thesis

Elaboration et caractérisation de matériaux composites à matrice céramique renforces par des whiskers ou des plaquettes

Defense date:

Jan. 1, 1993

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Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Materials science and engineering

Authors:

Directors:

Abstract EN:

For a few year, several studies have pointed out the interest of reinforcing alumina by silicon carbide whiskers for cutting tool and wear applications. During this work, we have developed a process to obtain Al203-SiCw by conventional sintering and hot pressing and measured the mechanical properties of our samples. This study has shown the influence of whiskers level, whiskers aspect ratio, consolidation route and sintering condition (including atmosphere, temperature and applied load) on composites final density and properties. Hot pressed materials are reaching mechanical and wear values equivalents to those which have been published in the scientific literature and significantly higher than tho se of our conventionally sintered samples. Also, from the evidence of induced micro cracking in hot pressed Al203-SiCw and Al203- Si Cp composites, we have shown the influence of the nature, the size and the reinforcements level on composites final properties. This analysis is based on the study of internal stress which develops in the material during cooling after sintering because of the difference in dilatation coefficients. It points out the prevailing effect of reinforcements size on the composite final strength.

Abstract FR:

Depuis quelques années, de nombreuses études ont montré l'intérêt du renforcement de l'alumine par des whiskers de carbure de silicium pour des applications de coupe ou d'usure. Au cours de ce travail, nous avons développé une technique d'élaboration des composites Al203-SiCw en frittage conventionnel et en frittage sous charge et mesuré les caractéristiques mécaniques obtenues. Cette étude a montré l'influence du taux de renfort, du rapport d'élancement des renforts, du mode de mise en forme des échantillons et des conditions de frittage (atmosphère, température, effet de la charge) sur la densité finale et les propriétés des composites obtenus. Les matériaux obtenus par pressage à chaud atteignent des caractéristiques mécaniques et d'usure équivalentes à celles de la littérature et nettement supérieures à celles des composites élaborés par frittage sans charge. D'autre part, à partir d'une mise en évidence de la micro fissuration des composites Al203- SiCw et Al203-SiCp élaborés par pressage à chaud lors de leur rupture, nous avons caractérisé l'influence de la taille, du type et du taux de renfort sur les propriétés finales des composites. Cette analyse est basée sur l'étude des contraintes internes qui se développent dans le matériaux lors du refroidissement après frittage dues au désaccord des coefficients de dilatation; elle met en évidence l'importance prépondérante de la taille des renforts sur la résistance à la rupture des matériaux.