Comportement en milieu oxydant d’un composite carbone/carbone pour applications structurales entre 150 et 400°c dans l’aéronautique civile

Oxidation behavior of a 2D Carbon/Carbon composite for structural applications between 150 and 400°C in civil aviation

• Auteur / Autrice : Xavier Bertran
• Direction : Marie-Anne Dourges, Francis Rebillat, Jacques Lamon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie de la matière condensée
• Date : Soutenance le 06/12/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux) - Laboratoire des Composites Thermostructuraux / LCTS
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Fouquet, Daniel Monceau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Cutard, Roger Gadiou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Aéronautique

Résistance des matériaux

Oxydation

Effets des hautes températures

Composites à fibres de carbone

Mots clés libres

Composite Carbone/Carbone

Matériaux carbonés

Organisation structurale

Oxydation

Durabilité

Comportement mécanique

Carbon/Carbon composite

Carbonaceous materials

Structural organization

Oxidation

Durability

Mechanical behavior

Résumé

L’utilisation d’un composite Carbone/Carbone 2D est envisagée pour des pièces de structure, travaillant entre 150 et 400°C, dans l’aéronautique civile. Dans ce domaine de température, la durabilité de ces matériaux n’est pas connue car ils n’ont jamais été développés pour de telles applications. Une première approche a permis de corréler la réactivité chimique des constituants élémentaires (fibres et matrices) à leur état d’organisation structurale. Les vieillissements réalisés sur matériau composite ont ensuite mis en évidence qu’un faible taux d’oxydation pouvait conduire à un abaissement significatif des propriétés mécaniques résiduelles. Les fissures et les décohésions consécutives au procédé d’élaboration conduisent à une oxydation préférentielle du composé le plus réactif et à la ruine prématurée du composite par délaminage. L'évolution des propriétés de ce matériau sur de longues durées est finalement discutée afin d’évaluer sa capacité à remplacer les matériaux métalliques dans des pièces aéronautiques.

A 2D Carbon/Carbon composite is envisaged for structural parts, operating between 150 and 400°C, in civil aircraft. In this temperature range, the durability of these materials remains unknown because they have never been developed for this kind of applications. A first approach allowed us to correlate the chemical reactivity of the elemental constituents (fiber and matrix) to their structural organization. Then, thermal ageing tests performed on the composite material have demonstrated that a low rate of oxidation could be responsible to a significant reduction of residual mechanical properties. Cracks and fiber/matrix debonding resulting to the elaboration process create an extended pathway to a preferential oxidation of the most reactive compound. This latter is followed by a premature failure by delamination. The reduction of the material properties over long periods is finally discussed in order to evaluate its ability to replace metallic materials in aircraft structural parts.