Composites de friction à matrice céramique : relation composition / structure / comportement tribologique

Ceramic matrix composites for friction application : relation between composition, structure and tribological behaviour

• Auteur / Autrice : Aurélie Quet
• Direction : René Pailler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences chimiques. Physico-chimie de la matière condensée
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Bordeaux 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéronautique -- Mesures de sécurité

Matériaux nanostructurés

Composites à matrice céramique

Mots clés libres

ZrC

TiC

Reactive melt infiltration

Oxydation

Tribologie

Résumé

Les composites C/C sont acutellement les matériaux les mieux adaptés aux exigences du freinage aéronautique. Ils présentent cependant un taux d'usure accru pour les freinages de taxiage. Les composites à matrice SiC se caractérisent par un lissage de cette bosse d'usure observée aux basses températures mais ils ne satisfont pas aux exigences du freinage de détresse. L'objectif de la thèse est d'introduire un autre carbure que le SiC dans la matrice des composites de friction et d'évaluer son influence sur le comportement tribologique des composites élaborés. Des composites C/C-ZrC et C/CTiC ont ainsi été élaborés via le procédé RMI (Reactive Melt Infiltration). Ces matériaux ont été caractérisés à travers des analyses morphologiques, chimiques et structurales. Une décohésion est présente à l'interface matrice de carbone/carbure. L'utilisation d'alliages, notamment à base de silicium, permet de limiter ce phénomène de décohésion. Les matériaux éléborés ont ensuite été testés sur un banc de simulation de freinage. Les composites C/C-ZrC e C/CTiC satisfont les conditions du RTO. Cependant, les composites à matrices ZrC montrent une usure très élevée à haute température en relation avec leur comportement à l'oxydation. Les composites à matrice TiC présentent une usure acceptable à haute température et une troncature de la bosse d'usure observée aux faibles températures, ce qui est lié à des coefficents de frottement faibles.

C/C composites are nowadays the most suitable materials for needs of aircraft braking. However, they show a high wear during taxiing. SiC matrix composites are characterised by a smoothing of the wear peak noticed at low temperatures but they don't meet requirements of rejected take-off (RTO). The aim of this work is to put another carbide than SiC in the matrix of friction composites and to assess its influence on tribological properties of materials. C/C-ZrC and C/C-TiC composites were manufactured using RMI processing route (Reactive Melt Infiltration). Materials were characterised with mophological, chemical and structural analysis which reveal especially a decohesion between carbon phase and carbide phase. This gap can be limited using alloys as Zr-Si and Ti-Si alloys. Triboligical behaviour of the resulting materials was then investigated with an inertial dynamometer simulating brake stops. C/C-ZrC and C/C-TiC composites meet RTO requirements. Neverless, ZrC matrix composites have a high wear for high temperature brake stops linked to their oxidation behaviour. TiC matrix composites present moderate wear at high temperature and a lower wear at low temperature compared to C/C composites in relation to low friction coefficients.