Etude du comportement en fatigue des matériaux composites a matrice céramique suivi par émission acoustique

par Pascal Reynaud

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Gilbert Fantozzi.

Soutenue en 1992

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Composites
• Composites à matrice céramique
• Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Résumé

Les propriétés originales des matériaux composites a matrice céramique, qui allient la stabilité des céramiques monolithiques à la non-fragilité des composites, en font des candidats privilégies pour les applications thermo structurales. Bien que mal connu a l'heure actuelle, leur comportement en fatigue est une donnée de première importance qu'il importe de déterminer. L'objectif de ce travail consiste a caractériser le comportement en fatigue d'un composite bidirectionnel a fibres et a matrice sic, et a identifier le mécanisme micro-structural qui est a l'origine de la fatigue. Dans cette optique, le diagramme d'endurance a été établi en traction répétée et en flexion ondulée. La limite de fatigue ainsi mesurée est plus élevée que pour les matériaux classiques tels que les métaux, et des essais de fatigue cumulée ont permis d'améliorer la tenue en fatigue de ce matériau. L'étude de la fréquence d'essai a révèle une faible contribution de phénomènes dépendant uniquement du temps. Pour ce composite, l'hypothèse retenue pour expliquer l'effet de fatigue a température ambiante est la présence d'une érosion de la zone inter-faciale, ce qui fournit un scénario théorique cohérent avec l'ensemble des observations expérimentales. Cependant, en vue d'une généralisation a un plus grand nombre de composites a matrice céramique ou vitrocéramique, la modélisation proposée devra être complétée en intégrant les effets qui sont lies a la structure du renfort fibreux et a la présence d'autres mécanismes d'endommagement tels que la propagation sous critique par corrosion sous contrainte

Titre traduit

= Fatigue behaviour of ceramic matrix composites characterized by acoustic emission

Résumé

For their specific properties (high stability of monolithic ceramics and non fragility of composite)ceramic matrix composites are suited for thermo-structural applications (hypersonic planes, space shuttles). Renee, the fatigue behaviour of these materials, quite unknown at this time, exhibits a strong interest and have to be characterized. The aim of this work is to characterize the fatigue behaviour of a composite having SiC fibres ans matrix, and to identify what is the microstructural phenomenon leading to a fatigue effects In that way, life time diagram have been determined from tensile-tensile and bending tests. The fatigue limit sa measured is rather close to the monotonic failure stress compared to classical materials as metallic ones and the study of frequencies effects has shown a poor contribution of phenomenons depending only on the time (stress corrosion propagation). For this composite, we have explained the fatigue effect at room temperature by a mechanical abrasion of the fibre-matrix interface due to-and-for sliding. This simple hypothesis had given a complete explanation of the experimental observations. But, in order to generalize this modelling to a wider range of composites with ceramic or glassy matrix, effects of fibres architecture and additional damage mechanisms should be introduced.