Influence de l'évolution physico-chimique des fibres et de la zone interfaciale fibre/matrice sur le comportement mécanique des composites SiC/C/SiC et SiC/MAS-L après vieillissement thermique sous atmosphère contrôlée - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1994

Effect of the microstructural and chemical change in the fibers and the fiber/matrix interfacial zone on the mechanical behaviour of SiC/C/SiC and SiC/MAS-L composites after thermal ageing under controlled atmosphere

Influence de l'évolution physico-chimique des fibres et de la zone interfaciale fibre/matrice sur le comportement mécanique des composites SiC/C/SiC et SiC/MAS-L après vieillissement thermique sous atmosphère contrôlée

Résumé

The evolution of Si-C-O Nicalon fibers and the fiber/matrix interfacial zone within MAS-L 2D-SiC/C/SiC and SiC/glass-ceramic composites, after aging at high temperature under various atmospheres (vacuum, argon or CO), was determined by TEM/EELS, AES, EPMA and XRD, and related to the mechanical tensile behavior of the material. The state of the interfacial bond is followed by micro-indentation tests (push-out). In the 2D-SiC/C/SiC composite, above 1200 °C under vacuum or argon, the disappearance of the pyrocarbon interphase and the crystallization of the fibers in sic after decomposition of the oxycarbon SiO2xC1x into CO and SiO gas, cause the mechanical properties of the material to fall. A CO atmosphere or a confinement of the composite under a SiC coating limits the degradation of the fibers by maintaining a CO back pressure within the material: 1) up to 1200 ° C, the modifications essentially take place on the surface of the fiber with growth of a mixed silica-carbon layer leading to plate traction curves; 2) from 1300 ° C under CO, the degradation of the fibers would be due to a majority gaseous emission in SiO. The weakening of the fiber/matrix bond leads to a decrease in the elastic limit in traction of the composite, the stress at break depending on the state of crystallization of the fiber. For the SiC/MAS-L composite, the fibers and the matrix practically do not evolve up to 1000 ° C under vacuum or argon. The interfacial zone sees the diffusion of the Si, Al and Mg elements of the matrix, strengthening the fiber/matrix bond and improving the mechanical properties of the material. Beyond 1100 ° C, the degradation of the composite is managed by the modifications of the matrix, which crystallizes in cordierite alpha and mullite under vacuum, and becomes vitreous under CO.
L'évolution des fibres Si-C-O Nicalon et de la zone interfaciale fibre/matrice au sein des composites 2D-SiC/C/SiC et SiC/vitrocéramique MAS-L, après vieillissement à haute température sous diverses atmosphères (vide, argon ou CO), a été déterminée par TEM/EELS, AES, EPMA et XRD, et reliée au comportement mécanique en traction du matériau. L'état de la liaison interfaciale est suivi par des essais de micro-indentation (push-out). Dans le composite 2D-SiC/C/SiC, au-delà de 1200°C sous vide ou sous argon, la disparition de l'interphase de pyrocarbone et la cristallisation des fibres en sic après décomposition de l'oxycarbure SiO2xC1x en CO et SiO gazeux, provoquent la chute des propriétés mécaniques du matériau. Une atmosphère de CO ou un confinement du composite sous un revêtement de SiC limite la dégradation des fibres par le maintien d'une contre-pression de CO au sein du matériau: 1) jusqu'à 1200°C, les modifications ont essentiellement lieu en surface de fibre avec croissance d'une couche mixte silice-carbone conduisant à des courbes de traction à plateau; 2) à partir de 1300°C sous CO, la dégradation des fibres serait due à une émission gazeuse majoritaire en SiO. L'affaiblissement de la liaison fibre/matrice entraine une baisse de la limite élastique en traction du composite, la contrainte à rupture dépendant de l'état de cristallisation de la fibre. Pour le composite SiC/MAS-L, les fibres et la matrice n'évoluent pratiquement pas jusqu'à 1000°C sous vide ou sous argon. La zone interfaciale voit la diffusion des éléments Si, Al et Mg de la matrice, renforçant la liaison fibre/matrice et améliorant les propriétés mécaniques du matériau. Au-delà de 1100°C, la dégradation du composite est gérée par les modifications de la matrice, qui cristallise en cordiérite alpha et en mullite sous vide, et devient vitreuse sous CO.
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Citer

Christine Labrugère. Influence de l'évolution physico-chimique des fibres et de la zone interfaciale fibre/matrice sur le comportement mécanique des composites SiC/C/SiC et SiC/MAS-L après vieillissement thermique sous atmosphère contrôlée. Matériaux. Université Bordeaux 1, 1994. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03615966⟩

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