Elaboration par enroulement filamentaire et caractérisation de composites à matrice biphasée C-Sic renforcés par des fibres de carbonne PDF Download
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Book Description
Pour un coût réduit, des technologies de mise en oeuvre des composites carbone-carbone, telle l'impregnation en voie liquide à partir de résines cokéfiables, peuvent être adaptées afin de répondre au besoin des industries spatiales et de défense en matière de matériaux résistants à haute température et en atmosphère oxydante. Dans cette étude les composites sont élaborés par enroulement filamentaire ou "bobinage" d'une fibre de carbonne, technique dans laquelle l'incorporation de la matrice s'effectue simultanément à l'élaboration de l'architecture fibreuse. La matrice est composée d'une résine phénolique, à rendement de coke élevé, chargée d'une poudre de SiC qui constitue une protection in-situ contre l'oxydation du composite. La faisabilité d'un composite bobiné SiC/C par frittage naturel est étudiée en relation avec le comportement de matériaux existants. Puis, des composites C-SiC/C de la matrice constituant un compromis optimum entre résistance à l'oxydation (SiC) et résistance mécanique. Les conditions de la polymérisation sont étudiées en fonction de la composition et de l'épaisseur des produits traités. La caractérisation mécanique en flexion trois points de composites unidirectionnels plans permet d'établir les conditions du traitement de pyrolyse (température maximale et vitesse de montée en température). A partir de ces études préliminaires, deux compositions de barbotine sont retenues pour l'élaboration de composites cylindriques à architecture de renfort 1D, 2D, et "3D". La caractérisation de la microstructure, la résistance à des attaques thermiques en milieu oxydant et la résistance mécanique permettent une étude comparative des composites. La teneur en résine des barbotines d'imprégnation joue un rôle déterminant sur l'imprégnation du renfort fibreux, cela d'autant plus que le nombre de directions est important. Les évolutions de la microstructure qui en résultent conditionnent les propriétés thermiques et mécaniques des composites.
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Pour un coût réduit, des technologies de mise en oeuvre des composites carbone-carbone, telle l'impregnation en voie liquide à partir de résines cokéfiables, peuvent être adaptées afin de répondre au besoin des industries spatiales et de défense en matière de matériaux résistants à haute température et en atmosphère oxydante. Dans cette étude les composites sont élaborés par enroulement filamentaire ou "bobinage" d'une fibre de carbonne, technique dans laquelle l'incorporation de la matrice s'effectue simultanément à l'élaboration de l'architecture fibreuse. La matrice est composée d'une résine phénolique, à rendement de coke élevé, chargée d'une poudre de SiC qui constitue une protection in-situ contre l'oxydation du composite. La faisabilité d'un composite bobiné SiC/C par frittage naturel est étudiée en relation avec le comportement de matériaux existants. Puis, des composites C-SiC/C de la matrice constituant un compromis optimum entre résistance à l'oxydation (SiC) et résistance mécanique. Les conditions de la polymérisation sont étudiées en fonction de la composition et de l'épaisseur des produits traités. La caractérisation mécanique en flexion trois points de composites unidirectionnels plans permet d'établir les conditions du traitement de pyrolyse (température maximale et vitesse de montée en température). A partir de ces études préliminaires, deux compositions de barbotine sont retenues pour l'élaboration de composites cylindriques à architecture de renfort 1D, 2D, et "3D". La caractérisation de la microstructure, la résistance à des attaques thermiques en milieu oxydant et la résistance mécanique permettent une étude comparative des composites. La teneur en résine des barbotines d'imprégnation joue un rôle déterminant sur l'imprégnation du renfort fibreux, cela d'autant plus que le nombre de directions est important. Les évolutions de la microstructure qui en résultent conditionnent les propriétés thermiques et mécaniques des composites.
