Dépôts de céramiques sur poudre et fibres courtes par CVD à lit fluidisé

Abstract

À l’horizon 2050, l’industrie aéronautique cherche à développer de nouveaux matériaux dans le but d’améliorer le rendement des turboréacteurs. Les composites à matrice céramique (CMC) à fibres longues tissées ne permettent pas de concevoir des pièces d’épaisseurs réduites et/ou de formes complexes. L’utilisation de renforts à fibres courtes pourrait contourner cette difficulté. Pour contrôler la liaison interfaciale fibre/matrice, une interphase de carbone pyrolytique (PyC) ou de nitrure de bore (BN) est appliquée sur les substrats par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Ensuite, une couche protectrice de carbure ou de nitrure de silicium (SiC, Si3N4) protège le renfort lors de l’infiltration de la matrice SiC par le silicium liquide. Ces étapes de CVD sont réalisées industriellement à l’aide de précurseurs souvent chlorés, nuisibles pour les équipements et toxiques pour l’environnement. Dans un souci de respect des objectifs environnementaux, des précurseurs liquides à température ambiante et non-halogénés sont utilisés. Le procédé CVD à lit fluidisé (CVD-LF) a naturellement été choisi pour assurer un revêtement uniforme des fibres courtes. Dans la première partie de cette étude, la capacité de fluidisation des fibres courtes et des mélanges fibres/poudre est évaluée, et les lois de comportement hydrodynamiques sont décrites en se basant sur des études expérimentales. À partir de ces résultats, les conditions de fluidisation sont optimisées puis appliquées aux conditions du dépôt par CVD-LF. Dans la deuxième partie de l’étude, les dépôts d’interphase et prématriciels (PyC, BN, SiC et Si3N4) sont réalisés en utilisant des précurseurs liquides originaux. Leur décomposition est étudiée en phase gazeuse du point de vue théorique (thermodynamique) et expérimental (IRTF). Les revêtements obtenus sont caractérisés afin de déterminer leur composition élémentaire (EDS, Spectroscopie Auger, XPS), leur morphologie (MEB) et leur structure (MET, Raman). Enfin, les dépôts sont soumis à des tests afin de simuler leur élaboration et leur utilisation à haute température.