Caractérisation de fibres céramiques Si-C-N-O par microscopie électronique en transmission filtrée en énergie

Characterization of ceramic SI-C-N-O fibers by transmission electron microscopy and electron energy-losss spectroscopy

• Auteur / Autrice : Hubert J. M. Tenailleau
• Direction : Jean-Michel Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon

Résumé

Cette étude consiste à caractériser la fibre céramique Fiberamic en vue d'améliorer ses propriétés mécaniques. La fibre Fiberamic, fabriquée par Rhône-Poulenc par pyrolyse de polymères précurseurs polysilazanes files en continu, est destinée a la fabrication de composites thermomécaniques devant résister jusqu'a 1400c en atmosphère normale ou raréfiée. Son diamètre de 15 um et sa composition quaternaire Si-C-N-O, justifient l'utilisation de la microscopie électronique en transmission (TEM) filtrée en énergie (EELS). L’analyse élémentaire EELS (EACEL) a été améliorée grâce à un modèle r-polynomial a trois paramètres; il réduit les erreurs systématiques de soustraction du fond continu et permet la mesure des rapports des sections efficaces avec une dispersion ramenée a 10%. Les structures ELNES du seuil SIL2,3 changent selon les tétraèdres structuraux formées autour du silicium, permettant de distinguer entre un mélange et un composé homogène de même stœchiométrie. La fibre de première génération, de composition moyenne SI:C:N:O=34:20:34:12, présente des impuretés fragilisantes de carbone graphitique; son excès de carbone est trop élevé. En partant de sa surface, la fibre de seconde génération est constituée: 1) d'une fine couche superficielle de quelques nm de composition 2sio#2+3c; 2) d'une couronne réticulée épaisse de 0,5 m ou la concentration en oxygène diminue alors que celle d'azote augmente; 3) d'un cœur ou on observe des zones riches en silicium ou en azote (n/si=0,7 ou 1,1) probablement associées à une ségrégation des polymères précurseurs respectivement linéaires ou ramifiés. La structuration fantôme de ces derniers est aperçue sur les échantillons non minéralisés, ou lors des dégradations contrôlées de la fibre sous un faisceau intense d'électrons. L’évolution de composition de la fibre est représentée dans un diagramme quaternaire prismatique, qui situe également les domaines de stabilité et suggère les réactions chimiques envisageables. Pour améliorer le comportement mécanique des fibres il est souhaitable: 1) de diminuer la ségrégation de cœur et l'excès formel de carbone pour garder la stœchiométrie locale dans la zone de stabilité; 2) de maitriser la structuration des polymères précurseurs et son raccordement avec la surface de la fibre