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LES PROPRIETES THERMOMECANIQUES D'UN COMPOSITE FIBREUX A MATRICE CERAMIQUE SONT LARGEMENT DEPENDANTES DE SA TEXTURE ET DE SA MICROSTRUCTURE. EN PARTICULIER, L'EXISTENCE D'UNE POROSITE MATRICIELLE AU SEIN DES TORONS DE FIBRES PEUT INFLUENCER LA PROPAGATION DE MICROFISSURES ET DONC LA RUPTURE DU COMPOSITE SOUS CONTRAINTE DE TRACTION. L'UTILISATION DU COULAGE EN BANDE COMME PROCEDE DE MISE EN FORME DES CMC PERMET D'ACCROITRE L'HOMOGENEITE INTRA ET EXTRA-TORON DES PLIS PREIMPREGNES ET DONC DES COMPOSITES APRES FRITTAGE SOUS CHARGE. CETTE TECHNIQUE DE MISE EN FORME A ETE APPLIQUEE AVEC SUCCES AUX COMPOSITES A FIBRES SI-C-O ET MATRICE MAS-L, FABRIQUES PAR AILLEURS PAR L'AEROSPATIALE SELON UN PROCEDE CLASSIQUE D'INFILTRATION EN BARBOTINE ET D'ENROULEMENT FILAMENTAIRE. APRES TRAITEMENT THERMIQUE VERS 750 C ET BROYAGE, LES PARTICULES DE MAS-L POSSEDENT LES PROPRIETES CHIMIQUES (NATURE DE LA SURFACE) ET PHYSIQUES (GRANULOMETRIE ET SURFACE SPECIFIQUE) ADAPTEES A L'IMPREGNATION DES TORONS DE FIBRES PAR COULAGE EN BANDE. LA DEFINITION DE LA COMPOSITION DE COULAGE ET L'ETUDE DU COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE DE LA BARBOTINE CONDUISENT A UN TAUX D'IMPREGNATION PROCHE DE 100 % ET UN DEGRE D'HOMOGENEITE ELEVE A L'INTERIEUR MEME DES TORONS DE FIBRES. L'OPTIMISATION DES CONDITIONS DE THERMOCOMPRESSION PERMET D'ACCROITRE LA DENSITE EN CRU DES COMPOSITES. DES PLAQUES DE MATRICE MAS-L SONT FABRIQUEES DANS LES MEMES CONDITIONS. LA CARACTERISATION DE LA MATRICE ET DES COMPOSITES AINSI REALISE A ETE ENTREPRISE SUR LE PLAN MICROSTRUCTURAL ET MECANIQUE, A TEMPERATURE AMBIANTE ET AU COURS DE TRAITEMENT ISOTHERMES JUSQU'A 1100C SOUS DIFFERENTES ATMOSPHERES. UNE TECHNIQUE ULTRASONORE A PERMIS DE SUIVRE LES VARIATIONS DU MODULE D'ELASTICITE DE LA MATRICE D'UNE PART, ET DES COMPOSITES D'AUTRE PART LE COMPORTEMENT A HAUTE TEMPERATURE DES COMPOSITES EST DIFFERENT SELON L'ATMOSPHERE. IL A ETE INTERPRETE SUR LA BASE DES EVOLUTIONS MICROSTRUCTURALES DE LA MATRICE ET DE REACTIONS CHIMIQUES A L'INTERFACE FIBRE/MATRICE METTANT EN JEU LA FIBRE, LA MATRICE ET L'INTERPHASE FIBRE/MATRICE.
Author: Jérôme Pora (Auteur d'une thèse en génie des matériaux (1996)).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 163
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Ce travail de thèse s'est articulé autour de deux pôles principaux : la mise au point de l'élaboration de matériaux composites par infiltration d'une préforme de fibres de carbone par de l'aluminium liquide sous l'action d'une pression de gaz, la caractérisation microstructurale et mécanique des matériaux obtenus. Ceci dans le but de définir des critères de choix des constituants et des conditions opératoires du procédé, et de proposer des méthodes de dimensionnent de ces matériaux à partir des caractéristiques du renfort et de la matrice. Une première phase de l'étude a mis en évidence les spécificités du procédé retenu. Elle a été mise à profit pour rédiger le cahier des charges d'un moyen expérimental d'élaboration utilisé pour la suite du projet. Une deuxième phase d'élaboration et de caractérisation de composites unidirectionnellement renforcés avec différents types de fibres et des alliages d'aluminium à teneur de magnésium variable a mis en évidence le rôle prépondérant de la liaison interfaciale sur les contraintes à rupture en sens longitudinal et en sens travers des matériaux considérés. Une troisième phase a été consacrée à l'emploi de tissus afin d'améliorer les caractéristiques transverses. Cette partie a permis de valider l'emploi de la théorie classique des stratifiés pour la prédiction des propriétés thermoélastiques des composites C/Al. La dernière partie de l'étude a porté sur l'optimisation d'un composite unidirectionnel à matrice AG10 renforcée par des fibres de carbone à très haut module K139, dans le but d'obtenir un compromis acceptable entre les contraintes à rupture en sens longitudinal et en sens travers. Une comparaison entre les modèles physiques de prédiction des contraintes et une analyse statistique des résultats d'essais mécaniques en fonction des conditions d'élaboration a été effectuée. Compte tenu de l'expérience et des résultats acquis, plusieurs voies ont été suggérées pour approfondir ce travail, et l'utiliser dans la construction aéronautique et spatiale.
