Développement d'une fibre céramique oxyde continue et tissable : Relation Procédé – Microstructure – Propriétés thermo-mécaniques

Development of a continuous weaveable oxide ceramic fiber: Relationship between Process - Microstructure - Thermo-mechanical properties

• Auteur / Autrice : Juliette Redonnet
• Direction : Marie-Hélène Berger, Sébastien Joannès
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GEM - Genèse, Évolution et emploi des Microstructures - MAT
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Précurseur de l'alumine

Transformation de phase

Frittage

Microstructure

Défauts

Rupture fragile

Alumina precursor

Phase transformations

Sintering

Microstructure

Defects

Brittle fracture

Résumé

Les fibres céramiques oxydes tissables forment l'architecture de nombreux composites à matrice céramiques (CMC) utilisés dans les pièces de structures industrielles sous environnement extrême. Dans les turbines terrestres ou aéronautiques par exemple, ces matériaux réfractaires de faible densité et tolérants à l'endommagement permettent d'augmenter significativement les températures de fonctionnement des turbines, leurs rendements et diminuer l'émission de gaz polluants. Le développent de ces CMC repose d'abord sur la disponibilité de fibres continues, d'environ 10μ de diamètre. Ces fibres sont fabriquées par mèches de plusieurs centaines de fibres, via le filage d'un précurseur organométallique et sa calcination, mobilisant ainsi un assemblage de briques technologiques complexes, couvrant un large panel de procédés et de compétences scientifiques, depuis la chimie organique au frittage des céramiques à grains fins, en passant par les techniques propres à la filière textile. L'ensemble s'inscrit donc dans une approche fortement multi-échelles, que l'on va retrouver dans les méthodes de caractérisation et leur interprétation. Ce lien entre procédé, microstructure et propriétés thermomécaniques de la fibre à la mèche sera au cœur du travail doctoral proposé pour le développement jusqu'à l'échelle industrielle d'une fibre d'alumine alpha à grains submicroniques.

Weavable oxide ceramic fibers form the architecture of many ceramic matrix composites (CMC) used in industrial structural parts under extreme environments. In land or aeronautical turbines, for example, these low-density refractory materials are damage-tolerant and make it possible to significantly increase the operating temperatures of turbines, their efficiency and reduce the emission of polluting gases. The development of these CMCs is based on the availability of continuous fibers, about 10μ in diameter. These fibers are manufactured by roving several hundred fibers, via the spinning of an organometallic precursor and its calcination, thus involving an assembly of complex technological bricks, covering a wide range of processes and scientific skills, from organic chemistry to the sintering of fine-grained ceramics, via techniques specific to the textile industry. The whole is therefore based on a strongly multi-scale approach, which will be found in the characterization methods and their interpretation. This link between process, microstructure, and thermomechanical properties from the fiber to the roving will be at the heart of the proposed doctoral work for the development of an alpha alumina fiber with submicron grains up to the industrial scale.