Etude du comportement au choc et a la fatigue thermiques de céramiques pour applications industrielles

par François Mignard

Thèse de doctorat en Génie des Matériaux

Sous la direction de Gilbert Fantozzi.


  • Résumé

    Ce document présente une analyse globale prédictive de l'endommagement des matériaux céramiques soumis a des variations de températures. Des essais de chocs et de fatigue thermiques ont permis de caractériser le comportement d'une alumine à microstructure grossière, d'une zircone de type"fragile"et d'une seconde zircone présentant un effet de résistance à la propagation de fissure. La technique de l'émission acoustique a été utilisée a cet égard. Les mesures en température des propriétés thermophysiques des matériaux et du coefficient d'échange superficiel de chaleur ont permis de modéliser la sollicitation d'origine thermique. L'état de contrainte des éprouvettes a été calculé aux instants de dégradations définis par l'émission acoustique. L'analyse en terme de facteur d'intensité de contrainte (prise en compte de l'état de contrainte et de la microstructure des matériaux) constitue le critère d'endommagement. Une excellente corrélation entre cette analyse et les résultats expérimentaux est observée. Des essais en fatigue thermique sont également présentés. L'analyse de la dégradation est basée sur la corrosion sous contrainte des matériaux. L'influence de la température et de la microstructure des matériaux sur la croissance sous critique des défauts est intégrée. Une analyse prédictive et statistique de l'endommagement par fatigue thermique des matériaux céramiques est proposée.

  • Titre traduit

    = Thermal shock and thermal fatigue behaviour of ceramics for industrial applications.


  • Résumé

    The aim of the present research work is to provide a global analysis to predict the damage of ceramics under thermal variations. Thermal shock and thermal fatigue tests are conducted in order to characterise the behaviour of three materials; a coarse grained alumina, a first zirconia of brittle type, and a second zirconia exhibiting a R-curve behaviour. Acoustic emission study is performed in the three cases. Experimental work regarding thermophysical properties of materials and measurement of surface heat exchange coefficients over ranges of temperature has permitted to modelize the thermal solicitation. Stress fields within ceramic specimens is calculated at the instants of degradation corresponding to the indications from acoustic emission data. The above mentioned analysis is successfully compared with the experimental results. In the case of thermal fatigue tests, the analysis of the material degradation is based on stress corrosion mechanisms. Inflluence of microstructure and temperature on subcritical crack growth is also taken into account. A statistical predictive damage analysis of the thermal fatigue behaviour of ceramic components is hereby proposed.

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