Etude des composites SiC/SiBC à matrice multiséquencée en fatigue cyclique à hautes températures sous air

par Olivia Penas

Thèse de doctorat en Génie des Matériaux

Sous la direction de Pascal Reynaud.

Soutenue en 2002

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Composites
• Céramique
• Oxydation
• Hautes températures

Résumé

Le comportement en fatigue cyclique sous air à hautes températures, d'un composite SiC/ SiBC à matrice multiséquencée est étudié. Les couches de matrice forment des films d'oxyde plus ou moins épais et protecteurs. En fatigue, cette oxydation est beaucoup plus faible que sur des échantillons avec des surfaces non protégées, oxydés en statique. L'évolution des paramètres d'endommagement, les observations microscopiques et les propriétés physico-chimiques, ont montré les mécanismes d'endommagement suivants : à basses températures, les faciès de rupture sont plutôt fragiles (profil droit, rupture des fils), et la fatigue intervient à l'interface fil/matrice interfil. Les durées de vie sont longues. A hautes températures, celles-ci diminuent. Les faciès de rupture présentent des fortes extractions individuelles des fibres. Le rôle de la propagation sous critique, du fluage ou de l'oxydation dépend de la température et de la contrainte appliquée, amenant à une interaction complexe.

Titre traduit

= Study of a SiC/SiBC composite with multilayered matrix under high temperature cyclic fatigue in air

Résumé

The aim of this work is to study composite behaviour observed during cyclic fatigue under air at high temperatures, in order to understand damage accumulation resulting from mechanical fatigue and oxidation, and then to evaluate fatigue lifetime. Principle of the multilayered matrix is to consume part of the incoming oxygen and to prevent access of residual oxygen to carbon interphase through microcracks, by forming sealant glasses. Cyclic fatigue tests performed in air from 25°C to 1200°C showed that oxidation during fatigue was low, compared to composites without neither seal-coat nor cycling loading. At “low” temperatures, fracture surface present short fibre pullout. Fatigue occurs at longitudinal bundle/inter-bundle matrix interface. Lifetimes are long. Whereas at “high” temperatures, lifetimes decrease, debonding occurs at the interface between fibre and matrix, and individual fibre pullout phenomenon is much more important. Damage mechanisms are linked to slow crack growth, creep and oxidation, whose interaction make the interpretation difficult.