Compréhension élémentaire des propriétés physiques des matériaux composites réfractaires à matrice carbonée
Résumé
De nos jours, la production d’acier avec des propriétés améliorées devient essentielle, mais presque impossible
sans le progrès dans la connaissance des matériaux réfractaires à matrice carbonée. Ces matériaux sont confrontés à des
conditions sévères d’utilisations et font face à des contraintes thermomécaniques élevées et à la corrosion de l’acier en
fusion. Ces matériaux réfractaires doivent donc avoir des propriétés spécifiques telles qu’une faible dilatation en
température et un module d’Young peu élevé, une haute conductivité thermique et une faible réactivité chimique avec
l’acier afin d’avoir une bonne résistance aux chocs thermiques. Certaines familles de réfractaires notamment celles à
matrice carbonée présentent un comportement mécanique non-linéaire en service, du fait de leur structure spécifique,
même lorsque ces matériaux sont testés à température ambiante. Comparativement à des matériaux ayant un
comportement mécanique linéaire, cette caractéristique entraîne une valeur élevée de la déformation à la rupture,
couplée avec une contrainte à la rupture plus faible. Par conséquent, une meilleure compréhension de ces matériaux, en
particulier des interactions entre leurs différents composants et de leur influence sur les propriétés thermo-physiques
macroscopiques est vital.
Afin de parvenir à cette compréhension, des matériaux modèles à matrice carbonée, utilisant des précurseurs
organiques pour la matrice et des oxydes comme charge minérale ont été élaborés, en vue de comprendre les
interactions entre la matrice carbonée et les particules d’oxyde. Les matériaux ont été étudiés grâce à différentes
méthodes de caractérisation, tel que la microscopie électronique à balayage, le module d’Young et l’analyse de
dilatation thermique. En fonction de la fraction volumique d’oxyde, il apparaît deux types de structures différentes : la
première consiste en une matrice carbonée amorphe contenant des particules d’oxyde bien dispersées et l’autre est un
réseau de particules d’oxyde connectées entre elles, liées par le carbone amorphe. En raison de la différence de
dilatation entre le carbone amorphe et les particules d’oxyde, des microfissures se sont développées dans la
microstructure soit au niveau des interfaces carbone/oxyde, soit au sein de la matrice carbonée elle-même. Les résultats
présentés sur ces matériaux modèles ont révélés que les propriétés thermomécaniques de ces matériaux peuvent être
conçues en adaptant la microstructure.