Synthèse et propriétés thermochimiques de composites SiC/MAX

Abstract

Ces travaux de thèse portent d’une part sur l’élaboration de composites SiC/Ti3SiC2 par frittage et d’autre part sur leur utilisation en environnement oxydant ou corrosif à haute température. Il a ainsi été considéré le bénéfice que peut apporter l’association des phases Ti3SiC2 et SiC, la première ayant essentiellement comme rôle de faciliter le frittage. Afin de bénéficier de la résistance à l’oxydation et à la corrosion à haute température du SiC, les teneurs visées de cette phase au sein des composites sont comprises entre 50% et 70% en volume. Le premier volet de la thèse porte sur la synthèse par frittage réactif les composites SiC/Ti3SiC2 avec comme renforts des particules microniques de SiC. Pour cela, deux mélanges réactionnels différents sont considérés sur la base de la littérature : i) le premier mélange réactif, constitué de 2 TiC0,96 + 1 Ti + 1,2 Si + 0,2 Al, implique la synthèse de Ti3SiC2, ii) le second mélange réactif, composé de 3 TiC0,96 + 2,2 Si + 0,2 Al, induit la synthèse in situ à la fois de Ti3SiC2 et de SiC. Pour les deux voies considérées, les teneurs élevées en SiC des composites sont atteintes par ajout d’une poudre micronique de SiC à chacun des mélanges. Le second volet de cette thèse porte sur l’effet de la teneur en SiC sur la résistance à l’oxydation/corrosion jusqu’à 1500°C pendant plusieurs centaines d’heures des composites les plus purs et les plus denses. Les cinétiques d’oxydation/corrosion de ces composites sont de type linéaire-parabolique. Le modèle de Deal and Grove permet de décrire de façon pertinente le mécanisme d’oxydation/corrosion de ces composites. Les résultats démontrent ainsi de manière claire un effet protecteur croissant de la couche d’oxydes avec la teneur en SiC. Cet effet est induit par une augmentation de la quantité de silice formée qui assure une protection efficace du matériau jusqu’à 1400°C. Dans ce travail, il a aussi été envisagé la possibilité de produire des poudres core/shell SiC/Ti3SiC2 afin éventuellement d’atteindre des teneurs encore accrues en SiC mais aussi afin de mieux maitriser la microstructure. Pour cela, la voie considérée vise la croissance d’une couche ternaire à la surface de particules de SiC à l’aide d’un bain de sel fondu. Les premiers résultats obtenus pour cette voie novatrice sont encourageants puisqu’ils ont mis en évidence la possibilité de générer une couche de composition voisine de Ti3SiC2. Finalement, l’ensemble de ce travail de thèse met en évidence l’intérêt de ces nouveaux composites qui représentent une solution prometteuse dans le cadre d’une utilisation au sein de futurs turboréacteurs fonctionnant à haute température.