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Thermomechanical properties and oxidation resistance of zirconia CVI-matrix composites: 1—Mechanical behavior

1989; Elsevier BV; Volume: 5; Issue: 6 Linguagem: Francês

10.1016/0955-2219(89)90038-1

1873-619X

J. Minet, F. Langlais, J.M. Quenisset, R. Naslain,

MXene and MAX Phase Materials

The mechanical behavior of various zirconia-based fibrous composites has been studied at ambient and high temperatures. The composites were prepared by ZrO2-CVI densification, from preforms made of alumina or carbon fibers consolidated with a small amount of alumina, pyrocarbon or hex-BN. When loaded under compression at room temperature, 2D-C-C/ZrO2 composites exhibit mechanical behavior similar to that already reported for the related 2D-C-C/SiC, 2D-C-C/B4C, 2D-C-C/TiC or 2D-C-C/BN materials with: (i) a linear elastic domain, (ii) a damaging domain prior to failure and (iii) an anisotropy which decreases as V(ZrO2) is raised. Under three-point bending, the alumina-zirconia composites behave, at room temperature, in a non-brittle manner when the preform has been consolidated by BN, with crack deviation and pull-out phenomena. The variations of the stiffness and strength versus V(ZrO2) obey exponential laws at room temperature. Finally, the alumina-zirconia composites keep their strength and rigidity up to about 1000°C under an atmosphere of argon/hydrogen. Die mechanischen Eigenschaften von verschiedenen faserverstärkten Zirkonoxidverbundwerkstoffen wurden bei Raum- und Hochtemperaturbedingungen untersucht. Die Komposite wurden durch ZrO2-CVI (Chemical-vapor-infiltration) verdichtet, wobei von vorgeformten Aluminiumoxid- oder Kohlenstoffasern ausgegangen wurde, die mit kleinen Gehalten von Al2O3, Pyrokohlenstoff oder hexagonalem BN vorverfestigt waren. Bei einer Druckbelastung bie Raumtemperatur zeigten die 2D-C-C/ZrO2-Verbundwerkstoffe ein ähnliches mechanisches Verhalten wie 2D-C-C/SiC-, 2D-C-C/B4C-, 2D-C-C/TiC- oder 2D-C-C/BN-Werkstoffe mit: (i) einem linear elastischen Bereich, (ii) einem Bereich der Schädigung vor dem Versagen und (iii) einer Anisotropie, die in dem Maß abnimmt, wie das ZrO2-Volumen ansteigt. Beim Raumtemperatur-3-Punktbiegeversuch verhalten sich die Al2O3-ZrO2-Vergundwerkstoffe nicht spröde mit Rißablenkung und 'pull-out'-Verhalten, wenn das Fasergelege mit BN vorverfestigt war. Die Änderung der Steifigkeit und der Festigkeit in Abhängigkeit vom ZrO2-Gehalt gehorcht bei Raumtemperatur exponentiellen Gesetzen. Die Aluminium-Zirkonoxid-Verbundwerkstoffe behalten bis ca. 1000°C ihre Festigkeit und Steifigkeit in einer Argon/Wasserstoffatmosphäre bei. Le comportement mécanique de divers composites fibreux à base de zircone, a été étudié à l'ambiante et à haute température. Les composites étaient préparés par densification CVI à l'aide de zircone, à partir de préformes constituées de fibres d'alumine ou de carbone et consolidées à l'aide d'une petite quantité d'alumine, de pyrocarbone ou de BN-hexagonal. Les composites 2D-C-C/ZrO2, sollicités en compression à température ambiante, ont un comportement mécanique similaire à celui déjà observé pour les matériaux voisins 2D-C-C/SiC, 2D-C-C/B4C, 2D-C-C/TiC ou 2D-C-C/BN avec: (i) un domaine de déformation élastique, (ii) un domaine d'endommagement avant la rupture et (iii) une anisotropie qui décroît quand V(ZrO2) augmente. En flexion 3 points, les composites alumine-zircone se comportent, à température ambiante, de manière non-fragile quand la préforme a été consolidée par BN, avec phénomènes de déviation de fissures et de déchaussement de fibres. Les variations de la rigidité et de la résistance en fonction de V(ZrO2) suivent des lois exponentielles à température ambiante. Finalement, les composites alumine-zircone conservent leur résistance et leur rigidité jusqu'aux environs de 1000°C sous une atmosphère d'argon/hydrogène.