Elaboration et caractérisation d'une protection anti-oxydation pour matériaux carbonnes : le système HfB₂-SiC

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

oxydation, matériaux organiques, revêtements de surface, matériaux composites

Mots-clés

Matériaux intelligentsMatériaux organiquesMatériaux organiques -- Oxydation,

Revêtement de surface - Thèses et écrits académiques,

Carbure de silicium - Thèses et écrits académiques

L'objectif de ce travail a été la réalisation et la caractérisation d'une protection contre l'oxydation de matériaux carbonés, constituée d'une couche composite HfB₂SiC et d'une couche d'accrochage de SiC. Le procédé d'élaboration utilise l'infiltration de silicium liquide dans une préforme poreuse constituée de grains de HfB₂ et de carbone issu de la décomposition d'une résine. La réaction entre le silicium et le carbone forme une matrice de SiC et à l'interface le silicium réagit avec le substrat pour donner SiC et assurer un accrochage chimique et mécanique. Les conditions d'élaboration ont été étudiées afin de réaliser un revêtement compact et homogène. La microstructure obtenue se compose de grains de HfB₂ et de nanoparticules de SiC mise en évidence par microscopie électronique en transmission. Une phase intermédiaire contenant Hf-B-Si-C a été détectée, par spectrométrie Auger, en périphérie des grains de HfB₂. Le comportement à l'oxydation a été étudié dans un large domaine de pression d'oxygène (1-200 mbar) en montée linéaire de température et en régime isotherme. deux domaines correspondant respectivement à l'oxydation de la phase intermédiaire vers 600°C-700°C et des nanoparticules de SiC vers 900-1000°C, conduisent à la formation d'un verre borosilicaté cicatrisant. La présence de B₂O₃ à haute température favorise la dissolution de HfO₂ dans le verre. La phase vitreuse stable à très haute température constitue alors une barrière de diffusion à l'oxygène de quelques dizaines de microns. En régime isotherme, la cinétique tend rapidement vers un régime parabolique très lent jusqu'à 1700°C. A basse pression partielle d'oxygène un domaine d'oxydation active apparaît. La comparaison avec le carbure de silicium montre que le verre formé est plus stable que la silice pure.