Fissuration d'un composite à matrice céramique dans une application de pièce statique de turbine à gaz

Une procédure expérimentale a été développée pour caractériser les mécanismes de détérioration et la durabilité de matériaux composites à matrice céramique (CMC) dans une application de pièce statique de turbine à gaz. Tandis que la plupart des essais de caractérisation publiés sur les matériaux CMC ont été réalisés sous des conditions de chargement contrôlé, la présente recherche tente de reproduire la relaxation des contraintes qui se produit normalement dans une pièce statique à haute température. Dans l'expérience proposée, un échantillon planaire de forme haltère est chauffé de façon cyclique sur une de ses faces et refroidi sur l'autre, tout en étant contraint dans ses déplacements. La contrainte de flexion résultante au centre de l'échantillon, mesurée par une cellule de charge, correspond à la contrainte de flexion qui a été préalablement prédite au centre des panneaux d'une chambre à combustion générique. Un matériau CMC multicouche composé d'une matrice d'alumine poreuse et de fibres NextelMD 720 a été utilisé pour développer l'expérience. Des essais de calibration ont d'abord été réalisés en utilisant un système de chauffage par lampe infrarouge, atteignant jusqu'à 1160 °C à la surface de l'échantillon. Un système laser au CO2 a par la suite été utilisé pour réaliser des essais de détérioration à haute puissance, atteignant en fin d'essai des températures de surface excédant la limite de 1200 °C du matériau et des différences de température à travers l'épaisseur de plus de 1000 °C. Sous la puissance de chauffage imposée à amplitude constante, l'accumulation de dommage a fait en sorte d'augmenter la température en surface et les gradients de température à travers le matériau. Une réduction de la contrainte dans le temps a été observée à cause du fluage, de la fissuration et de la délamination du matériau sous la condition de confinement du déplacement, menant à une stabilisation du niveau de dommage à une certaine profondeur dépendant de la contrainte thermique initiale. La procédure de caractérisation développée s'avère être un outil prometteur pour développer de nouveaux types de matériaux, de même que pour comparer la durabilité de matériaux existants sous des conditions représentatives de pièces statiques de turbine à gaz.