thesis

Tribologie des composites Carbone / Carbone : échelles et contributions relatives de la mécanique et de la physico-chimie

Defense date:

Jan. 1, 2004

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Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Mechanical engineering

Authors:

Directors:

Abstract EN:

The tribological behaviour of the Carbon/Carbon composites is characterised, in the case of low energy braking, by brutal friction transitions which are badly controlled, and high wear rates. The problem complexity is due the interdependence between the mechanical and physicochemical parameters. To uncouple them, a mass spectrometer was coupled with a Pin-on-Disc tribological tester to analyse in-situ the gases variations in the contact during friction. The tribological and spectrometric measurements with the rubbed surfaces analysis have permitted to distinguish two varieties of tribological behaviour. During the first one, wear is high (dusting) and the friction “ reactive ” (associated with CO/CO2 release and an O2/H2O asumption). The coefficient of friction value is systematically high due to the adhesive forces applied by the dangling bonds created by the important detachment of particles. Thus, the first bodies and the third body volume accommodate the speed between the bodies in contact. During the second one, wear is low and the friction is “ non-creative ” (without CO2 release). The coefficient of friction value can be low or high according to behaviour of the physically and chemically absorbed vapours layers which accommodate the speeds. The origin of these two tribological behaviour varieties

Abstract FR:

Le comportement tribologique des composites Carbone/Carbone est caractérisé, lors des freinage à basses énergies, par des transitions brutales de frottement mal maîtrisées associées à des taux d'usure élevés. La complexité du problème provient de l'interdépendance des paramètres mécaniques et physico-chimiques. Pour les découpler, un spectromètre de masse a été couplé avec un tribomètre Pion/Disque pour analyser in-situ les gaz dans le contact pendant le frottement. Les mesures tribométriques et spectrométriques ainsi que l'analyse des surfaces frottées ont permis de distinguer deux régimes de comportement tribologique. Au cours du premier, l'usure est élevée avec un frottement " réactif " (associé à un dégagement de CO/CO2 et une consommation de O2/H2O). La valeur du coefficient de frottement est alors systématiquement haute, elle est due aux forces adhésives exercées par les liaisons pendantes crées par le détachement important de particules. Ce sont les premiers corps et le volume du troisième corps qui accommodent les vitesses entre les corps en contact. Au cours du second, l'usure est faible avec un frottement " non réactif " (sans dégagement de CO2) dont la valeur peut être haute ou basse selon le comportement des " écrans " formés par les vapeurs physisorbées et les complexes superficiels qui accommodent les vitesses. Dans les faits, l'origine de ces deux régimes de comportement dépend de l'amorçage d'un débit source significatif de troisième corps. Cet amorçage du débit source peut être dû aussi bien à des actions mécaniques que physico-chimiques, ce qui explique enfin la diversité des interprétations trouvées dans la littérature.