La fibre céramique est définie comme une fibre polycristalline qui ne peut pas être facilement traitée, constituée d'oxyde métallique, de carbure métallique, de nitrite métallique et de mélanges similaires. Dans cette définition, le silicium et le bore sont considérés comme des métaux. Après les années 1950, les développements dans les industries aérospatiale, métallurgique, nucléaire et chimique ont conduit à la nécessité de matériaux capables de résister à des températures encore plus élevées que les fibres de verre. De plus, des matériaux légers, solides et durs étaient nécessaires dans diverses constructions mécaniques de l'industrie aérospatiale.
Les matériaux non fondants tels que le carbure de silicium, l'oxyde de silicium, le nitrite de silicium et le silicate d'alumine ont trouvé une large utilisation. Les fibres céramiques recherchées depuis les années 1980 sont généralement à base d'alumine, d'aluminosilicate et de carbure de silicium.
Les principaux fabricants de fibres céramiques à base d'alumine sont ICI (SAFIMAX), 3M (Nextel),
Dupond (PRD-166) et Sumitomo (ALF). Les principaux producteurs de fibres céramiques à base de silicium sont Nippon Carbon (NICALON), Dow Corning / Celanese (MPS), Ube Chemicals (TYRANO) et Rhône Poulenc. (FIBREMIQUE)
Il existe généralement deux groupes dans les compositions Alumine/Silicate d'Alumine.
Le premier groupe est résistant jusqu'à 1260 OC et contient 40-50% d'alumine. En apportant des modifications mineures à la structure chimique de ce groupe, sa force peut être augmentée jusqu'à 1400 OC. Le deuxième groupe a une morphologie cristalline différente et contient environ 70 % d'alumine. Ce groupe de fibres peut résister jusqu'à 1600 OC et a eu plus de succès sur le plan commercial.
La synthèse des fibres d'alumine est réalisée avec le précurseur Aluminium CHELAT sans aucun ajout de polymère. L'alumine alpha est obtenue par extraction à l'état fondu du précurseur. Cette structure présente une granulométrie uniforme et constante après un traitement thermique à 1300 degrés Celsius. Après ce processus, les fibres ont une structure moléculaire sous forme de zircone tétragonale.
Dans un brevet nouvellement obtenu par Sumitomo, de l'eau est mélangée dans la structure en aluminium. polyanoxane (PAO) est obtenu et cette structure est étirée à 28 OC à 35% d'humidité relative pour obtenir la structure précurseur. Les fils de filaments à base de carbure de silicium ont été développés par Yajima et al et introduits sur le marché par Nippon Carbon sous le nom de Nicalon en 1981.
Les caractéristiques les plus importantes des fibres céramiques sont leur haute résistance, leur haut module, leur isolation thermique et leur haute résistance aux effets thermiques et physiques. Les fibres céramiques présentent parfois une bonne résistance même au-dessus de 1800 OC et dans des opérations à long terme. Les fibres céramiques de petit diamètre présentent un intérêt en tant que matériaux de renfort en métal, en verre et en céramique.
Ils perdent leurs propriétés mécaniques dans des processus à long terme à des températures.
Les propriétés des composites de fibres céramiques dépendent de la relation entre les propriétés des fibres et de la matrice et les fibres. Les fibres à haut module sont généralement cassantes et ont de petits diamètres (10 à 20 mm). Ces propriétés rendent difficile le test des fibres sans dommage pour diverses propriétés.
Les composites de fibres céramiques à base d'alumine offrent une très bonne résistance à l'abrasion à haute température.
Dans les mesures de fibres céramiques de type alumine / zircone (PRD - 166), le module de Young a été trouvé à 380 Gpa et la résistance à la traction de 1.2 Gpa. Cette fibre perd immédiatement 1400 % de sa résistance à des températures supérieures à 35 °C. Cependant, il n'y a pas de perte de force dans les 100 heures suivantes. La fibre de carbure de silicium est normalement une fibre très fragile.
En raison de leurs performances mécaniques à haute température, des gaz fluides et de la résistance chimique, les fibres céramiques ont un large éventail d'utilisations.
- Technologies composites nécessitant une résistance, une rigidité et une isolation thermique élevées
- Isolation thermique à long terme
- Filtration des gaz à haute température
Les fibres céramiques sont fréquemment utilisées comme matériaux de renforcement dans les industries aérospatiale et chimique. L'un des plus grands domaines d'utilisation est celui des constructions métalliques soumises à des contraintes à haute température. La technologie des moteurs peut être donnée à titre d'exemple. D'autres applications intéressantes sont les chambres de combustion, la stabilisation de surface, les fentes d'expansion et divers casques.
De nombreux composites légers en fibres céramiques offrent une résistance aux hautes températures.
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