Elaboration et caractérisation de matériaux Si-M-C-N (M=B, AI) et application à l'élaboration de fibres céramiques

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Agent de renfort, Polymères précéramiques, Si-B-C-N, Si-Al-C-N

Mots-clés

Fibres,

Carbure de silicium

La limitation de notre impact environnemental passe en partie par la recherche et le développement de nouveaux procédés et matériaux, et les céramiques techniques ont une place essentielle parmi ceux-ci. Les composites à matrices céramiques (CMCs) permettent le renfort de nombreux types de structures, principalement pour des applications à hautes températures, et notamment dans les turbomachines. Ces CMCs utilisent majoritairement des fibres de carbure de silicium (SiC) en tant qu’agent de renfort. Toutefois, le marché des fibres de SiC est dominé par le Japon. Cet oligopole conduit à des problématiques économiques et stratégiques. De plus, les performances thermomécaniques des fibres SiC se dégradent dès 1400 °C en conditions d’utilisation. Dès lors, il apparaît que l’amélioration des performances des CMCs pourra résider dans la substitution du SiC par d’autres systèmes compositionnels plus stables en température. Dans le cadre de cette thèse, les systèmes quaternaires Si-B-C-N et Si-Al-C-N ont été envisagés en substitution du SiC pour leurs performances thermiques et chimiques de premier plan. La voie PDCs (Polymer-Derived Ceramics) a permis d’ajuster la composition des précurseurs à l’échelle moléculaire. La modularité de cette méthode d’élaboration de céramiques réside dans la possibilité de mettre en forme à façon les précurseurs, permettant la synthèse d’objets, dont des fibres, qui ne sont pas accessibles par les méthodes conventionnelles de synthèses. L’élaboration de fibres creuses de large diamètre pour des applications catalytiques ou membranaires est envisagée en complément des fibres micrométriques pour du renforcement de structures. Dans le cadre de ces travaux de thèse, la synthèse de nouveaux précurseurs à façon a été étudiée en couplant différentes techniques de caractérisation des polymères. La conversion polymère-céramique (1000 °C) a également été suivie à l’aide de méthodes de caractérisation dites ex-situ et in-situ afin d’identifier les mécanismes de pyrolyse liés à cette transformation. L’évolution microstructurale des céramiques obtenues à 1000 °C a quant à elle été caractérisée par spectroscopies RMN, Raman et IRTF ainsi que par DRX, MEB-EDX et MET afin d’identifier l’effet de la teneur en bore, voire en aluminium, des céramiques sur la structuration du système Si-C-N. La capacité au filage de précurseurs sélectionnés dans les chapitres 3, 4 et 5 a été étudiée et discutée.