Fibres céramiques à base de carbure de silicium : stabilité thermique et comportement à l'oxydation

• Auteur / Autrice : Olivier Greck
• Direction : Paul Goursat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation

Matériaux céramiques

Traitement thermique

Matériaux réfractaires

Carbure de silicium

Fibres céramiques

Résumé

Les fibres de sic etudiees (nicalon nlm202 et hi-nl, tyranno loxm et lox e) sont destinees a des applications thermostructurales au sein de composites a matrice ceramique. Elles sont obtenues par fusion-filage, reticulation et pyrolyse de precurseurs organometalliques. Leur microstructure consiste en un melange de cristallites nanometriques sic-, tic, de carbone libre et d'une phase amorphe d'oxycarbure de silicium sio xc y. L'objectif de ce travail a ete de preciser la microstructure et la stabilite thermique des fibres, sous atmosphere neutre ou oxydante, au voisinage de la temperature de pyrolyse. Pour chacune des fibres, un traitement thermique de stabilisation sous atmosphere neutre a ete defini afin d'achever la transformation organique-mineral. Il est associee a l'elimination de l'hydrogene residuel, l'accroissement de la masse volumique et du module d'young, mais sans degradation de la phase sio xc y. Une technique originale de dissolution preferentielle des phases siliciees par attaque acide a ete mise en oeuvre pour isoler et quantifier la phase carbonee libre. Les analyses dilatometriques longitudinales et radiales en montee de temperature ont montre que les coefficients de dilatation sont diriges par la teneur en oxygene. L'existence d'un retrait qui debute 200\c en deca de la temperature de pyrolyse a confirme le caractere incomplet de la ceramisation. Cette contraction a ete attribuee principalement a la structuration de la phase carbonee libre. A plus haute temperature, la degradation thermique de la phase sio xc y et la cristallisation associee du sic progresse de la surface vers le coeur et dirige la dilatation des fibres. La necessite de traitements de stabilisation pour l'interpretation des cinetiques d'oxydation a ete revelee par l'accroissement de la vitesse de reaction en presence de la vapeur d'eau issue de l'oxydation de l'hydrogene residuel des fibres. L'exploitation des cinetiques (900-1200\c / 0,2 atm o 2) selon une loi parabolique traduit une diffusion limitante d'oxygene moleculaire a travers la couche de silice amorphe. Cette diffusion s'etablit apres une periode transitoire associee au gradient de composition superficiel notamment en carbone.