Comportement tribologique de matériaux composites à fibres de carbone et à matrice céramique dans le système Si-C

par Stéphanie Fouquet

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

Sous la direction de René Pailler et de Xavier Bourrat.

Soutenue en 2003

à Bordeaux 1 .

mots clés

Résumé

L'une des méthodes possibles pour agir sur les propriétés de friction des composites C/C consiste à introduire du carbure de silicium dans la matrice. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'incidence de cette modification sur le comportement tribologique et d'identifier les mécanismes impliqués. Pour cela, différents composites à matrice hybride ont été élaborés puis testés sur un tribomètre de laboratoire et sur un banc d'essai industriel. Par rapport aux C/C de référence, ces matériaux présentent des coefficients de frottement et des taux d'usures généralement supérieurs, en raison de l'effet abrasif du carbure de silicium. Dans des conditions très sévères, le coefficient de frottement peut diminuer fortement, suite à la mise en place d'un mécanisme proche de la lubrification. Ces résultats mettent en évidence les aspects mécaniques et hysico-chimiques de l'action du carbure de silicium sur les propriétés tribologiques des composites à matrice hybride à différentes échelles de sollicitation. Enfin, l'influence de la présence de silicium libre dans la matrice a été abordée.

Titre traduit

Tribological behaviour of carbon fibre reinforced Si-C ceramic matrix composite materials

Résumé

One of the possible ways to control the tribological properties of C/C composites is to introduce some silicon carbide within the matrix. The aim of this work was to evaluate the influence of such modification on the friction behavior and to identify the involved mechanisms. Friction and wear tests were performed on different hybrid matrix composites, using a pin-on-disc tribometer and an industrial bench. Compared to C/C, these materials exhibit higher friction coefficients and wear rates, as a consequence of the abrasive capacity of silicon carbide. For severe conditions, the friction coefficient may drop abruptly, through the occurrence of a echanism similar to lubrication. These results highlight both mechanical and physico-chemical aspects of the silicon carbide effects on the tribological properties of hybrid matrix composites at various energies. At last, the influence of some free silicon within the matrix was discussed.