Comportement en traction et en oxydation de fibres SiC

Tensile and oxidation behavior of SiC fibers

¹ CEA, DEN, DPC, SCCME, Laboratoire d’Étude de la Corrosion Non Aqueuse, 91191 Gif-sur-Yvette, France
e-mail: celine.cabet@cea.fr; christian.robin@cea.fr
² CEA, DEN, DMN, SRMA, Laboratoire d’étude du Comportement Mécanique des Matériaux, 91191 Gif-sur-Yvette, France

Reçu : 23 Novembre 2010
Accepté : 5 Janvier 2011

Résumé

Dans le contexte du développement d’un matériau composite SiC/SiC pour le gainage du combustible des réacteurs rapides à caloporteur gaz, on a examiné les propriétés de fibres micrométriques à base de carbure de silicium à faible teneur en oxygène dans des conditions représentatives du fonctionnement du système. Des essais de traction lente sur fibre individuelle ont été mis en œuvre dans une machine dédiée sous vide secondaire de la température ambiante à 1700 °C. On observe que, dans une large gamme de température, les fibres présentent un comportement fragile avec une baisse des propriétés quand la température s’élève. D’autre part, une étude par thermogravimétrie a été réalisée à 1100 °C sous hélium avec 20 Pa d’oxygène et indique qu’après environ 60 h de traitement, les fibres s’oxydent suivant une loi d’allure globalement parabolique. La surface se couvre d’une fine couche d’oxyde de silicium identifiée en microscopie électronique. Les prochaines étapes du travail s’attacheront à caractériser l’influence des traitements d’oxydation sur le comportement en traction des fibres.

Abstract

In support of the development of SiC/SiC composite materials for fuel cladding in a Gas-cooled Fast Reactor, micrometric silicon carbide-based fibers with low residual oxygen were investigated in the reactor operating environment. A dedicated machine enabled to slow tensile strain single fibers from room temperature up to 1700 °C under secondary vacuum. It was observed that fibers are brittle and their mechanical properties drop when the temperature is increased. In addition, thermogravimetric analysis was performed at 1100 °C under helium with an oxygen partial pressure of 20 Pa. Fibers oxidized and the reaction rate appeared to be globally parabolic after about 60 h. Electronic microscopy confirmed that a thin silicon-oxide scale has been formed on the fiber surface. Future work includes studying the effect of oxidation on the fiber tensile behavior.