CH672640A5 - - Google Patents

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CH672640A5
CH672640A5 CH2599/87A CH259987A CH672640A5 CH 672640 A5 CH672640 A5 CH 672640A5 CH 2599/87 A CH2599/87 A CH 2599/87A CH 259987 A CH259987 A CH 259987A CH 672640 A5 CH672640 A5 CH 672640A5
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CH
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fibers
composite material
phase
matrix
material according
Prior art date
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CH2599/87A
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Christian Bonjour
Denis Gonseth
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Stellram Sa
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Description

DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un matériau composite à haute ténacité comportant une matrice liante et une phase fibreuse de renforcement, ainsi qu'à un procédé pour la fabrication d'un tel matériau composite. DESCRIPTION The present invention relates to a high-tenacity composite material comprising a binder matrix and a fibrous reinforcing phase, as well as to a process for the manufacture of such a composite material.

Les récents développements industriels impliquent l'utilisation de matériaux céramiques pour des applications hautes températures (turbines, outils de coupe, moteurs, etc.). Pour ces matériaux, le facteur d'intensité de contrainte et la ténacité sont des critères primordiaux. Les matériaux céramiques traditionnels ont une ténacité relativement faible, à l'exception peut-être des alumine-zircone avec une zircone partiellement stabilisée. Les valeurs de KIC sont de l'ordre de 3 à 5 MPa va} j2 pour les céramiques monolithiques, telles que A1203, SiC, SÌ3N4, pour les composés A1203 + TiC et les Sialons, alors que les valeurs de Gr sont comprises entre 200 et 700 MPa. Recent industrial developments imply the use of ceramic materials for high temperature applications (turbines, cutting tools, motors, etc.). For these materials, the stress intensity factor and the toughness are essential criteria. Traditional ceramic materials have a relatively low toughness, with the possible exception of alumina-zirconia with partially stabilized zirconia. The values of KIC are of the order of 3 to 5 MPa va} j2 for monolithic ceramics, such as A1203, SiC, SÌ3N4, for the compounds A1203 + TiC and Sialons, while the values of Gr are between 200 and 700 MPa.

L'utilisation de céramiques massives dans la construction de composants pour l'utilisation à hautes températures est donc limitée par leur fragilité, et pour compenser celle-ci, on dépose des couches réfractaires (TiC - A1203, etc) sur des matériaux non céramiques ayant une ténacité plus élevée; ces couches peuvent avoir jusqu'à 50|j. d'épaisseur. The use of solid ceramics in the construction of components for use at high temperatures is therefore limited by their brittleness, and to compensate for this, refractory layers (TiC - A1203, etc.) are deposited on non-ceramic materials having higher toughness; these layers can be up to 50 | d. thick.

Il est donc souhaitable de développer des matériaux ayant une ténacité plus élevée, mais ayant les caractéristiques de résistances aux hautes températures et de tenue à l'usure des céramiques: ce sont des matériaux céramiques renforcés par des fibres, par exemple des fibres de graphite, qui ont un facteur d'intensité de contrainte et une ténacité très importante à basses températures; par contre, à hautes températures, leurs performances sont faibles, car il se produit d'une part une oxydation des fibres de carbone er d'autre part une réaction entre le carbone des fibres et la matrice céramique. Un autre exemple de fibres de renforcement sont les fibres de matériaux inorganiques, tels que le carbure de silicium. Ces fibres ont une structure polycristalline qui recristallise à haute température et rend l'utilisation de tels matériaux délicats à ces températures, car ils se fragilisent par diminution des caractéristiques de renforcement des fibres. Ces matériaux sont donc mal adaptés à la mise en forme par pressage isostatique à chaud notamment. It is therefore desirable to develop materials having a higher toughness, but having the characteristics of resistance to high temperatures and of wear resistance of ceramics: these are ceramic materials reinforced with fibers, for example graphite fibers, which have a stress intensity factor and a very high tenacity at low temperatures; on the other hand, at high temperatures, their performance is poor, because on the one hand there is an oxidation of the carbon fibers and on the other hand a reaction between the carbon of the fibers and the ceramic matrix. Another example of reinforcing fibers are the fibers of inorganic materials, such as silicon carbide. These fibers have a polycrystalline structure which recrystallizes at high temperature and makes the use of such materials delicate at these temperatures, because they become brittle by reducing the reinforcing characteristics of the fibers. These materials are therefore ill-suited to shaping by hot isostatic pressing in particular.

