Mesure de l'intensité de la liaison interfaciale fibre/matrice par essais de push-out / push-back, application aux composites carbone-carbone

Evaluation of fiber / matrix interfacial properties of carbon-carbon composites by push-out and push-back tests

Laboratoire des Composites Thermostructuraux (LCTS-UMR5801-CNRS-SAFRAN-CEA-Université Bordeaux1), 3 allée de la Boétie, 33600 Pessac, France

Reçu : 31 Mars 2009
Accepté : 8 Avril 2009

Résumé

Des essais de push-out en chargement contrôlé sur mono-filaments ont été effectués sur des échantillons de matériaux composites carbone-carbone avec un nanoindenteur pour caractériser la liaison fibre/matrice (f/m). Une procédure d'essai a été mise au point pour, d'une part, réaliser des échantillons à la fois très minces et suffisamment peu fragiles pour être manipulés, et d'autre part, pour que les essais se déroulent dans de bonnes conditions opératoires. Des observations au microscope optique et au microscope électronique à balayage (MEB) ont permis de vérifier la bonne réalisation des essais. Deux matériaux ont été étudiés : un matériau de référence et un matériau à interface fibre/matrice renforcée. Afin d'accéder à la composante de frottement de la liaison fibre/matrice, des essais de push-back ont été effectués sur le matériau traité. Le matériau non traité présentait des fibres protubérantes suite à la rupture de la liaison fibre/matrice lors de la relaxation des contraintes résiduelles d'origine thermique (élaboration) au cours de la préparation de l'échantillon (polissage). Les essais de push-out sur les fibres protubérantes ont permis d'effectuer des essais assimilés aux essais de push-back. L'exploitation des essais de push-out et de push-back permet d'évaluer la force de la liaison fibre/matrice et de comparer les deux matériaux.

Abstract

Single-fiber push-out tests were performed on two carbon-carbon composite materials using a nanoindenter to measure the intensity of the fiber/matrix bond. A testing procedure was established on the one hand to obtain very thin samples but strong enough to be manipulated safely, and on the other hand to control experimental conditions. The samples were observed using optical microscopy and scanning electron microscopy to check that the fibers were correctly loaded and that the fibers and the matrix were not damaged during the tests. Two carbon/carbon composites were tested: a reference one with as-received fibers and a treated one with increased fiber/matrix bond. Push-back tests were performed on the treated sample to measure the frictional sliding resistance of the fiber/matrix bond. The untreated sample exhibited some protruding fibers due to failure of the fibre/matrix bond during sample preparation and relaxation of the thermally induced stresses. Push-back-like tests were thus conducted on the protruding fibers. The analysis of the push-out test results allows the intensity of the fiber/matrix bond to be evaluated and the composites to be compared.