Caractérisations physico-chimiques d'une interface de frottement carbone-oxyde

Physicochemical characterizations of a carbon-oxide friction interface

• Auteur / Autrice : Leila Hamza
• Direction : Roger Gadiou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 03/07/2019
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéronautique -- Recherche

Matériaux

Freins

Aéronefs

Industrie aéronautique

Propriétés physico-chimiques

Graphite

Oxydation

Corrosion de contact

Tribologie (technologie)

Matériaux réfractaires

Mots clés libres

Graphite

Oxydes réfractaires

Caractérisations physico-chimiques

Oxydation

Catalyse

Tribochimie

Graphite

Refractory oxides

Physico-chemical characterizations

Oxidation

Catalysis

Tribology

Résumé

L’industrie aéronautique requiert l’utilisation de matériaux haute-performance : c’est notamment le cas des applications de freinage, pour lesquelles sont utilisés des composites Carbone/Carbone (C/C). Du fait de leurs propriétés spécifiques, ces derniers sont largement employés dans l’élaboration des puits de chaleur. Le comportement tribologique de ces matériaux est régi par des phénomènes mécaniques, thermiques et physico-chimiques. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier l’impact de pollutions métalliques sur les propriétés tribologiques des composites C/C, et plus précisément de comprendre leurs mécanismes d’action sur la chimie, la structure et la réactivité des particules piégées au sein du contact disque/disque (appelées 3ème corps). Ces travaux se sont concentrés sur l’influence d’oxydes métalliques et se sont principalement articulés autour de quatre axes : l’élaboration, la caractérisation et l’optimisation de matériaux carbone/oxyde, ainsi que l’étude de la réactivité thermique et tribochimique associée. Des changements morphologiques et chimiques notables ont été constatés en présence d’oxygène. Des analyses conduites par spectroscopie XPS ont permis d’attribuer le comportement catalyseur observé de certains oxydes métalliques à la formation d’un oxycarbure intermédiaire dès les basses températures. Les matériaux carbone/oxyde ont par la suite été modulés et optimisés afin de leur conférer un passé thermique et des propriétés physico-chimiques au plus proche de celles du matériau d’usage. L’étude tribochimique de ces matériaux optimisés a permis de confirmer que les résultats obtenus sur les matériaux modèles s'appliquaient bien aux matériaux d'usage.

The aircraft industry requires the use of high-performance materials especially in braking technology. The specific properties of Carbon/Carbon (C/C) composites lead them to be widely used in that field, mainly in heat sinks conception. The tribological behavior of C/C composites is controlled by mechanical, thermal or physicochemical phenomena. Those mechanisms are closely linked to the surrounding brakes environment and the nature of the particles trapped in the brake discs, called the third body. This research work aims at studying the influence of the presence of metal pollution on the tribological properties of C/C composites, notably by understanding the mechanism of action of different metal oxides on chemistry, structure and reactivity of the third body. This study is divided into four parts: the elaboration, the physico-chemical characterization, the optimization and the evaluation of thermal and tribological reactivity of carbon/oxide model materials. Heating up those materials under oxygen induces significant morphological and chemical changes. XPS analyses highlight a catalyst propertie of specific metal oxides. Such behaviour seems to be due to the capacity of metal oxides to form oxicarbide at very low temperature. Thereafter, model materials underwent a similar thermal history to brake C/C composites, in order to draw a comparison between both materials. Finally, tribological study confirms that both model and brake materials show comparable properties.