D'autre part, on s'est heurté jusqu'à présent à la difficulté voire l'impossibilité de fabriquer des matériaux composites à liant métallique renforcé par des particules ou des fibres céramiques. On sait que la difficulté de fabriquer de tels matériaux était lié à la quasi impossibilité de lier les phases céramiques avec un liant métallique. La raison de cette mauvaise adhérence est à rechercher dans la grande stabilité chimique, la mauvaise mouillabilité et la non-miscibilité des phases céramiques dans les métaux ou alliages métalliques. Pour améliorer ces propriétés de mouillabilité, on a proposé d'ajouter un métal du groupe du platine à la phase liante. On the other hand, we have hitherto encountered the difficulty or even the impossibility of manufacturing composite materials with a metal binder reinforced by particles or ceramic fibers. We know that the difficulty of manufacturing such materials was linked to the near impossibility of bonding the ceramic phases with a metallic binder. The reason for this poor adhesion is to be sought in the high chemical stability, the poor wettability and the immiscibility of the ceramic phases in metals or metal alloys. To improve these wettability properties, it has been proposed to add a platinum group metal to the binding phase.

La notion de matériaux composites associe implicitement l'idée du renforcement d'un matériau constituant la matrice de faible tenue mécanique par des fibres très résistantes et très rigides. Cet effet est d'autant plus important que le module d'Young des fibres est grand devant celui de la matrice et que la fraction voluminique du renfort est élevé; mais à volume constant, l'effet de renforcement est plus important pour les fibres à très haut module élastique. La déformation à la rupture de la matrice doit être supérieure à celle de la fibre et l'adhésion fibre-matrice doit être bonne pour qu'il n'y ait pas diminution des propriétés mécaniques par défaut d'adhérence matrice-fibre. Plusieurs solutions ont été proposées, dont le pressage à chaud ou le repressage isostatique à chaud. Toutefois toutes ces solutions se révèlent insuffisantes dans certains cas notamment lorsque la résistance aux chocs doit être importante. The concept of composite materials implicitly associates the idea of the reinforcement of a material constituting the matrix of low mechanical resistance by very resistant and very rigid fibers. This effect is all the more important that the Young's modulus of the fibers is large compared to that of the matrix and that the volume fraction of the reinforcement is high; but at constant volume, the reinforcing effect is greater for fibers with very high elastic modulus. The deformation at break of the matrix must be greater than that of the fiber and the fiber-matrix adhesion must be good so that there is no reduction in the mechanical properties by default of matrix-fiber adhesion. Several solutions have been proposed, including hot pressing or hot isostatic repressing. However, all of these solutions prove to be insufficient in certain cases, in particular when the impact resistance must be high.

Le but de cette invention consiste donc à remédier aux inconvénients précités et à fournir un matériau composite qui, en plus d'une résistance aux hautes températures, présente une ténacité élevée et soit très stable chimiquement. The object of this invention therefore consists in remedying the abovementioned drawbacks and in providing a composite material which, in addition to resistance to high temperatures, has a high tenacity and is very chemically stable.

Le matériau composite, objet de l'invention et visant à atteindre le but précité, présente les caractéristiques définies dans la revendication 1. The composite material which is the subject of the invention and which aims to achieve the above object has the characteristics defined in claim 1.

Un autre objet de la présente invention consiste en un procédé pour la fabrication de ce matériau composite, qui est tel que défini dans la revendication 8. Another object of the present invention consists of a process for the production of this composite material, which is as defined in claim 8.

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Ainsi, le fait que les fibres céramiques de renforcement, noyées dans la matrice liante, soient préalablement «encapsulées» dans une gaine mince réfractaire, permet d'obtenir une excellente mouillabilité des fibres dans la matrice, sans destruction de la couche réfractaire durant le frittage. Le matériau composite ainsi obtenu présente donc une ténacité élevée, et est pratiquement exempt de fissures, la fibre elle-même contribuant à la résistance à la traction, alors que la gaine réfractaire et la phase liante conduisent à obtenir une bonne résistance en compression. Thus, the fact that the ceramic reinforcing fibers, embedded in the binder matrix, are previously "encapsulated" in a thin refractory sheath, makes it possible to obtain excellent wettability of the fibers in the matrix, without destroying the refractory layer during sintering . The composite material thus obtained therefore has a high tenacity, and is practically free from cracks, the fiber itself contributing to the tensile strength, while the refractory sheath and the binding phase lead to obtaining good compressive strength.

