Protection contre l'oxydation des composites carbone/carbone et développement de méthodes de caractérisation non destructives

Oxidation protection of carbon/carbon composites and non-destructive characterization methodology development

• Auteur / Autrice : Jiaping Zhang
• Direction : Philippe Jonnard, Qiangang Fu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique et Chimie Analytique
• Date : Soutenance le 28/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Northwestern Polytechnical University (Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie physique-matière et rayonnement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Ahmed Naitabdi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xiaoli Fan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Zhanshan Wang, Fei Ma

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtement de surface

Rayons X -- Diffraction

Oxydation

Composites à fibres de carbone

Mots clés libres

Composites carbone/carbone

Technologie de revêtement

L'ablation

Émission de rayons X induite par des particules

Diffraction de Kossel

Modification de la matrice

HfB2-SiC

Carbon/carbon composites

Coating technology

Ablation

Particle-induced X-ray emission

Kossel diffraction

Matrix modification

HfB2-SiC

Résumé

Les composites de carbone renforcés de fibres de carbone (C/C) possèdent de nombreuses propriétés uniques, telles qu'une faible densité (< 2.0 g/cm3), une résistance/module spécifique élevé, un faible coefficient de dilatation thermique et une excellente résistance aux chocs thermiques. Ils ont été utilisés comme matériaux structurels dans les boucliers thermiques des véhicules et les freins des avions. Cependant, le carbone est sensible à l'oxydation à haute température. L'idée principale de cette thèse est de développer une technologie de protection contre l'oxydation/ ablation pour C/C, qui proposait une technologie de revêtement et une modification de la matrice. concevoir une interface de couplage revêtement/substrat. En outre, afin de mieux évaluer la fiabilité de service du revêtement, des interférences de Kossel d'émissions de rayons X induites par un proton combinées à une réflectivité des rayons X, en tant que nouvelle méthode de caractérisation non destructive, ont été développées. La faisabilité de cette méthode a été confirmée dans les films de guides d'ondes planaires. Cette méthodologie est prometteuse pour nous d’évaluer la fiabilité de service de multicouches HfC/SiC/HfC pour C/C en application réelle. Pour la technologie de modification de matrice, les céramiques HfB2 et HfB2-SiC ont été introduites dans un substrat C/C. Combinés à l'analyse thermogravimétrique et à la mesure des performances d'oxydation/ablation, le rôle des céramiques HfB2 et HfB2-SiC a été examiné.

Carbon fiber reinforced carbon composites (C/C) possess many unique properties, such as low-density (< 2.0 g/cm3), high specific strength/modulus, low coefficient of thermal expansion and excellent thermal shock resistance. They have been used as the structural materials in vehicle heat shields and aircraft brakes. However, carbon is sensitive to oxidation at high temperature. The main idea of this thesis is to develop oxidation/ablation protection technology for C/C, where coating technology and matrix modification were proposed. To improve the adhesive strength and relieve the thermal expansion mismatch between the coating and the substrate, blasting treatment was proposed to design an interlock coating/substrate interface. Additionally, to better evaluate the service reliability of the coating, Kossel interferences of proton-induced X-ray emissions combined with X-ray reflectivity, as a novel non-destructive characterization method, were developed. The feasibility of this method was confirmed in planar waveguides films. This methodology is promising for us to evaluate the service reliability of HfC/SiC/HfC multilayer for C/C in actual application. For the matrix modification technology, HfB2 and HfB2-SiC ceramics were introduced into C/C substrate. Combined with thermogravimetric analysis and oxidation/ablation performance measurement, the role of HfB2 and HfB2-SiC ceramics were discussed.