Thermal expansion and thermomechanical behavior in tension and torsion of some ceramic fibers on monofilaments
Etude de la dilatation thermique et du comportement thermomécanique en traction et torsion de quelques fibres céramiques monofilamentaires
Résumé
The thermomechanical behaviour of ceramic matrix composites (CMCs) is largely governed by the existing coupling between the constituents. The intensity of this coupling depends on the existence of chemical bonds between fibers and matrix, on the one hand, and residual mechanical stresses of thermal origin, on the other hand. The reasoned choice of constituents and conditions of elaboration as well as the modelling of the thermomechanical behaviour of CMCs presuppose that the thermal and mechanical characteristics of the matrix, fibres and interphase materials are known, which is generally not the case for either fibres or interphases. This study specifically concerns the thermomechanical characterization on monofilament of some ceramic fibers available on the market (e.g. carbon fibers ex-PAN or ex-pitch, Si-C-O fibers (ex-PCS) or Si-C-Ti-O (ex-PTCS), and alumina fibers-α) or prepared at the Laboratory (including Si-C-N-(O) fibers from PCSZ). It involved the design and production of apparatus as well as the implementation of specific experimental procedures, which allowed the measurement of: (i) morphological parameters (diameter, right section) by laser interferometry, (ii) coefficients of radial and longitudinal expansion using a transmission electron microscope equipped with a heating plate, (iii) moduli of elasticity (E, G, ν) thanks to original microtraction and microtortion devices and finally (iv) tensile fracture stresses. Whenever possible the measurements were made in a wide temperature range, i.e. 25-800°C for expansion and up to 1400-
1750°C for traction and torsion. Relationships between microstructure, development parameters and properties have been proposed.
Le comportement thermomécanique des composites à matrice céramique (CMC) est, pour une large part, gouverné par le couplage existant entre les constituants. L'intensité de ce couplage dépend de l'existence de liaisons chimiques entre fibres et matrice, d'une part, et de contraintes mécaniques résiduelles d'origine thermique, d'autre part. Le choix raisonné des constituants et des conditions d'élaboration ainsi que la modélisation du comportement thermomécanique des CMC supposent que soient connues les caractéristiques thermiques et mécaniques de la matrice, des fibres et des matériaux d'interphase, ce qui n'est en général pas le cas ni pour les fibres ni pour les interphases. Cette étude concerne spécifiquement la caractérisation thermomécanique sur mono filament de quelques fibres céramiques disponibles sur le marché (e.g. fibres de carbone ex-PAN ou ex-brai, fibres Si-C-O (ex-PCS) ou Si-C-Ti-O (ex-PTCS), et fibres d'alumine-α) ou préparées au Laboratoire (dont des fibres Si-C-N-(O) issues de PCSZ). Elle a supposé la conception et la réalisation d'appareillages ainsi que la mise en place de procédures expérimentales spécifiques, qui ont permis la mesure : (i) de paramètres morphologiques (diamètre, section droite) par interférométrie laser, (ii) des coefficients de dilatation radiale et longitudinale à l'aide d'un microscope électronique par transmission équipé d'une platine chauffante, (iii) des modules d'élasticité (E, G, ν) grâce à des appareils originaux de microtraction et microtorsion et enfin (iv) des contraintes à rupture en traction. Chaque fois que cela a été possible les mesures ont été faites dans un large domaine de température, i.e. 25-800°C pour la dilatation et jusqu'à 1400-
1750°C pour la traction et la torsion. Des relations entre microstructure, paramètres d'élaboration et propriétés ont été proposées.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|