Influence de la microstructure sur le comportement thermomécanique des matériaux céramiques

Abstract

Dans cet article, nous nous intéressons à l’influence de la microstructure, particulièrement celle

de la taille de grains, sur le comportement thermomécanique des matériaux céramiques. Cette

influence est illustrée à travers des exemples concernant des céramiques à base d’alumine sous

différents types de sollicitations : chargement statique ou cyclique, choc thermique et fluage.

Des courbes de résistance à la propagation de fissures (courbes R) sont présentées pour des

alumines de haute pureté et l’influence de la taille de grains est discutée en introduisant une fonction

de la complaisance, reliée au pontage par grains qui conduit à un renforcement des matériaux à gros

grains.

La propagation sous critique de fissures est analysée sur la base de diagrammes V-K

I

(vitesse

de propagation de fissure en fonction du facteur d’intensité de contrainte) déterminés par la méthode

de double torsion sous un chargement statique ou cyclique. Lors d’un chargement statique, une

augmentation de la taille de grains décale les courbes V-K

I

vers les plus hautes valeurs du facteur

d’intensité de contraintes (FIC). Ceci est attribuéau renforcement par pontage, phénomène

extrinsèque qui intervient à l’arrière du front de fissure et qui est sensible à la fois à la taille de grains

et à la longueur de fissure.

L’alumine à gros grains est plus sensible à la fatigue cyclique qu’une nuance à grains fins. Ceci

est dû à une détérioration, sous un chargement cyclique, du pontage opérant dans la nuance à gros

grains. Cet effet est analysé en utilisant la fonction de complaisance, qui permet d’interpréter l’effet de

fatigue comme une compétition entre le renforcementpar pontage qui accompagne la propagation de

fissure, et sa destruction sous l’effet du chargement cyclique.

La résistance au choc thermique (choc à l’air d’éprouvettes indentées) est étudiée en utilisant

un diagramme FIC- temps - dimension de fissure. En réalisant un suivi in situ des essais par émission

acoustique, l’influence de la taille de grains est étudiée en déterminant le temps de propagation

instable de fissure et les courbes de résistance àla propagation de fissure dans les conditions de

choc thermique.

Le comportement au fluage est analysé pour des alumines pures et des nanocomposites à base

d’alumine.