La fiabilité des matériaux céramiques

Application de l'analyse statistique de la rupture au cas des chocs thermiques

Ecole nationale supérieure des Mines de Paris Centre des Matériaux

Résumé

Le comportement en service des matériaux céramiques est déterminé par les défauts microstructuraux qu’ils comportent (fissures, pores, inclusions, etc...). Ces défauts sont à l’origine de la rupture. Ils apparaissent lors de la fabrication des pièces (élaboration et usinage) et souvent aussi lors de leur utilisation (exposition à des environnements agressifs). Distribués de manière tout à fait quelconque, ils confèrent un caractère aléatoire à la vie en service des pièces.

Les approches statistiques permettent d’en évaluer la fiabilité grâce à la probabilité de rupture. Celle-ci s’exprime en fonction d’une contrainte spécifique représentative de la résistance à la rupture du matériau, et de paramètres caractéristiques de la distribution des défauts. Le cas des chocs thermiques présente des analogies avec la rupture mécanique, la rupture fragile ayant ici aussi pour origine les défauts microstructuraux. Cependant l’application de l’analyse statistique à la rupture par chocs thermiques se heurte à plusieurs difficultés qui résultent essentiellement de la nature transitoire des contraintes thermiques. Un critère de contrainte est ici mal approprié. La différence maximale de température ƊT_m que peut supporter le matériau apparaît comme un critère plus satisfaisant.

Dans le présent article, la parité entre résistance aux chocs thermiques et résistance mécanique a permis de déterminer l’expression de la probabilité de rupture en fonction de ƊT_m. L'analogie entre la rupture par chocs thermiques et la rupture mécanique a été démontrée grâce à des disques soumis à des chocs thermiques et à des essais de flexion biaxiale. Finalement des conséquences importantes sur la résistance aux chocs thermiques des céramiques en ont été déduites.