Author: Christophe Even Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 228
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Des matériaux composites à matrice de titane renforcée par des fibres continues de carbone ont été élaborés par un procédé basé sur la métallurgie des poudres et dont certaines facettes sont proches de techniques utilisées pour les céramiques et pour les matériaux composites à matrice polymère. La mise en oeuvre de ce procédé a été confrontée à diverses difficultés que des études partielles ont permis de surmonter : la préparation de poudres de titane particulièrement fines, le couplage entre ces poudres et les mèches de fibres de carbone, le déliantage, la consolidation et la densification de la matrice de titane sous pression et à haute température. Bien que la faisabilité du procédé ait été démontrée, l'utilisation de poudres de titane insuffisamment fines ne permet pas d'incorporer des fractions volumiques de fibres de plus d'une dizaine de pour-cent, ce qui limite considérablement l'effet de renforcement évalué par des essais de traction. En revanche, l'incorporation dans les mèches de poudres d'hydrure de titane ne dépassant pas quelques microns a permis d'atteindre des fractions volumiques de plus de 30%.
Author: Christine Droillard Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 128
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DES INTERPHASES COMPOSEES DE COUCHES ALTERNEES DE CARBONE ET DE SIC, VISANT A AMELIORER LES PROPRIETES MECANIQUES DES COMPOSITES SIC/SIC, ONT ETE ELABOREES PAR CVI. L'ANALYSE DE LA STRUCTURE DES COUCHES PUIS DES FISSURES EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION PERMET DE MIEUX COMPRENDRE LES MECANISMES DE FISSURATION AU SEIN D'UNE INTERPHASE SEQUENCEE. LE COMPORTEMENT MECANIQUE A ETE CARACTERISE GRACE A DES ESSAIS DE TRACTION, EN FONCTION DE CERTAINES PROPRIETES INTERFACIALES (#0, L#S, #S, ...). LES PROPRIETES MECANIQUES ONT ENSUITE ETE EXAMINEES PAR LE CONCEPT DE COURBE R. UNE APPROCHE RELIANT LE TAUX DE RELAXATION D'ENERGIE G A LA TAILLE DE LA PROCESS ZONE EN FOND D'ENTAILLE EST PROPOSEE. G, DETERMINE EN UTILISANT UN SYSTEME EQUIVALENT DE DEUX EPROUVETTES CT EXEMPTES DE PROCESS ZONE, EST DIRECTEMENT EXPRIME EN FONCTION DE LA COMPLAISANCE DU MATERIAU ENDOMMAGE
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ELABORATION PAR RHEOMOULAGE ET PAR MOULAGE FORGEAGE DES MATERIAUX COMPOSITES RENFORCES PAR DES FIBRES COURTES EN CARBURE DE SILICIUM. ETUDE DE LA COULABILITE DES MELANGES FIBRES-ALLIAGE LIQUIDE EN FONCTION DE LA NATURE DE LA LONGUEUR ET DE LA FRACTION VOLUMIQUE DE RENFORT
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Les composites SiCf/SiC formés par une matrice de carbure du silicium (SiC) renforcée avec des fibres de SiC, sont des matériaux intéressants dans le secteur aérospatial et pour les applications dans hautes températures, car ils présentent une excellente résistance au choc thermique, une fiable densité, une grande dureté spécifique, une bonne résistance à l'usure et à l'impact, et une relative inertie chimique, y compris dans des environnements oxydants. Dans ce travail, un composite SiCf/SiC a été obtenu par la méthode de réaction chimique avec une phase vapeur à partir d'un composite carbone/carbone (C/C). La conversion du composite C/C s'est produite par la réaction à haute température du carbone précurseur avec du SiO gazeux, produit par la réaction entre les composants de deux types de mélange : le premier, contenant 60%SiC + 10% AI2O3 et l'autre, contenant 50% SiO2 + 50% Si (% masse), portés à des températures entre 1400 et 1800 °C. Dans ces conditions, autant la matrice que les fibres de carbone sont converties dans SiC. Les composites obtenus ont présenté les mêmes microstructure et morphologie que le composite C/C précurseur. Deux types de composite ont été étudiés : un "non dense" et l'autre "dense", avec une plus quantité de matrice. Le composite SiCf/SiC dense a présenté une porosité de 40 %, une résistance à la flexion approximativement de 45.7 MPa et une perte de masse de 3% lors d'un essai de torche à plasma à la température de 1450°C pendant 100 secondes. La valeur de la diffusivité thermique dans la direction longitudinale est de 2 fois supérieur à celle de la direction transversale pour le composite non dense, à cause de la disposition des fibres dans la structure. Dans la direction transversale, l'augmentation de la valeur de diffusivité thermique est proportionnelle à l'augmentation de la quantité de matrice pour le composite dense. La valeur de la diffusivité thermique dans la direction longitudinale n'a pas varié significativement du composite non dense au dense, prouvant que le transfert de la chaleur se produit essentiellement par les fibres de SiC.
