Florian Boutenel

Doctorant - Ecole Nationale Supérieure des Mines d'Albi-Carmaux (IMT Mines Albi)
Membre du groupe Matériaux et Structures Composites (MSC)
Mines d'Albi-Carmaux, Campus Jarlard
81013 Albi
  florian.boutenel@mines-albi.fr
Activités de recherche :

Sujet de thèse : Comportement d’une matrice alumine-silice au cours de l’élaboration de composites à matrice céramique oxyde/oxyde
Thesis Subject : Behavior of an alumina-silica matrix during the processing of oxide/oxide ceramic matrix composites

Encadrants : Pr. Thierry Cutard (directeur) et Dr. Gilles Dusserre (co-directeur)

 

Résumé :
Les composites à matrice céramique oxyde/oxyde peuvent être considérés pour des applications structurales opérant, en continu, sous environnement oxydant à des températures comprises entre 500°C et 900°C, comme c’est le cas dans les zones proches des moteurs d’avions. En particulier, les composites reposant sur une matrice associant de l’alumine et de la silice présentent un fort potentiel. En outre, la mise en œuvre de ces matériaux comprend plusieurs étapes dont deux sont essentielles: l’imprégnation du renfort fibreux par la suspension et le frittage de la matrice.
Cette thèse s’intéresse à l’élaboration de composites à matrice céramique oxyde/oxyde utilisant une matrice alumine-silice. Celle-ci est issue d’une suspension aqueuse dans laquelle les deux espèces sont initialement présentes sous forme de particules. Aussi, l’objectif de ces travaux est d’étudier le comportement d’un tel système au cours des différentes étapes clés de la fabrication, c’est-à-dire d’établir les relations procédé/microstructure/propriétés, afin de proposer une composition optimale de la matrice au regard du procédé et des propriétés visées. En particulier, la proportion de silice sera un paramètre crucial.
Tout d’abord, étant donné que la réussite de l’étape d’imprégnation repose sur la capacité de la suspension à s’écouler au sein de la structure fibreuse, une caractérisation rhéologique des suspensions d’oxydes a été menée. Le comportement rhéologique a été interprété sur la base des domaines de prédominance des différentes interactions au sein de la suspension. Aussi, l’influence des différentes caractéristiques des suspensions, comme la concentration volumique en particules et la proportion alumine-silice, a été examinée. Ensuite, le comportement de ce système au cours du frittage a été étudié puisque ce traitement thermique doit permettre, entre autres, d’aboutir à une microporosité respectueuse du concept de composites à matrice faible. Les mécanismes de frittage ont été identifiés tandis que l’influence des différents paramètres sur la cinétique a été qualifiée. Aussi, des liens avec les propriétés mécaniques de la matrice ont été établis. Enfin, des composites à renforts Nextel 610 et à matrice poreuse alumine-silice ont été mis en œuvre et caractérisés.

 

Abstract :
Oxide/oxide ceramic matrix composites can be used for structural applications operating continuously at temperatures between 500°C and 900°C under oxidizing environments, such as in areas close to aircraft engines. In particular, composites based on a matrix combining alumina and silica are promising. In addition, the processing of these materials comprises several steps. Two of them are essential: the impregnation of the fibrous reinforcement with the suspension and the sintering of the matrix.
This PhD thesis focuses on the processing of oxide/oxide ceramic matrix composites using an alumina-silica matrix. It is derived from an aqueous suspension in which the two species are initially present as particles. The aim of this work is to study the behaviour of such a system during the various stages of the manufacturing, i.e. to establish the relationships between processing/microstructure/properties, in order to propose an optimal composition of the matrix regarding the process and the required properties. In particular, the silica proportion will be a crucial parameter.
Firstly, since the quality of the impregnation step is based on the ability of the suspension to flow within the fibrous structure, a rheological characterization of the oxide suspensions has been carried out. The rheological behavior has been interpreted on the basis of the domains of predominance of the different interactions within the suspension. Also, the influence of the various suspension characteristics, such as the solid fraction and the alumina-silica ratio, has been examined. Then, the behaviour of this system during the sintering has been studied since this thermal treatment should lead to a microporosity that respects the concept of weak matrix composites. The sintering mechanisms have been identified while the influence of the various parameters on the kinetics has been qualified. Also, relationships with the mechanical properties of the matrix have been established. Finally, composites with Nextel 610 reinforcements and a porous alumina-silica matrix have been fabricated and characterized.


Production scientifique :
7 contributions trouvées

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2020ACLAnne Aimable, A Delomenie, Manuella Cerbelaud, Arnaud Videcoq, T. Chartier, Florian Boutenel, Thierry Cutard, Gilles Dusserre. An experimental and simulation study of heteroaggregation in a binary mixture of alumina and silica colloids. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Elsevier, 605, p.1-10/125350[HAL] / [BIB] / [DOI]
2020ACLFlorian Boutenel, Gilles Dusserre, Thierry Cutard. Strength Loss of Basalt-Based Mineral Fibers after Thermal Desizing. Revue des composites et des matériaux avancés, Lavoisier, 30(3-4), p.115-122[HAL] / [BIB] / [DOI]
2019PFlorian Boutenel, Anne Aimable, Gilles Dusserre, Thierry Cutard, Thierry Chartier. Formulation of oxide suspensions for liquid processing of ceramic matrix composites. HT-CMC 10 - 10th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites, Bordeaux, FR[HAL] / [BIB]
2019COMFlorian Boutenel, Gilles Dusserre, Thierry Cutard. Influence du désensimage par traitement thermique sur les propriétés mécaniques de fibres de basalte. JNC 21 : Journées Nationales sur les Composites 2019, 9 p., Bordeaux, FR[HAL] / [BIB]
2019PFlorian Boutenel, Gilles Dusserre, Thierry Cutard. Influence du désensimage par traitement thermique sur les propriétés mécaniques de fibres de basalte. JNC 21 : Journées Nationales sur les Composites 2019, Bordeaux, FR[HAL] / [BIB]
2018ACLFlorian Boutenel, Myriam Delhomme, Vincent Velay, Romain Boman. Finite element modelling of cold drawing for high-precision tubes. Comptes Rendus Mécanique, Elsevier Masson, 346(8), p.665-677[HAL] / [BIB] / [DOI]
2018ACLJ. Sweeney, P.E. Spencer, D. Vgenopoulos, M. Babenko, Florian Boutenel, P. Caton-Rose, P.D. Coates. Application of activated barrier hopping theory to viscoplastic modeling of glassy polymers. Mechanics of Time-Dependent Materials, Society for Experimental Mechanics, 22(2), p.145-165[HAL] / [BIB] / [DOI]