Images de science

Gaine de carbone sur fibre de carbure de silicium

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1 - Surface, prise à fort grandissement (x20000),
d'une fibre de carbure de silicium recouverte d'une gaine de carbone.
Zone de rupture. DMMP & DMSC

Ces fibres sont destinées à être incorporées dans une matrice d’alliage de titane pour former un matériau composite aux propriétés thermiques et mécaniques particulièrement recherchées pour les turbomachines des moteurs aéronautiques (voir une coupe d'un tel matériau composite en
www.onera.fr/images-science/materiaux/fibres-carbure-sillicium.html

2 - Nucleus sphérique de carbone, constitué
d'un agglomérat de petites entités nanométriques
déposées à la surface de la fibre.

Schéma de croissance du dépôt
de carbone à partir d'un nucléus

3 - L'empilement des molécules carbonées
sur les nuclei produit un revêtement très rugueux,
fait de creux et de bosses.

4 - La fibre, destinée au matériau composite,
recouverte du revêtement de carbone.

Le revêtement de carbone, réalisé en continu sur la fibre selon une technique de dépôt en phase gazeuse, s’effectue en deux temps : dans les premiers instants, des nuclei sphériques de carbone (chaque nucleus étant lui-même un agglomérat de petites entités nanométriques  - image 2) se déposent à la surface de la fibre.

La croissance du dépôt s’effectue ensuite par empilement de molécules carbonées planaires selon le schéma, ce qui conduit finalement à une surface très rugueuse, avec des creux et des dômes tels que le montrent les images 3 et 5.

Comment fait-on de telles images ?

L’observation de tels dépôts (les grandissements utilisés vont jusqu’à 100 000), nécessite une technique particulière : la microscopie électronique à balayage. L’échantillon à observer est bombardé par un faisceau d’électrons (dits primaires) de forte énergie. Après interaction des électrons primaires avec les électrons de l’échantillon, des électrons dits secondaires sont émis par celui-ci. C’est ce signal que l’on utilise pour la formation des images. Le contraste obtenu est dû au relief de l’échantillon. Ici, on utilise un microscope électronique à émission de champ qui grâce à sa résolution (1,5 à 3 nm) permet d’obtenir des images à des grandissements très élevés (jusqu’à 200000).

A quoi cela sert-il ?

Ces fibres sont incorporées, à haute température, dans une matrice d’alliage de titane formant ainsi un matériau composite possédant une résistance et un module d’Young très importants dans le sens des fibres (application turbomachines). La gaine de carbone sert à protéger la fibre de l’interaction chimique avec le titane lors de l’élaboration du matériau composite ainsi que de lubrifiant mécanique (la fibre pouvant glisser dans la gaine de carbone) lorsque le matériau est soumis à des efforts.

Images par Monique Raffestin (ONERA/DMSC)
Texte par Marie-Hélène Vidal-Sétif (ONERA/DMMP)

5 - On distingue bien la structure en feuillets du revêtement de carbone
qui s'est fait par croissance autour des nuclei de départ.

Mis à jour le 13 avril 2004 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation