H/F (thèse) Design de composites Carbone/SiC obtenus par infiltration de silicium liquide de composites

Sujet de thèse :
Contexte de l’étude :
Les composites Carbone/Carbone (C/C/SiC) sont des matériaux de choix pour diverses applications dans l’industrie lourde et surtout dans l’aérospatial, par exemple en tant que boucliers thermiques réutilisables pour objets spatiaux réentrant dans l’atmosphère. Ils sont fabriqués en deux étapes majeures : (i) la fabrication d’un composite C/C par imprégnations et pyrolyses successives d’une résine dans une préforme constituée de fibres de carbone, (ii) l’imprégnation de ce matériau par du silicium fondu. Jusqu’à présent, ces matériaux ont des performances moindres que les composites fabriqués par voie gaz, mais sont bien plus avantageux en termes de coûts. Il s’agit ici de contribuer à les améliorer en utilisant parcimonieusement la voie gaz à des étapes cruciales du processus de fabrication ; pour cela, il faut également bien comprendre et caractériser leur comportement mécanique à l’ambiante et en température.
Ces études s’inscrivent dans le cadre du projet Franco-Allemand ANR-DFG « IDeLSIC » en collaboration avec l’institut « Materials Resources management » de l’Université d’Augsburg (Bavière).

Sujet :
Ce travail de thèse porte sur la compréhension de l’influence de la structure et de l’architecture du matériau sur son comportement mécanique. Pour cela, divers échantillons seront étudiés, différant par l’armature textile et par l’insertion éventuelle de couches déposées par voie gaz au cours de la fabrication (gérée principalement par les collègues Allemands pour la voie liquide). Le travail s’articulera autour de deux axes :
- Caractérisation expérimentale du comportement mécanique par divers essais sur éprouvettes et sur constituants élémentaires ou mini-composites ;
- Construction d’un modèle de comportement et identification grâce aux résultats expérimentaux

Programme de travail
• Tests mécaniques à température ambiante et élevée sur des éprouvettes diverses (classique et modèles) à l’aide de machines d’essais du laboratoire, avec des caractérisations in-situ (émission acoustique, champs de déformation, …)
• Caractérisations morphologiques avant et après essais
• Tests mécaniques à température ambiante et élevée dans une machine d’essais sous tomographe X avec suivi de l’évolution par corrélation d’images 3D numérique.
• Tests thermomécaniques (TMA)
• Tests de caractérisation d’interfaces (push-in, push-out, etc.) et de méso-constituants
• Construction d’un modèle de comportement mécanique multi-échelle et identification des paramètres sur la base des données expérimentales
• Identification de voies d’optimisation du matériau

Techniques mises en œuvre :
• Tests mécaniques sur machines d’essai (température ambiante et haute)
• Tests mécaniques sur moyen spécifique sous tomographe X
• Mesures de champs, émission acoustique
• Corrélation d’images numériques (logiciel disponible au LCTS)
• Tests thermomécaniques
• Tests de push-in / push-out

Contex
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