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