Conception, élaboration et caractérisation d'un matériau composite à matrice de titane renforcée par des fibres continues de carbone

Abstract

Titanium matrix composites reinforced by continuous carbon fibers have been prepared using a powder metallurgy method that use for a part techniques derived from ceramic and polymer matrix composite processing. Difficulties encountered during the processing were overcome through specific studies concerning the preparation of fine titanium powders, infiltration of powders within carbon meshes, binder burn out, consolidation and densification of the titanium matrix under pressure and temperature. The validity of the process has been demonstrated. However, the lack of very fine particles did not allow the volume fraction of carbon fibers to be higher than 10% which limits the reinforcement effect during tensile tests. On the other hand, the use of micronic titanium hydride particles allowed the volume fraction to reach 30%.

Des matériaux composites à matrice de titane renforcée par des fibres continues de carbone ont été élaborés par un procédé basé sur la métallurgie des poudres et dont certaines facettes sont proches de techniques utilisées pour les céramiques et pour les matériaux composites à matrice polymère. La mise en oeuvre de ce procédé a été confrontée à diverses difficultés que des études partielles ont permis de surmonter : la préparation de poudres de titane particulièrement fines, le couplage entre ces poudres et les mèches de fibres de carbone, le déliantage, la consolidation et la densification de la matrice de titane sous pression et à haute température. Bien que la faisabilité du procédé ait été démontrée, l'utilisation de poudres de titane insuffisamment fines ne permet pas d'incorporer des fractions volumiques de fibres de plus d'une dizaine de pour-cent, ce qui limite considérablement l'effet de renforcement évalué par des essais de traction. En revanche, l'incorporation dans les mèches de poudres d'hydrure de titane ne dépassant pas quelques microns a permis d'atteindre des fractions volumiques de plus de 30%.