1MEC-200 Technologie des matriaux

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13-1 Cours #13

Les composites

Chapitre 14

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13-2 Cours #13

Contenu

Gnralits Composites renforcs par des fibres

Types de matrice Polymre Mtallique Cramique Composites carbone-carbone

Composites renforcs par des particules Composites structuraux

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13-3 Cours #13

Classification des composites

Fibrescontinues(alignes)

Fibresalignes

Fibresorientes

de faon alatoire

Fibresdiscontinues

(courtes)

renforcs par desfibres

particuleslarges

particules finespar dispersion

renforcs pardes particules

Structuraux

COMPOSITES

Un matriau composite est constitu d'un renfort (ossature du matriau) qui assure la tenue mcanique et d'une matrice (enveloppe ou peau du matriau) qui est gnralement une matire plastique (rsine thermoplastique ou thermodurcissable) qui assure la cohsion de la structure et la retransmission des efforts vers le renfort.

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13-4 Cours #13

Fibres longues alignes Fibres longues orientes de faon alatoire

Fibres longues tisses

Fibres longuestissage tridimensionnel

Surface de ruptured un composite

Rupture fragile des fibresde carbone

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13-5 Cours #13

Fibres de renfort

Fibres de verre Trs haute sensibilit aux rayures

concentration de contraintes diminution de Rm

fabriqus par extrusion du verre fondu (filire perce de trous de 1 2 mm) puis tirage (5 15 m dia).

Peu coteuse: 1 $/kg

Fibres de polymres: Aramide = Kelvar Module dYoung lev: 60 (Kelvar 29) et 130 GPA (Kelvar 49) Cot lev: 15 20 $/kg

Molcules rigides alignes par cristallisation suivant la direction donner aux fibres

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13-6 Cours #13

Fibres de polymres

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13-7 Cours #13

Fibres de renfort Fibres de carbone

Orientation prfrentiel des cristaux de graphite // axe des fibres Rigidit et Rm leves Temprature dutilisation leve: > 2000 C; faible

Prix abordable et en dcroissance: 10 $/kg

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13-8 Cours #13

Fibres de renfort renfort minraux

Amiante Moins cher E = 160 Gpa; Rm 5500 Mpa

mica : meilleures proprits dans les directions de la paillette. Rm = 700 900 Mpa; E = 210 Gpa

Fibres mtalliques Bore: Bryllium

Fibres en cramique Al2O3 SiC Si3N4 BeO

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13-9 Cours #13

Les matrices Rles

assure le transfert des contraintes au composite. incorpore les fibres (fabrication facile et au faible cot)

Caractristiques adhrer fortement aux fibres ntre pas trop rigide

Types matrices organiques

plastiques thermodurcissables thermoplastiques: trs rpandus et peu coteux

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13-10 Cours #13

Les matrices organiques Rsines de polyester; renfort fibres de verre: conomique et utilis

T ambiante. Rsines poxy: meilleures proprits mcanique mais plus coteux

que les rsines de polyester,T utilisation = 150 200C.

Rsines phnoliques: bonne tenue chaud jusqu 400C Rsines polyimides: chers mais conservent leurs proprits jusqu

400C. Rsines mlamines:

rsistent labrasion se colorent bien peu inflammables

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13-11 Cours #13

Composites Matrice Mtallique(CMM ou CMMP)

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13-12 Cours #13

Composite matrice mtallique

Al-9 Si + 20 vol% SiC

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13-13 Cours #13

Applications des CMM

Disque de frein

Rduction de poids.

Bonne rsistance lusure.

Meilleures proprits de

lubrification

Expansion thermique rduite.

Bonne rsistance lusure.

Meilleures proprits de lubrification

Poids rduit

Consommation dessence rduite.

Chemise de piston

Les particules de renfort (cramique) sont dures et abrasives.

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13-14 Cours #13

Prothse de hanche

Radiographiedune prothse

Schma dune prothse

Schma indiquant lemplacement de larticulation de la hanche dans le corps humain.

Source: Calister- Science des matriaux

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13-15 Cours #13

Matrices mtalliques

Avantages p/r aux polymres Meilleures proprits mcanique (Rigidit et Re leves des

composites) Meilleure conductibilit thermique et lectrique Facile assembler: collage, soudage Gamme de temprature dutilisation vaste

Inconvnients Masse volumique leve. Les fibres peuvent ragir avec la matrice haute temprature.(cas de la silice et de laluminium) Composites plus difficiles fabriquer --> chers

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13-16 Cours #13

6061 + Al2O3 A 356 + SiC

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13-17 Cours #13

Composite carbone-Epoxy-AMF

Concept de suppression des dfauts laide dAMF

Fabrication des chantillons carbone/poxy

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13-18 Cours #13

Fissuration de type fragile

Fissuration avec adhrence fibre-matrice faible

Composite carbone-Epoxy-AMF

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13-19 Cours #13

AMF

Matrice

Composite carbone-Epoxy-AMF

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13-20 Cours #13

Matrices en cramique Avantages

Rfractaires Rigides Rsistante et bonne stabilit chimique Amlioration considrable de la tnacit

La tnacit crot avec la fraction volumique Vf.

Fabrication Extrusion de la matrice (poudres) et des fibres +

Frittage de lensemble. Incorporation des fibres par imprgnation dans la

matrice liquide cas des cramiques vitreuses, des fibres de SiC

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13-21 Cours #13

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13-22 Cours #13

Tenue en fatigue des mtaux des composites

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13-23 Cours #13

Courbe - des composites

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13-24 Cours #13

Influence de sur les contraintes

sin(Rc)(Rc) 2 1x =

cos

(Rc)(Rc) 2 2x =ou

Rsistance la traction direction x formant un angle avec les fibres (Rc)1 et (Rc)2

rsistance du composite dans les direction principales