Optimisation de l'architecture et de la nature des constituants pour la tenue en service des composites carbone-carbone pour application de freinage

par Nathalie Douarche

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Dominique Rouby.


  • Résumé

    Lors de leur utilisation, les freins carbone sont fortement sollicités mécaniquement et thermiquement. Le comportement mécanique du matériau composite stratifié C/C 2,5 D a été étudié à partir des essais de traction et compression (parallèlement et perpendiculairement à la stratification), ainsi que de cisaillement inter-laminaire (essai de torsion) et de cisaillement trans-laminaire (essai Iosipescu). Pour chacun de ces essais, un scénario d'endommagement a été proposé. L'influence de différents paramètres (densité, histoire thermique, oxydation sous air à basse température (T = 550 °C)) sur les propriétés mécaniques du composite a été quantifiée. Les caractéristiques mécaniques du matériau diminuent si la densité décroît et si le degré d'oxydation augmente. Il a été mis en évidence que la zone interfaciale fibre / matrice joue un rôle privilégié dans le comportement mécanique du matériau et sa sensibilité à l'oxydation. Un traitement thermique haute température réalisé en phase finale du processus d'élaboration d'une part, tend à diminuer les performances mécaniques du matériau, et, d'autre part, à le rendre moins sensible à l'oxydation. Enfin, nous avons montré qu'un suivi de la dégradation du matériau par oxydation en cours de vie est possible par évaluation non destructive. Trois techniques d'END ont été étudiées : la tomographie X, les ultrasons et les courants de Foucault.

  • Titre traduit

    = Optimization of components type and structure of Carbon/Carbon composites for improvement of life time for braking applications


  • Résumé

    Under use conditions, carbon brakes are strongly mechanically and thermally loaded. The typical mechanical behaviour of the 2. 5 D laminated carbon-carbon composite was studied. The mechanical characterisation was made by in plane tensile test, through-thickness compression test, interlaminar shear (torsion test) and translaminar shear (Iosipescu test) tests. For each test, a sequence of damage was proposed. The effect of various parameters (specific gravity, thermal history, under air low temperature oxidation (T = 550 °C) on composite mechanical properties were quantified. The material mechanical properties decrease with decreasing density and increasing oxidation degree. It was highlighted that the bond between fibers and matrix takes a privileged part in the material mechanical behaviour and in the material oxidation sensitivity. A high temperature thermal treatment performed at the end of the process elaboration stage caused, on the one hand, a reduction of the composite mechanical properties and, on the other hand a reduction of its oxidation sensitivity. Finally, we showed that it is possible to follow-up the material oxidation degradation during brake life cycle. Three non destructive evaluation techniques were studied: The X-ray tomography, the ultrasonic and the Eddy current.

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