On the chemical steps involved in the chemical vapour infiltration processing of ceramic matrix composites

L'infiltration chimique en phase vapeur (CVI) est un procede de choix pour elaborer des composites carbone/carbone et des composites a matrice ceramique en vue d'applications pour les tuyeres de propulseurs, les disques de freins et certains composants de moteurs aeronautiques. La technique CVI isotherme isobare, deja transferee a l'echelle industrielle, est un procede lent mais particulierement flexible, un grand nombre de pieces de formes complexes et de tailles differentes pouvant etre realisees simultanement. Des variantes de ce procede presentent des atouts notables, par exemple en termes de vitesse d'infiltration pour la technique de CVI forcee et de genie des nanomateriaux pour le procede de CVI pulsee. Le carbure de silicium et le pyrocarbone sont des composants de base des composites thermostructuraux ainsi elabores. En vue de controler leur elaboration par voie gazeuse, une etude approfondie des mecanismes chimiques impliques est proposee a travers une approche multiple incluant notamment cinetique, nucleation, caracterisation physicochimique et analyse de la phase gazeuse. Dans le cas du depot de ceramiques a base SiC a partir du precurseur CH 3 SiCl 3 -H 2 , des conditions de temperature et pression suffisamment basses favorisent un regime de croissance de microcristaux de SiC stoechiometriques par reaction des intermediaires CH 3 et SiCl 3 , alors que des pressions plus elevees dans des conditions de controle chimique de la cinetique favorisent un regime de nucleation de nanocristaux comportant un exces de silicium issu des especes SiCl 3 et SiCl 2 . Dans le cas du depot de pyrocarbone laminaire a partir du propane, l'anisotropie structurale de ce materiau est controlee par la maturation de la phase gazeuse ; des transitions texturales « laminaire colonnaire (LC) → laminaire faiblement anisotrope (LFA) → laminaire hautement anisotrope (LHA) » sont observees sous l'effet d'une augmentation des parametres temps de sejour, temperature et pression, la formation de chaque microtexture etant liee a la concentration respective dans la phase gazeuse des especes en C 3 (e.g. propylene), en C 2 (e.g. ethylene ou acetylene) et des HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques).