Au cours de cette thèse, deux articles scientifiques ont été rédigés et soumis pour publication. Chacun des deux articles répond à un des deux objectifs globaux du projet. Le premier article, présenté au Chapitre 6, traite de l’obtention d’une équation de filtration transverse produisant un composite à matrice céramique ainsi que de la mesure des paramètres physiques propres au système étudié à l’aide d’un instrument de mesure et de caractérisation développé au cours de la thèse. Cet article répond à l’objectif qui consiste à améliorer la compréhension des phénomènes physiques entrant en jeu lors de la fabrication par injection flexible afin d’améliorer le procédé. Le second article, présenté au Chapitre 7, aborde la fabrication de plaques à l’aide de l’injection flexible et par une méthode s’apparentant au RTM afin de comparer les résultats obtenus par les deux méthodes. Cet article répond au second objectif relié à la production d’éprouvettes technologiques afin de montrer la fonctionnalité du procédé d’injection flexible pour la fabrication de pièces composites à matrice céramique à base d’oxyde ainsi que de permettre la mesure de leurs propriétés mécaniques. Il est essentiel de noter que l’étude faite dans le premier article a été conduite sur des renforts bidimensionnels avec un tissage de type satin n n alors que les travaux du second article ont été effectués sur des renforts tridimensionnels interlocks. Il aurait été idéal d’utiliser le même type de renfort pour la réalisation de tous les travaux, cependant des contraintes matérielles et financières ont justifié ce choix. Il a tout de même été validé que les tendances obtenues dans le premier article sont applicables aux renforts tridimensionnels utilisés ultérieurement. Les deux sections suivantes introduisent les articles et permettent de mettre l’emphase sur leur pertinence en vue de répondre aux objectifs de ce projet de doctorat.
5.1
Article 1: Novel device for in situ characterization of Oxide/Oxide ceramic
matrix composites fabricated by flexible injection
Cet article porte sur la caractérisation expérimentale de la cinétique du premier stade de mise en forme des composites à matrice céramique par imprégnation transverse de renforts fibreux. L’article présente, dans un premier temps, un appareil de caractérisation et de fabrication de composites à matrice céramique servant à fournir une compréhension physique des phénomènes d’imprégnation et des données d’entrées essentielles à la modélisation du procédé. Dans cet article, la croissance du dépôt d’alumine a été caractérisée en fonction de la pression de filtration, de la
concentration initiale des dispersions d’alumine injectées et du temps d’injection. Les pressions et les concentrations ont été choisies en fonction des paramètres utilisés pour la fabrication de composites à matrice céramique avec d’autres procédés.
L'article a été soumis au Journal of the American Ceramic Society le 7 mai 2018. Depuis maintenant 100 ans, ce journal publie de la recherche originale sur la science des matériaux céramiques et se concentre, plus spécifiquement, sur le traitement des poudres et sur la fabrication par voie colloïdale. Une partie importante du journal est consacrée à la mise en forme des céramiques et un certain nombre de publications de ce journal porte sur la mise en forme des composites à matrice céramique, ce qui en fait un choix adapté à la publication du premier article. Une version abrégée des conclusions de l’article a aussi été présentée, sous la forme d’une affiche, à la 10ième conférence internationale sur les matériaux poreux (Interpore 2018) qui a eu lieu à La Nouvelle-Orléans du 14 au 17 mai 2018.
La totalité de la rédaction de l’article a été faite par le premier auteur alors que les coauteurs ont apporté leur expertise respective lors de l’exploitation des résultats expérimentaux. La mise en place de la colonne de Darcy et l’automatisation du traitement des données acquises a été faite avec l’aide d’Edith-Roland Fotsing et Viviane Aubin. Les essais de croissance des gâteaux d’alumine ont été réalisés par Léana Rose-Picot et les données rhéologiques des dispersions d’alumine ont été fournies par Catherine Billotte. L’intégralité des autres essais a été réalisée par le premier auteur.
5.2
Article 2: New Liquid Processing of Oxide/Oxide 3D Woven Ceramic
Matrix Composites
Cet article porte sur une nouvelle méthode de traitement appelée l'injection flexible qui a été développée pour la fabrication de composites à base d’oxydes renforcés avec des fibres interlocks 3D Nextel 610. Ces composites ont été comparés à ceux fabriqués via un processus RTM pour établir si un gain de temps considérable pouvait être obtenu en utilisant une fabrication par injection flexible et si les pièces fabriquées avaient une microstructure similaire et des propriétés mécaniques semblables. Les résultats obtenus démontrent que le processus FIP peut être modélisé à l'aide d'un modèle mathématique simple. En outre, les composites produits par les deux méthodes ont donné lieu à une microstructure similaire, telle que déterminée par porosimétrie d'intrusion au mercure, même si les échantillons de composite résultant de l’injection flexible étaient légèrement moins poreux. Enfin, une comparaison des propriétés mécaniques résultant des deux méthodes de
fabrication a montré des pièces ayant un comportement mécanique similaire, faisant de l’injection flexible une méthode de choix pour la fabrication de composites thermostructuraux.
L’article a été soumis à Composite Part A : Applied Science and Manufacturing le 11 juillet 2018. Le journal publie régulièrement des articles portant sur le lien entre de nouveaux procédés de mise en forme et les caractéristiques des pièces produites, ce qui rend ce journal adapté à la publication de cet article.
La rédaction de l’article a été faite, en totalité, par le premier auteur alors que les coauteurs ont participé au traitement des résultats expérimentaux. La conception de l’outillage et la fabrication des plaques nécessaires à l’étude ont été réalisées par le premier auteur avec l’aide ponctuelle d’Edith-Roland Fotsing et de William Duby. Les essais de caractérisation de la porosité et les essais mécaniques ont été réalisés chez Safran Ceramics en raison de l’indisponibilité de l’équipement nécessaire à Polytechnique Montréal tandis que la compilation et l’analyse des résultats ont été faites par le premier auteur.