Etude du comportement des interfaces et des interphases dans les composites à fibres et à matrices

Kaflou Ali

Informations

• Publié par: Emme
• Nombre de lectures: 24
• Langue: Français

Extrait

Introduction générale Pour de nombreuses applications, les matériaux céramiques sont très intéressants, grâce à leurs excellentes propriétés comme leur durabilité chimique, leur faible densité leur dureté très élevée, leur haute résistance à l’usure, leur température de fusion élevée et leurs propriétés électroniques uniques. Ces propriétés sont essentielles pour l’utilisation des céramiques comme composants de structures, dans des conditions extrêmement agressives. Cependant, à cause de leur nature intrinsèquement fragile, la conception et le dimensionnement de pièces sont très délicates. Comparés aux matériaux céramiques, les métaux ductiles se déforment plastiquement visàvis des fissures pour empêcher la formation de fortes concentrations de contrainte qui conduisent prématurément à la ruine de ces matériaux. Ces mécanismes sont absents dans le cas de matériaux céramiques à cause de leurs liaisons ioniques ou covalentes qui limitent le nombre des systèmes de glissements indépendants, nécessaires pour avoir une déformation plastique homogène. De nombreux travaux de recherche ont été développés pour tenter de remédier au caractère fragile de leur rupture. L’une de ces méthodes très intéressante est de fabriquer des céramiques avec des microstructures à défaut tolérés par des techniques telles que, microstructure contrôlée, par transformation de phase. Une autre voie correspond aux composites à matrice céramique (CMC). Le développement des composites à matrice céramique représente une grande avancée par rapport aux céramiques monolithiques. Les CMC, grâce à leur renforcement par fibres continues et à la maîtrise des interfaces, représentent actuellement une des solutions les plus prometteuses pour obtenir des matériaux résistants aux hautes températures avec une large tolérance à l’endommagement. Buts d’étude L’interface lie les fibres à la matrice, et de ce fait contrôle les propriétés mécaniques du composite. La présence d’une interface relativement peu tenace donne une certaine tolérance à l’endommagement après fissuration de la matrice. Le but de ce travail est de comprendre le comportement micromécanique des interfaces dans des matériaux composites à matrice céramique en utilisant la méthode d’indentation instrumentée sur échantillons épais (pushin) et sur tranches fines de composites (push out). Le comportement des interfaces dépend de la nature et de la structure des interphases présentes entre fibre et matrice, et joue un rôle très important sur la nature et la localisation de la fissuration lors de la décohésion fibre/matrice, et, aussi sur les

9

mécanismes qui opèrent pendant le glissement contrôlé par le frottement. Il est donc nécessaire caractériser le comportement mécanique de la zone interface de manière aussi détaillée que possible. Afin de résoudre le problème d’identification de la charge de décohésion permettant la rupture de la liaison entre fibre et matrice, nous avons proposé une méthode de dépouillement de la courbe forcedéplacement enregistrée. Elle consiste à dissocier la composante du déplacement de l’indenteur relative à la formation d’une empreinte dans la fibre de la composante qui correspond au déplacement de l’extrémité chargée de cette dernière, pour laquelle une modélisation permettant de remonter aux conditions de glissement a été établie. Notre recherche a porté sur des minicomposites à fibres et à matrice fragile, qui ont été élaborés au Laboratoire de Multimatériaux et Interphases (LMI) à l’Université Claude Bernard Lyon 1. Il s’agit de minicomposites SiC/SiC élaborés par CVI avec différentes interphases : Pyrocarbone, interphase multicouche de Pyrocarbone TiC et l’interphase BN. Dans le premier Chapitre (Chap.I), nous présentons les propriétés physiques et mécaniques du système composite SiC/SiC et de ses constituants, ainsi que les techniques de fabrication. Le deuxième chapitre (Chap. II) est consacré à une revue bibliographique des modèles de transfert de charge entre fibre et matrice dans ces systèmes Les procédures expérimentales et les matériaux étudiés sont décrits dans le Chapitre III. Le chapitre IV est consacré au détail des méthodes de mesure, aux résultats et aux interprétations des tests d’indentation sur échantillons épais. La force est appliquée ici sur l’extrémité de la fibre par l’intermédiaire d’une pyramide Vickers. Nous détaillons aussi dans ce chapitre les modèles associés à la notion de dureté, dans le but de valider la procédure de correction du déplacement mesuré. Les expériences d’expression / réimpression (pushin/ pushback) font l’objet du dernier chapitre (Chap. V). Dans ce cas, les essais se font sur des tranches de composite très minces et on a alors accès directement à la force nécessaire pour que la fibre glisse dans sa totalité. Comme cette force est plus faible qu’avant et que nous cherchons à atteindre des déplacements de la fibre plus importants, l’indenteur est ici un cône en diamant de 60° d’angle, à fond plat. Les conclusions générales et perspectives sont données en fin.

10