Image-based 2D numerical modeling of oxide formation in self-healing CMCs

Abstract

Une importante durée de vie fait des composites à matrice céramique auto cicatrisante (CMCs) les candidats parfaits pour utilisation dans les composantes à haute température des moteur aéronautiques du future. Ce type de composites sont constitués par des rangement 3D de fibres de SiC infiltrées par une matrice multicouche. Une interphase de pyrocarbone protège les fibres en déviant la fissure, des couches de SiC dans la matrice la rendent plus rigide, et des phases qui contiennent du bore produisent à 450°C un oxyde liquide qui protège les fibres par un effet de barrière diffusive. Ce papier présente une modélisation numérique de ce phénomène de auto cicatrisation en présence d'oxygène. Les modèles 0D et 1D qui existent en littérature donnent une approximation de l'évolution de la concentration d'oxygène en correspondance de la fibre la plus faible et permettent d'en déduire une durée de vie globale via un mécanisme de croissance de la fissure contrôlée par l'oxygène. On propose une approche dans laquelle le domaine de calcul est un maillage éléments finis 2D, obtenu directement par des images de fils fissurés. La diffusion de l'oxygène, l'oxydation du pyrocarbone et la production d'oxyde liquide sont simulés. Le modèle résout des bilans de masse en termes de hauteur d'oxygène, d'oxyde de bore et de pyrocarbone. Ces hauteurs sont considérées comme étant perpendiculaires à la fissure et représentent le volume unitaire (par unité de surface) occupé par chaque phase. Résultats préliminaires sur des images qui contiennent des dizaines de fibres et une matrice multicouche sont présentés.