIELLE TRANSVERSE AVEC BIFURCATION DES FISSURES A L'INTERFACE FIBRE/MATRICE. SUR CE DERNIER SYSTEME, ON A DETERMINE LA CONTRAINTE MOYENNE DE FRICTION A L'INTERFACE
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CES RECHERCHES ONT EU POUR OBJECTIF DE METTRE AU POINT DES COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS A FIBRES CONTINUES DE CARBONE ET MATRICE VITROCERAMIQUE YMAS POUR DES UTILISATIONS EN FROTTEMENT SEC. LES COMPOSITES RENFORCES PAR DES FIBRES DE CARBONE EX-BRAI, P25 ET P55, OU EX-PAN T400H (V#F=35%) SONT OBTENUS PAR IMPREGNATION, BOBINAGE ET FRITTAGE SOUS CHARGE. LE SUIVI DE LA MICROSTRUCTURE ET DU COMPORTEMENT A LA RUPTURE DES MATERIAUX ONT PERMIS DE DETERMINER LES CONDITIONS OPTIMALES DU FRITTAGE (CHAUFFE ET REFROIDISSEMENT A 25C/MN ; PALIER D'UNE HEURE A 1050C AVEC UNE PRESSION UNIAXIALE DE 10 MPA POUR LES COMPOSITES A FIBRES EX-BRAI ; PALIER D'UNE HEURE A 1150C AVEC UNE PRESSION UNIAXIALE DE 10 MPA POUR LES COMPOSITES A FIBRES EX-PAN). A CAUSE DES DIFFERENCES DE DILATATION THERMIQUE ENTRE LES FIBRES ET LA MATRICE, LORS DU REFROIDISSEMENT, APPARAISSENT DES CONTRAINTES DE TENSION DANS LA MATRICE QUI ENTRAINENT SA MICROFISSURATION ET INFLUENT SUR LA LIAISON FIBRE-MATRICE. CES CONTRAINTES D'ORIGINE THERMIQUE ONT PU ETRE EVALUEES, DE LA TEMPERATURE DE FRITTAGE A L'AMBIANTE, A PARTIR DES COEFFICIENTS DE DILATATION THERMIQUE DES FIBRES ET DE LA MATRICE ET D'UN MODELE QUE NOUS AVONS ADAPTE A L'ANISOTROPIE THERMOELASTIQUE DES FIBRES DE CARBONE. L'EVOLUTION DU MODULE D'YOUNG APPARENT AVEC LA TEMPERATURE, MESURE PAR TECHNIQUE ULTRASONORE LORS DE LA SIMULATION D'UN REFROIDISSEMENT, CONFIRME L'APPARITION DES MICROFISSURES. L'OBSERVATION DE L'INTERFACE FIBRE/MATRICE PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION ET LA MICROINDENTATION DE FIBRES ONT PERMIS DE DEFINIR LA NATURE ET LA FORCE DE L'INTERFACE EN FONCTION DU CYCLE D'ELABORATION. LE FROTTEMENT ET L'USURE DES COMPOSITES ELABORES DANS LES CONDITIONS OPTIMALES ONT ETE ETUDIES SOUS AIR, DANS LA GAMME DE TEMPERATURE 20-400C, SUR UN TRIBOMETRE A VITESSE DE ROTATION CONSTANTE, DANS LA CONFIGURATION DISQUE/DISQUE (COMPOSITE/COMPOSITE), EN FAISANT VARIER LES PARAMETRES EXPERIMENTAUX: VITESSE ET FORCE NORMALE. LES COEFFICIENTS DE FROTTEMENT SONT COMPRIS ENTRE 0,15 ET 0,6 ET L'USURE EST TRES FAIBLE. LES MECANISMES D'ACCOMMODATION DE VITESSE ONT ETE IDENTIFIES A PARTIR DE L'OBSERVATION EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE DES SURFACES USEES, ET D'OBSERVATIONS DYNAMIQUES A TRAVERS UN VERRE FROTTANT CONTRE UN COMPOSITE, AU COURS D'ESSAIS EN PETITS DEBATTEMENTS
Author: Eric Inghels Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 332
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DANS LE CAS DE COMPOSITES CERAMIQUES A FIBRES CONTINUES, L'EXISTENCE DE PLUSIEURS MECANISMES DE DEGRADATION PEUT RENDRE LE COMPORTEMENT NON-LINEAIRE, LA CARACTERISATION NECESSITANT ALORS UNE APPROCHE SPECIFIQUE A CHAQUE TYPE DE MATERIAU. ON DEVELOPPE UNE TELLE APPROCHE DANS LE CAS DE DEUX COMPOSITES TISSES C/SIC ET SIC/SIC. ON REALISE ET ON INTERPRETE DES ESSAIS MECANIQUES A PARTIR D'EPROUVETTES DE TRACTION, DE FLEXION ET D'EPROUVETTES ENTAILLEES. ON PROPOSE UNE APPROCHE THEORIQUE DU COMPORTEMENT MECANIQUE POUR ILLUSTRER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
Author: Stéphanie Fouquet
Author: Stéphanie Fouquet
Author: Marco Gigliotti
Author: Pascal Reynaud
Author: GILLES.. NAVARRE
Author: Serge Marion
Author: Ahmed Samah
Author: Pascal Fourvel
Author: Luc Grateau
Author: Valérie Bianchi
Author: Eric Inghels