L’introduction de composites à matrice céramique (CMC) oxyde/oxyde est envisagée dans les
turbomachines de nouvelle génération. Les principaux freins à l’industrialisation de ces matériaux sont
la diversité des procédés d’élaboration, leurs coûts, ainsi que l’hétérogénéité des microstructures et des
propriétés mécaniques. Ces travaux de thèse en collaboration entre l’Onera, l’IRT Saint-Éxupéry et
l’ICA étudient une nouvelle voie d’élaboration de CMC alumine/alumine, par une étape d’imprégnation
de mèche en continu. Pour commencer, une étude de formulation de suspensions aqueuses d’alumine
compatibles avec l’élaboration de composites par le procédé d’imprégnation en ligne suivi d’une mise
en forme en autoclave et d’un frittage a été menée. Deux plastifiants organiques hygroscopiques, le
sorbitol et le glycérol, ainsi qu’un gélifiant, la boehmite, ont été évalués. Les cycles thermiques en
autoclave ont été adaptés à la composition des suspensions et en particulier aux additifs organiques.
Plusieurs compositions de suspensions ont été retenues et les microstructures des CMC résultants ont
été caractérisées. Les relations composition de la suspension – adaptabilité au procédé – microstructure
du composite ont été investiguées. Enfin, les comportements mécaniques à température ambiante des
différentes nuances de CMC ont été examinés en lien avec leurs microstructures, et des scénarios
d’endommagement en traction ont été proposés. |
The use of oxide/oxide ceramic matrix composites (CMCs) is being considered for newgeneration
engines. The main obstacle to the industrialisation of these materials are the diversity of
production processes, their costs, and the heterogeneity of the microstructures and mechanical
properties. This thesis is a collaboration between Onera, IRT Saint-Éxupéry and ICA. It investigates a
new way of producing alumina/alumina CMC by using a continuous tow impregnation process. Firstly,
a study was carried out into the formulation of aqueous alumina slurries compatible with the production
of composites using a continuous tow impregnation line, followed by autoclave shaping and sintering.
Two hygroscopic organic plasticisers, sorbitol and glycerol, as well as a gelling agent, boehmite, were
evaluated. Autoclave thermal cycles were adapted to slurries compositions, with particular regard to the
organic additives. Several compositions were selected and the microstructures of the resulting CMCs
were characterised. The relationships between slurry composition, process adaptability and composite
microstructure were investigated. Finally, the mechanical behaviour at ambient temperature of the
different CMC grades were examined in relation to their microstructures, and tensile damage scenarios
were proposed. |