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Annales de Chimie - Science des Matériaux

0151-9107
 

 ARTICLE VOL 30/6 - 2005  - pp.593-608  - doi:10.3166/acsm.30.593-608
TITRE
Importance des propriétés de surface du carbone dans les composites carbone/céramique

TITLE
The importance of the carbon surface properties in carbon/ceramic composites

RÉSUMÉ
Les composites carbone/carbone et carbone/céramique sont couramment utilisés pour des applications nécessitant des matériaux légers qui présentent un caractère réfractaire, une bonne rigidité, une faible dilatation thermique, une bonne résistance à la fatigue et une excellente résistance aux chocs thermiques due, en autres, à une bonne conductibilité thermique…. Ces applications visent des domaines aussi divers que les équipements aéronautiques et aérospatiaux, les disques de freins, les équipements thermiques, les prothèses médicales…. Les caractéristiques finales des composites ainsi que leurs performances sont fortement influencées par les propriétés de surface des matériaux carbonés qui constituent ces composites. Ces propriétés de surface peuvent être déterminées soit par une approche ‘chimie du solide’ au travers du concept de sites actifs (ASA) soit par une approche ‘groupes fonctionnels de surface’ liée à la présence de groupes chimiques en surface du matériau carboné. L’utilisation de ces deux approches constitue un outil intéressant pour prédire la texture (porosité), la qualité de l’interface carbone/matrice, la réactivité et le comportement tribologique des composites C/C. L’oxydation du carbone à des températures aussi basse que 400°C représente un inconvénient majeur pour les composites C/C qui doivent être protégés par des revêtements céramiques. Un procédé non-conventionnel pour préparer des revêtements céramiques multi-couches à base de carbures par un procédé de réplique réactive est décrit dans cet article. La formation des carbures et leur efficacité de protection sont également fortement influencées par la chimie de surface des fibres de carbone. En particulier, la vitesse de formation et la microstructure du revêtement de carbure(s) dépend des propriétés de surface de la source carbonée.

ABSTRACT
Carbon/carbon and carbon/ceramic composites are used in various fields of application requiring strength, light weight and toughness, e.g aerospace equipments, disk brakes, medical prostheses, etc. Both in the syntheses process and in the application properties of these materials, the surface chemical properties of the carbon fibres has a great influence. The surface properties can be determined by a ‘solid-state chemistry’ approach through the active surface area (ASA) concept or by a ‘functional group’ approach based on the surface chemistry. The use of these two approaches to characterize the carbon fibre surface constitutes a very interesting tool to predict the morphology (porosity), the quality of the carbon/matrix interface, the reactivity and the tribological behaviour of the C/C composites. The oxidation of carbon at temperatures as low as 400°C represents an important drawback for the C/C composites which must be protected by ceramic coatings. A non-conventional way to prepare multilayer ceramic coatings by a reactive templating process is proposed in this paper. The formation of the carbide materials is strongly influenced by the surface chemistry of the carbon fibres. Especially, the formation rate and the microstructure of the carbide layers depend on the surface properties of the carbon source. Consequently, the protection efficiency of these carbide layers against oxidation is modified.

AUTEUR(S)
Cathie VIX-GUTERL, Joseph DENTZER, Roger GADIOU

Reçu le 25 août 2005.    Accepté le 10 octobre 2005.

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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