GROUPE MECAMAT "INTERFACES DANS LES MILIEUX SOLIDES"

Compte‑rendu de la Journée sur

"Les aspects expérimentaux des Interfaces fibre/matrice"

organisée par D. ROUBY et J.F. GERARD

le jeudi 13 novembre 1997

à l'INSA de Lyon

Mme GUIGUON a montré des observations en MET à haute résolution des zones interfaciales dans les matériaux composites à matrice organique renforcée par des fibres de carbone. L'objectif du travail est la recherche des relations entre microstructure interfaciale et propriétés mécaniques. Il est possible de relier la morphologie de la zone interfaciale à un taux de contact qui contrôle l'interaction entre fibre et matrice.

M. NARDIN a cherché à établir une relation entre la résistance mécanique d'une interface fibre/matrice mesurée en terme de contrainte maximale de cisaillement et l'énergie d'adhésion entre les deux constituants. Cette relation est justifiée en supposant que la résistance au cisaillement interfacial est due essentiellement aux interactions moléculaires.

C. DEPECKER et J. LAUREYNS ont tout d'abord rappelé comment et sous quelles conditions la microspectrométrie Raman permet de cartographier in situ la répartition des contraintes le long d'une interface. Cette technique a été appliquée au test de traction sur fibre dans le cas d'un composite polyester insaturé /fibre de polyéthylène.

G. DESARMOT a présenté une analyse détaillée de l'essai de déchaussement dans le cas d'un matériau constitué d'une résine thermodurcie renforcée par des fibres de carbone. La phase d'élaboration et les éventuelles contraintes résiduelles thermiques qu'elle engendre sont prises en compte. Les problèmes liés à l'indentation ont ainsi été évoqués.

J. VICENS a montré de nombreuses micrographies obtenues en MET lors de l'étude des zones interfaciales dans les matériaux composites à matrice céramique renforcée par des fibres de carbone ou de carbone de silicium (SiC/SiC, C/SiC, SiC/YMAS et SiC/MLAS). La microstructure de ces interphases est modifiée lorsque le matériau est soumis à de l'oxydation ou à une sollicitation de fluage.

L'exposé de J.F. GERARD a été consacré aux tests de caractérisation de la résistance en cisaillement de l'interface (test de la microgoutte et essai de fragmentation de fibre). Ces outils expérimentaux et leur modélisation permettent de comparer les liaisons interfaciales mais aussi de définir les caractéristiques requises afin de répondre à une sollicitation spécifique du matériau.

D. ROUBY a présenté des résultats expérimentaux obtenus lors d'essais d'indentation instrumentée sur des composites monofilamentaires comprenant un filament de carbone de silicium et une matrice de Pyrex. L'influence de la raideur de l'appareillage et de la rugosité des surfaces en contact est mise en évidence. Dans le cas d'une sollicitation cyclique, une loi de dégradation de la contrainte de cisaillement interfacial est proposée.

0 SUDRE a proposé une méthodologie d'étude multi‑échelles des matériaux composites. Les résultats des essais micromécaniques (indentation sur fibre) permettent de mettre en évidence un comportement interfacial fortement dépendant de la fraction volumique locale de renfort. Dans le cas d'un matériau à matrice titane renforcée par des filaments de carbone de silicium, cette modification de comportement interfacial est corrélée avec des variations locales de fonction volumique des fibres.

F.H. LEROY s'est intéressé à la modélisation de l'essai de micro‑ indentation sur fibre en intégrant une loi de comportement interfacial couplant adhésion et frottement et la pénétration de l'indenteur dans la fibre. L'ajustement des paramètres du modèle permet de restituer précisément la réponse d'indentation dans le cas d'une sollicitation complexe.

E. MARTIN a présenté une approche micromécanique destinée à décrire l'interaction d'une fissure avec une interphase dans les matériaux composites à matrice céramique. Les prévisions du modèle sont comparées aux résultats expérimentaux concernant (i) le comportement à la rupture d'un stratifié comportant des substrats d'alumine séparés par une interphase poreuse, (ii) la localisation de la déviation de la fissure matricielle dans un matériau SiC/C/SiC.

J. LAMON a montré l'influence du matériau d'interphase déposé entre fibre et matrice sur le comportement mécanique des matériaux composites à matrice cérarrùque. Des micrographies ont illustré la microstructure complexe de l'interphase et son rôle de déviateur de fissures matricielles. Plusieurs méthodes de caractérisation des interphases (microindentation, traction sur rnicrocomposites et rrùnicomposites) sont comparées.

Groupe MECAMAT "Interfaces dans les milieux solides"

Journée sur les aspects expérimentaux des interfaces fibre/matrice

jeudi 13 novembre 1997

Organisateurs: D. Rouby (GEMPPM) et J.F. Gérard (LMM) INSA de Lyon

9h ‑ 9h15: accueil salle René Char (bâtiment 602)

9hl5 ‑ 9h45 Phénomènes interfaciaux dans des composites à fibres de carbone et à matrice organique.

Etude par microscopie électronique à transmission.

Michèle GUIGON. LG2mS, UTC, Compiègne.

9h45 – l0h15: Adhésion fibre‑matrice dans les matériaux composites : thermodynamique et mécanique.

Michel NARDIN. ICSI, Mulhouse

L0hl5 – l0h45: Micromécanique des interfaces fibre/matrice et spectrométrie Raman.

C. DEPECKER, J.P. CAVROT, J. LAUREYNS. LSPES et LSIR, USTL, Villeneuve

d'Asq.

l0h45 ‑ 11h: pause

1lh ‑ 1lh30: Caractérisation micromécanique des interfaces : systèmes fibre de carbone/résine

thermodurcie.

F.‑H. LEROY, G. DÉSARMOT, M. MARTIAL, A. MAVEL. ONERA, Châtillon.

1lh30 ‑ 12h: Micro‑composites à matrice polymère thermodurcissable et fibres de verre. Test de la

goutte. (titre provisoire).

J.F. GERARD, LMM, INSA de Lyon, Villeurbanne.

l2h ‑ 12h30: Microstructure des interfaces fibre/matrice dans des composites à matrices céramiques

renforcés par des fibres en carbone ou en carbure de silicium.

J. VICENS, G. BOITIER, J.L. CHERMANT. LERMAT, Caen

12h30 ‑ l4h Déjeuner

l4h ‑ 14h30: Influence des conditions d'élaboration sur la structure (ou la nature) des interfaces

interphases et sur le processus de décohésion dans le cas de CMC et CMM

(titre provisoire).

J.C. SANGLEBOEUF, B. GUICHET, ONERA, Châtillon

14h30 ‑ l5h Étude et modélisation de l'essai de micro‑indentation sur composites SiC/SiC.

F.‑H. LEROY, M. RAOUS, Y. MONERIE, B. PASSILLY. LMA, Marseille et ONERA,

Châtillon.

l5h ‑ 15h30: Rôle de la rugosité interfaciale sur le transfert de charge dans des composites

monofilamentaires SiC/Pyrex. Expériences et interprétations.

D. ROUBY, H. CHEROUALI, P. REYNAUD, GEMPPM, INSA de Lyon,

Villeurbanne.

15h30 ‑ 15h45 pause

15h45 ‑ l6h 15 Interaction fissure/interphase dans les matériaux composites à matrice céramique: modèle

micromécanique et résultats expérimentaux.

Éric MARTIN, LGM, Talence.

l6h 15 ‑ 16h45 Relations entre les propriétés interfaciales et le comportement mécanique dans les

composites à matrice céramique.

Jacques LAMON, LCTS, Talence

16h45 ‑ 17h30: Table ronde et synthèse