Author: Anh Tuan Le Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 157
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Les matériaux composites à matrice organique et à fibres longues occupent une place grandissante dans des applications structurales, notamment dans les domaines de l'aéronautique et du spatial. Ces matériaux présentent en effet un ensemble d'atouts tels qu'une bonne résistance à la corrosion, une faible masse volumique et de bonnes propriétés mécaniques. Néanmoins, certaines propriétés restent à améliorer comme la résistance au délaminage, notamment critique pour des sollicitations d'impact. Le travail de thèse est réalisé dans le cadre du projet collaboratif FUI ATIHS (Amélioration de la Tenue des structures satellites aux Impacts Hypervitesse de débris Spatiaux). Il porte sur l'incorporation de tapis de nanotubes de carbone verticalement alignés, ou tapis de VACNTs (Vertically Aligned Carbon Nanotubes) dans un composite à matrice organique à fibres longues de carbone dans l'objectif de développer un nouveau matériau composite aux propriétés mécaniques améliorées pour des sollicitations statiques et à l'impact. Une première partie du travail de thèse est consacrée au développement et à la mise en œuvre du procédé d'élaboration d'un nouveau matériau composite stratifié en plaçant des tapis de nanotubes aux interplis. Il s'agit en premier lieu de maîtriser le transfert des tapis de VACNTs sur un pré-imprégné M55J-M18, par montée capillaire partielle de la résine puis séparation du substrat de croissance des VACNTs. Dans un deuxième temps, il s'agit de consolider le composite stratifié en conservant la morphologie initiale des VACNTs et en évitant la formation de porosité. Par des observations de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique, le travail a permis une identification de paramètres procédé répondant à ces objectifs et une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu. Après une étape de mise au point réalisée à petite échelle, le procédé d'élaboration du nouveau composite a été validé à une échelle permettant d'envisager des applications structurales. Une deuxième partie du travail concerne l'étude du comportement mécanique du nouveau matériau composite sous différents types d'essais statiques, notamment ceux sollicitant les interfaces. La démarche est basée sur une comparaison avec le matériau de référence non renforcé. Elle couple des analyses des résultats d'essais mécaniques et d'observations microstructurales à différentes échelles. Elle permet à nouveau une meilleure compréhension des mécanismes d'endommagement. Des déplacements des zones d'endommagement ont été constatés du fait de l'introduction des VACNTs aux interplis, ce qui permet de dégager des perspectives pour la poursuite du développement de composites renforcés de nanotubes de carbone.
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CET OUVRAGE TRAITE DE L'UTILISATION D'UN PRECURSEUR ORGANOMETALLIQUE DE TYPE POLYSILAZANE POUR L'ELABORATION DE COMPOSITES CERAMIQUE-CERAMIQUE. LA RHEOLOGIE DU PRECURSEUR ET SA DECOMPOSITION THERMIQUE SONT ETUDIEES. L'INFLUENCE DES PARAMETRES DE LA PYROLYSE SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DE LA CERAMIQUE EST DECRITE AINSI QUE LE COMPORTEMENT A L'OXYDATION A HAUTE TEMPERATURE DE CETTE CERAMIQUE. DEUX PROCEDURES CONDUISANT A L'OBTENTION DE COMPOSITES 2D A BASE DE TISSUS DE FIBRES SIC NICALON SONT DECRITES. LA PREMIERE PROCEDURE EST BASEE SUR DES PREFORMES DE FIBRES PREDENSIFIEES PAR CVI DE SIC. LES MATERIAUX OBTENUS SONT NON FRAGILES ET POSSEDENT UNE CONTRAINTE A LA RUPTURE DE 350 A 400 MPA. LA SECONDE PROCEDURE N'UTILISE PAS LA PREDENSIFICATION PAR CVI DES FIBRES. LES COMPOSITES OBTENUS SONT EGALEMENT NON FRAGILES MAIS LEUR CONTRAINTE A LA RUPTURE N'EXCEDE PAS 200 MPA
Author: Olivier Dumortier
Author: Olivier Dumortier
Author: Lionel Lostec
Author: Jérôme Pora (Auteur d'une thèse en génie des matériaux (1996)).)
Author: Christophe Even
Author: Pierre-Etienne Bourban
Author: Christine Droillard
Author: Franck Girot
Author: Marcio Florian
Author: Anh Tuan Le
Author: MAURICE.. GONON