Rupture différée en fatigue statique, aux températures intermédiaires (<800°C), de fils et de fibres à base de carbure de silicium

par Wilfried Gauthier

Thèse de doctorat en Sciences chimiques. Physicochimie de la matière condensée

Sous la direction de Jacques Lamon et de René Pailler.

Soutenue en 2006

à Bordeaux 1 .


  • Résumé

    La rupture différée des fibres SiC de type Hi-Nicalon et Hi-Nicalon S a été étudiée à l’échelle monofilamentaire et multifilamentaire (fil de 500 fibres) à l’aide de moyens d’essais spécifiques permettant de réaliser des essais de fatigue statique, sous air, aux températures intermédiaires (500°C - 800°C). Ces essais ont permis de définir, dans un premier temps à l’échelle multifilamentaire, une loi empirique de type puissance, caractéristique de la propagation lente (ou sous-critique) de défauts, reliant la durée de vie t d’un fil à la contrainte appliquée en fatigue statique , pour une température T : t n = A0 exp (Ea/RT). La durée de vie d’un monofilament dépend d’un paramètre supplémentaire, équivalent à sa probabilité de rupture en traction , également appelé rang du monofilament au sein du fil. Un modèle théorique de prévision de la durée de vie d’un monofilament, basé sur la propagation sous-critique de fissures, a été développé. Il est en parfait accord avec les résultats expérimentaux et permet de générer des diagrammes SPT (Strength-Probability-Time). Ces diagrammes permettent de déterminer, pour une température donnée, la durée de vie d’un monofilament en fonction de son rang  et de la contrainte appliquée . Enfin, il a été établi après de nombreuses analyses physico-chimiques, que la rupture différée, en fatigue statique, aux températures intermédiaires (500°C - 800°C), des fils et des monofilaments à base de SiC est la conséquence d’un phénomène de propagation sous-critique des défauts surfaciques de ces fibres par oxydation du carbone libre et des grains de SiC- en front de fissure.

  • Titre traduit

    Delayed failure in static fatigue, at intermediate temperaures (<800°C),of silicon carbide single fibres and multifilament tows


  • Résumé

    Delayed failure of SiC Hi-Nicalon and Hi-Nicalon S single fibres and multifilament tows (500 fibres) was investigated in static fatigue, in air, at intermediate temperatures (500°C - 800°C) using specific devices. Static fatigue tests on multifilament tows show that lifetime of tows obeys an empirical power-type law generally associated to slow (or subcritical) crack growth. The lifetime of a tow t is related to the applied stress in static fatigue  and the temperature T : t n = A0 exp (Ea/RT). The lifetime of a single filament depends on another parameter, his tensile failure probability , which also represents the rank of the considered filament within the tow. A theoretical slow crack growth model was developed for single fibres lifetime prediction. Lifetime predictions are in excellent agreement with experimental results. The model allows SPT (Strength-Probability-Time) diagrams to be constructed. These diagrams provide relationships, for a given temperature T, between the lifetime of single filament t, his tensile failure probability (or rank)  and the applied stress in static fatigue  Finally, physical and chemical analysis demonstrate that delayed failure of SiC single fibres and multifilament tows, in air, in static fatigue, at intermediate temperatures (500°C - 800°C), result from slow propagation of initial surface cracks by oxidation of free carbon and SiC- grains at crack tips.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (108-[71] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 99-108. Annexes [70] p.

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  • Bibliothèque : Université de Bordeaux. Direction de la Documentation. Bibliothèque Sciences et Techniques.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : FTA 3303
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