thesis

Étude du comportement mécanique de composites monofilamentaires SiC/SiC : rôle de l'interface

Defense date:

Jan. 1, 1987

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Institution:

Paris 11

Disciplines:

Applied sciences

Authors:

Directors:

Abstract EN:

The aim of this research was to study the mechanical behaviour of elementary ceramic composite materiels. Each composite is constituted of a SiC based Nicalon fibre coated with a ß-SiC "matrix" obtained by low-pressure chemical vapour deposition. The influence of a prior surface treatment of the fibres (deposition of a thin film of pyrolitic carbon) has also been investigated. A tension test has been developed for these systems to determine their mechanical characteristics stress-strain curves, load transfer, friction, modulus, damage assement. The SiC/ /SiC composites, which hace no carbon interphase, exhibit a brittle behaviour: a single crack initiates in the matrix and propagates through the fibre. The SiC/C/SiC composites which contains a carbon interphase exhibit a non-linear mechanical behaviour as in the case of unidirectional ceramic composites multiple fracture occurs in the matrix with deviation of cracks at the matrix/fibre interface. For these composites, the average friction stress at the interface could be determine from the measured extraction work. It could be shown, in some cases, that the friction stress is a fonction of the matrix volume fraction, indicating a fretting effect resulting from thermal residual stress. In several cases, "stick-slip" phenoma during the extraction of the fibre could be recorded. The approach developed in this work permits permits to characterize the dynamic behavior of these elementary composites and could be applied for example to test the effect of different surface treatments.

Abstract FR:

Cette thèse est consacrée à la réalisation et à l'étude du comportement mécanique de matériaux céramiques composites élémentaire. Chaque composite est constitué d'une fibre Nicalon à base de carbure de silicium revêtue de carbure de silicium ß par dépôt chimique en phase vapeur basse pression (L. P. C. V. D. ). L'influence d'un traitement de surface préalable de la fibre (dépôt mince de carbone pyrolytigue) a également été étudiée. Une machine de traction adaptée à ces matériaux a été développée ainsi qu'une méthodologie pour caractériser leur comportement mécanique (courbe effort-déformation transfert de charge, friction fibre/matrice module d'Young et endommagement). Les composites SiC/0/SiC élaborés sans interphase de carbone présentent une rupture fragile: une fissure matricielle unique traverse la fibre. Les composites SiC/C/SiC ayant subi un traitement de surface ont un comportement mécanique non­linéaire analogue à celui des matériaux composites unidirectionnels: multifissuration matricielle transverse avec bifurcation des fissures à l'interface fibre/matrice. Sur ce dernier système la contrainte moyenne de friction à l'interface a été déterminée à partir du travail d'extraction. Il a été constaté que dans certains cas la contrainte de friction mesurée est fonction du taux volumique de matrice ce qui s'interprète par un effet de frettage dû aux contraintes résiduelles d'origine thermique. Un phénomène de stick-slip a pu être mis en évidence au cours de l'extraction de certaines fibres. L'approche développée permet de caractériser le comportement dynamique de ces matériaux et pourrait être appliquée, par exemple à la comparaison de différents traitements de surface.