Application des plans d'expériences à l'élaboration de fibres de nitrure de bore de hautes performances à partir du 2,4,6-tri(méthylamino)borazine (MAB)

par Pascaline Toutois

Thèse de doctorat en Sciences. Chimie inorganique

Sous la direction de Henri Vincent et de Philippe Miele.

Soutenue en 2001

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) .

Le jury était composé de Henri Vincent, Philippe Miele.

mots clés

• Nitrure de bore
• Fibres
• Borazine
• Plan d'expérience
• Polycondensation
• Pyrolyse
• Extrusion (mécanique)

Résumé

Des fibres de nitrure de bore ont été élaborée par le procédé de "melt-spinning" à partir de polymères dérivés du 2,4,6-tri(méthylamino)borazine (MAB). Le but de ce travail est de montrer la potentialité de ce précurseur pour l'obtention de fibres hautes performances. L'étude par l'intermédiaire de plans d'expériences des étapes de synthèse, de polymérisation, de filage et de céramisation a fait appel à diverses techniques d'analyses et de caractérisation physico-chimique ainsi qu'à la détermination des propriétés mécaniques des fibres. Il a été montré que si la synthèse du MAB à partir du trichloroborazine (TCB) peut être quantitative, la présence d'oligomères en quantité variable dans le TCB conduit à des polymères plus ou moins filables. Des relations entre la température de transition vitreuse (Tg) du polymère et sa température d'extrusion, et entre la Tg et les propriétés des fibres BN ont été observées. Pour un précurseur donné, l'amélioration de la contrainte à rupture [sigma]r et du module E des fibres passe par le contrôle des conditions de filage puisque [sigma]r et E dépendent de la température d'extrusion, de la vitesse d'extrusion, de l'étirage et de la mise sous tension de la fibre crue. Il est démontré que la rigidité des fibres est liée à l'orientation des cristallites BN. Il ressort de l'étude des étapes de minéralisation que deux traitements thermiques sont indispensables pour obtenir des fibres performantes. Le premier, lent, jusqu'à 1100°C sous NH3 puis N2, sert à éliminer les produits gazeux formés sans créer de défauts. Le second, rapide, jusqu'à des température d'environ 1800°C sous N2, sert à conférer les propriétés mécaniques aux fibres.

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