Etude du comportement et de la durée de vie des composites Cf/[Si-B-C] à matrice auto-cicatrisante à hautes températures sous air

• Auteur / Autrice : Sébastien Momon
• Direction : Gilbert Fantozzi, Pascal Reynaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Durée de vie (ingénierie)

Émission acoustique

Composites à matrice céramique

Matériaux

Résumé

Le composite Cf/[Si-B-C], à fibres de carbone et à matrice auto-cicatrisante, a été développé par Snecma Propulsion Solide pour être utilisé à hautes températures et en milieux oxydants. Actuellement, les applications visées dans le domaine de l'aéronautique requièrent de longues durées de vie (>5000h), ce qui dépasse les durées d'expérimentation envisageables. De nouvelles méthodes sont donc nécessaires pour faire des prévisions de durées de vie de ces matériaux et valider leur utilisation sur le long terme. Ce travail vise à comprendre quels sont les mécanismes d'endommagement contrôlant la durée de vie du composite à hautes températures (>600°C), et à mesurer les cinétiques de ces mécanismes pendant les essais mécaniques. Pour cela, des essais de fatigue statique et de fatigue cyclique ont été réalisés entre 700°C et 1200°C dans le but de déterminer des durées de vie courtes (<1000h), de tracer un diagramme de durées de vie et d'analyser le processus de dégradation à chaud. Plusieurs indicateurs de l'endommagement ont été enregistrés en temps réel : la déformation, le module d'élasticité (mesuré à partir des boucles d'hystérésis des cycles de charge-décharge) et l'émission acoustique (EA). Par la suite, l'étude du comportement mécanique du composite a permis de mettre en évidence une évolution des interactions entre fibre et matrice avec la température en raison de l'oxydation des fibres et des effets d'usure d'interface. Un effet des cycles mécaniques sur l'endommagement des fils transversaux a pu être également constaté. Une méthode de classification non supervisée des signaux d'EA a été utilisée pour différencier les signaux provenant de différents mécanismes d'endommagement et de rupture (ruptures collectives ou individuelles des fibres, fissuration matricielle, décohésions fibre/matrice ou fil/fil, glissement interfacial). Ensuite, une méthode de classification supervisée a été développée, de manière à établir une classification des signaux en temps réel quels que soient la température, la contrainte appliquée et le mode de chargement (statique ou cyclique) à partir d'une bibliothèque applicable sur les données d'EA de tous les essais. A 700°C, un comportement en loi de puissance des données d'EA intervenant après environ 60% de la durée de vie de l'éprouvette a été mis en évidence. Ceci pourrait donc permettre d'interrompre les essais avant la rupture tout en ayant une estimation de la durée de vie restante de l'éprouvette. Cela est particulièrement intéressant dans le cas des essais de longues durées (<5000h), qui sont très couteux mais nécessaires pour faire des prévisions de durées de vie.