thesis

Elaboration et étude du comportement mécanique de composites unidirectionnels C/Si3N4 et SiC/Si3N4

Defense date:

Jan. 1, 1998

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Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Materials science and engineering

Authors:

Directors:

Abstract EN:

This study consisted of the fabrication and the study of the mechanical behaviour in monotonic and cyclic tension loading of unidirectional carbon and silicon carbide (Hi -Nicalon) fibre reinforced silicon nitride matrix composites. At first, various composites types of C/Si3N4 and SiC/Cpyr/Si3N4 were fabricated using a process based on the pressure filtration of fibre preforms followed by hot-pressing. Fabrication parameters, such as the densification temperature and the caracteristics of the fibre-matrix interface were adapted for each type of fibre and optimised in order to obtain non-brittle mechanical behaviour. The investigation of the mechanical properties showed that the fibre reinforcement considerably improved the toughness of the materials by matrix microcracking and pull-out of the broken fibres. The composites reinforced with carbon coated silicom carbide fibres exhibited a much higher elastic limit compared to C/Si3N4 composites. This was due to the building of axial thermal residual stresses.

Abstract FR:

Ce travail a consisté en l'élaboration et l'étude du comportement mécanique en traction monotone et en fatigue cyclique de composites unidirectionnels à matrice nitrure de silicium et fibres de carbone ou de carbure de silicium de type Hi-Nicalon. Dans un premier temps, plusieurs nuances de composites C/Si3N4 et SiC/PYC/Si3N4 ont été élaborées en utilisant un procédé basé sur l'infiltration sous pression de préformes fibreuses suivie d'une densification sous charge. Les paramètres d'élaboration tels que la température de frittage et les caractéristiques de l'interface fibre-matrice ont été adaptés à chaque type de renfort et optimisés pour obtenir des comportements mécaniques non fragile. L'étude des propriétés mécaniques a permis de mettre en évidence l'augmentation de la tenacité des matériaux grâce au renfort. Les composites C/Si3N4 et SiC/Si3N4 présentent une limite élastique clairement supérieure à celle des matériaux C/Si3N4. Ceci a été attribué à la présence de contraintes thermiques résiduelles de signe opposé dans la matrice selon la nature du renfort. Les composites SIC/PYC/Si3N4 possèdent une limite de fatigue élevée située nettement au-delà de l'initiation de la fissuration matricielle. Cependant, les conditions de dépôt par C. V. D. Du revêtement de pyrocarbone peuvent influer de façon non negligeable sur les propriétés interfaciales et donc sur les comportements en traction monotone et en fatigue cyclique. Cette influence a été mise en évidence expérimentalement et démontrée analytiquement à partir d'un modèle théorique proposé dans ce travail. La modification du procédé C. V. D. A de graves conséquences sur l'endurance des composites SIC/PYC/Si3N4.