Protection de fibres base SiC pour composites à matrice céramique

Abstract

Les composites à matrice céramique (CMC) sont des matériaux constitués d’une matrice céramique renforcée par des fibres céramiques continues (généralement à base de SiC ou de C). Le travail de thèse présenté, réalisé en collaboration avec Snecma Propulsion solide et l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie, a pour objectif d’introduire des matériaux CMC au sein de pièces de moteurs d’avions civils, concurrençant ainsi les alliages métalliques actuellement utilisés. Pour ce faire, les matériaux CMC devront répondre aux exigences propres à l’aéronautique civil, à savoir qu’ils devront présenter une longue durée de vie en atmosphère oxydante dans une gamme de basse température (400-600°C) et avoir un coût compétitif. Dans ce contexte, des matériaux CMC constitués de fibres SiC de première génération, de coût moins élevé, sont étudiés, mais leur inconvénient majeur est leur plus grande sensibilité à l’oxydation. Des matrices auto-cicatrisantes multicouches à base de Si, B, et C ont été développées ces dernières années afin d’assurer une tenue à l’oxydation des fibres, mais elles ne sont pas opérantes dans la gamme de température imposée. Compte tenu d’études précédemment réalisées et des exigences requises pour l’application visée, l’objectif du travail présenté dans ce mémoire est de proposer des solutions pour améliorer la tenue à l’oxydation de renforts fibreux à base de fibres de SiC de première génération, dans la gamme de température 400-600°C, en évitant un surcoût de production trop important.

Continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites (CFCCs) are an important class of materials for structural applications at elevated temperatures because of their improved flaw tolerance, large fracture resistance, improved toughness by crack deflection and crack bridging mechanism, low density and noncatastrophic mode of failure comparing with metallic materials. Fibers play a critical role in both the processing and performance of CFCCs. SiC-based fibers are considered leading candidate materials in the aerospace application, such as engine turbines. However, the major shortcoming of SiC-based fibers is their oxidative embrittlement and degradation, which is caused by the oxygen ingression from the micro cracks and interstitials in the composites, is the dominant life-limiting phenomenon of non-oxide composites. This study carried out with the financial supply of both Snecma Propulsion Solide and Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie has for objective to integrate SiC-based as reinforcement in CFCCs for civil aircraft engine application. In order to reach this objective, it is imperative to find a novel approach to diminish the oxygen ingression by developing protective fiber coatings.