Fonctionnement en oxydation de matériaux composites céramiques (CMC) dans des environnements aéronautiques

Oxidation behavior of ceramic matrix composites (CMC) in aeronautical environments

• Auteur / Autrice : Florence Nualas
• Direction : Francis Rebillat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie de la matière condensée
• Date : Soutenance le 16/12/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux) - Laboratoire des Composites Thermostructuraux / LCTS
• Jury : Président / Présidente : Francis Teyssandier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Tristant, Eric Philippe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michèle Pijolat, Pascal Reynaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites à matrice autocicatrisante

Corrosion

Aéronautique

Chambres de combustion

Oxydation

Composites à matrice céramique

Mots clés libres

Composite

CMC

Oxydation

Corrosion

Oxyde de bore

Nicalon

Matrice autocicatrisante

Composite

CMC

Oxidation

Corrosion

Boron oxide

Nicalon

Self-healing matrix

Résumé

Les composites à matrice céramique (CMC) sont destinés à remplacer les superalliages comme constituants de l'architecture des chambres de combustion des moteurs aéronautiques. Dans ces conditions, la durée de vie de ces matériaux diminue fortement du fait de leurs dégradations par oxydation. Pour pallier à ce problème, des CMC à matrice autocicatrisante sont élaborés. Ils possèdent la particularité de s'auto-protéger vis-à-vis de l'oxydation par la formation d'oxyde passivant limitant la diffusion des espèces oxydantes au sein des fissures matricielles. Dans le cadre de ces travaux de thèse, la durabilité d'un composite SiC/[Si-B-C] est évaluée. Son comportement en oxydation/corrosion est alors étudié entre 450 et 1000°C sous air à des pressions partielles d'humidité variables. Une approche multi-échelle (échelle constituants et composite) est envisagée pour comprendre les différents mécanismes mis en jeu lors de la non-cicatrisation/cicatrisation du matériau.

Ceramic matrix composites are potential candidate to replace the nickel-based alloys in advanced aeronautic engines as in civilian ones. These composites display cracks due to their elaboration process but also due to mechanical loading in use. These matrix cracks become an extended network for oxygen diffusion, and cause the premature damage of the material. To avoid this process, composites with a sequenced self-healing matrix have been developed and investigated. To resume, the self-healing process consists to consume part of incoming oxygen by sealing the matrix cracks with an oxide phase. In this work, a SiC/[Si-B-C] composite is investigated and a multi-scale approach is used. In a first time, the oxidation rate of each constituent is evaluated and in a second, composite specimens are aged between 450 and 1000°C in different gas mixtures and total pressures. This approach is a good way to better understand the contribution of each element under oxidizing environment and thus the self-healing process.