Développement et caractérisation de CMC oxyde/oxyde élaborés par imprégnation de mèches en continu - Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
Thèse Année : 2024

Development and characterization of oxide/oxide CMCs produced by continuous tow impregnation

Développement et caractérisation de CMC oxyde/oxyde élaborés par imprégnation de mèches en continu

Zoé Borius
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1489654
  • IdRef : 282410929

Résumé

The use of oxide/oxide ceramic matrix composites (CMCs) is being considered for new generation 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.
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.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04886081 , version 1 (14-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04886081 , version 1

Citer

Zoé Borius. Développement et caractérisation de CMC oxyde/oxyde élaborés par imprégnation de mèches en continu. Matériaux. Ecole des Mines d'Albi-Carmaux, 2024. Français. ⟨NNT : 2024EMAC0010⟩. ⟨tel-04886081⟩
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