Analyse de la résistance thermique d'interface entre inclusion et matrice dans les matériaux composites bons conducteurs de chaleur : application aux matériaux composites à matrice polymère ou métallique

par Éric Chapelle

Thèse de doctorat en Thermique. Energétique

Sous la direction de Bertrand Garnier.

Soutenue en 2008

à Nantes .


  • Résumé

    Cette étude concerne l’analyse des transferts thermiques au sein de matériaux composites à matrice polymère ou métallique rendus bons conducteurs de chaleur par l’ajout d’inclusions conductrices. Un des points clés de leur élaboration est la maîtrise de la résistance thermique d’interface Ri entre inclusion et matrice. Cependant, les mesures locales de Ri constituent toujours un challenge en raison des faibles sensibilités à Ri et de la faible taille des inclusions. Un dispositif de mesure de Ri entre des fils tendus de nickel (assimilables à des fibres) de quelques dizaines de microns de diamètre et une matrice polymère a été mis au point. La mesure de la température du fil chauffant associée à un modèle thermique a permis d’obtenir, pour différents diamètres de fil et températures, des valeurs de Ri comprises entre 0,1. 10-5 et 1,7. 10-5 m2K/W et ceci, pour des résines thermodurcissables (époxy) et thermoplastiques (EVA, PP). Certaines mesures de Ri ont été validées en utilisant un modèle thermoélastique. Un second dispositif à micro-échelle a été mis au point dans le but de mesurer Ri entre inclusion et matrice dans un composite en cuivre avec des inclusions sphériques de carbone vitreux. L’excitation thermique est réalisée à l’aide d’un faisceau laser modulé et la température est relevée à l’aide d’une microsonde originale constituée d’un thermocouple semi-intrinsèque. Finalement, une procédure d’estimation utilisant un modèle thermique mono-inclusion a permis d’obtenir une première valeur de Ri de 6,1. 10-5 m2K/W. Une étude numérique 3D en régime périodique établi a de plus été réalisée afin d’étudier l’effet de la proximité d’autres inclusions sur les valeurs de Ri estimées

  • Titre traduit

    Analysis of the thermal interface resistance between particles and matrix in therrmal conductive composites : application to polymer matrix or metal matrix composites


  • Résumé

    The addition of thermally conductive particles is an effective way to increase thermal conductivity of polymers or to reduce thermal expansion coefficient of metals. For highly filled composites and therefore for a high effective thermal conductivity, the heat transfer at the matrix/particle interface becomes a key point to obtain further improvement. However the thermal interface resistance Ri between particles and matrix is difficult to measure because of the low sensitivity to Ri and because of the small size of the particles. A setup has been developed to measure Ri between nickel wires (fiber-like particle) of a few tens microns diameter and a polymer matrix. The temperature measurement of the heating wire associated with a thermal model allowed to estimate values of Ri between 0. 1 10-5 and 1. 7 10-5 m2K/W and this for various wire diameters, temperatures and polymer matrix (thermoset: epoxy, thermoplastics: EVA and PP). Some Ri measurements have been validated using a thermo-elastic model. Another method based on a homemade thermal microscope was developed in order to measure Ri between particle and matrix in a copper matrix composite with spherical glassy carbon particles. A 3D numerical model in steady periodic regime was developed to study the effect of other particles in the vicinity on the estimated Ri values. The thermal excitation is performed using a modulated laser beam and the temperature is measured using a novel microprobe which consists of a semi-intrinsic thermocouple. Finally, an estimation procedure using a mono-inclusion thermal model was performed and a first value of Ri of 6. 1 10-5 m2K/W was obtained.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (200 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-198

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008 NANT 2068
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th. 2287 bis
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