La matrice ou phase liante peut être consitituée par un métal, tel que Fe, Ni ou Co, par un alliage de ceux-ci ou un autre alliaqe métallique, éventuellement avec un carbure de métal de transition. De plus, cette phase liante peut contenir des éléments ou composés additionnels destinés à améliorer la mouillabilité de cette phase métallique liante. Ces éléments ou composés additionnels sont par exemple un métal du groupe du Pt, tel que Ru, Os, Ir, Rh, Pd et Pt, le Ru étant préféré, ou bien du Re, ou encore des carbures de métaux de transition tels que les carbures de Ti, W, V et Mo. Ces éléments ou composés additionnels ne doivent en principe pas être présents en une quantité supérieure à environ 20% poids de la phase liante; de préférence ils représentent de 5 à 20% de cette phase liante. Le choix de la phase liante doit être effectué en tenant compte du fait qu'elle doit mouiller le revêtement protecteur des fibres et ne pas dissoudre celui-ci. The matrix or binding phase can be constituted by a metal, such as Fe, Ni or Co, by an alloy of these or another metallic alloy, optionally with a transition metal carbide. In addition, this binding phase may contain additional elements or compounds intended to improve the wettability of this metallic binding phase. These additional elements or compounds are, for example, a metal from the Pt group, such as Ru, Os, Ir, Rh, Pd and Pt, Ru being preferred, or Re, or alternatively transition metal carbides such as carbides of Ti, W, V and Mo. These additional elements or compounds should in principle not be present in an amount greater than about 20% by weight of the binding phase; preferably they represent from 5 to 20% of this binding phase. The choice of the binding phase must be made taking into account that it must wet the protective coating of the fibers and not dissolve it.

La phase fibreuse représente en général de 5 à 40% volume du matériau composite, de préférence de 15 à 25% vol. Au-delà de 40%, il est difficile de supprimer toutes les porosités au frittage, même par pressage isostatique à chaud, The fibrous phase generally represents from 5 to 40% volume of the composite material, preferably from 15 to 25% vol. Above 40%, it is difficult to remove all the sintering porosities, even by hot isostatic pressing,

alors qu'au-dessous de 5% l'effet de renforcement est trop faible. Les fibres céramiques la constituant ont un diamètre compris entre environ 0,5 à 5 microns. La longueur de ces fibres peut varier, de quelques microns pour les fibres courtes ou «whiskers» à quelques mm pour les fibres longues, plus particulièrement de 0,01 à 10 mm. while below 5% the strengthening effect is too weak. The ceramic fibers constituting it have a diameter of between approximately 0.5 to 5 microns. The length of these fibers can vary, from a few microns for short fibers or “whiskers” to a few mm for long fibers, more particularly from 0.01 to 10 mm.

A titre d'exemple, on peut utiliser comme fibres dans la présente invention, celles constituées d'éléments simples tels que W, B et C, ou bien de carbures, nitrures, borures, carbonitrures, oxydes, etc. d'éléments de transition, tels que A1203, Si02, BeO, Zr02, B4C, SiC, WC, Si3N4, BN, AIN, By way of example, it is possible to use as fibers in the present invention, those consisting of simple elements such as W, B and C, or else carbides, nitrides, borides, carbonitrides, oxides, etc. transition elements, such as A1203, Si02, BeO, Zr02, B4C, SiC, WC, Si3N4, BN, AIN,

etc. etc.

Comme mentionné précédemment, une des caractéristiques importante dans la présente invention consiste à rendre la matrice ou phase liante non réactive avec les fibres, en revêtant préalablement celles-ci d'un dépôt protecteur, dont l'épaisseur est généralement de l'ordre'/io du diamètre des fibres enrobées par ledit dépôt. Ce dépôt a donc pour rôle de prévenir une réaction chimique à l'interface entre la matrice et les fibres durant le frittage en phase liquide ou une utilisation à haute température. As mentioned previously, one of the important characteristics in the present invention consists in rendering the matrix or binder phase non-reactive with the fibers, by first coating the latter with a protective deposit, the thickness of which is generally of the order '/ io of the diameter of the fibers coated by said deposit. This deposition therefore has the role of preventing a chemical reaction at the interface between the matrix and the fibers during sintering in the liquid phase or use at high temperature.

Le revêtement protecteur mince est consitiué par exemple de C, de B, d'un carbure, nitrure, borure, carbonitrure et oxyde de métaux de transition, tels que B4C, TiC, SiC, W2C, WC, HfC, BN, TiN, Si3N4, HfN, TiB2 AI2 03 et TiAlON. The thin protective coating consists for example of C, B, a carbide, nitride, boride, carbonitride and oxide of transition metals, such as B4C, TiC, SiC, W2C, WC, HfC, BN, TiN, Si3N4 , HfN, TiB2 AI2 03 and TiAlON.

Le revêtement des fibres peut être effectué en utilisant n'importe quelle technique connue en phase gazeuse, liquide ou solide. De préférence, on utilise dans la présente invention le dépôt par voie gazeuse (chimique ou physique). A titre d'exemple, les couches suivantes peuvent être obtenues par CVD, en utilisant comme réactif gazeux celui indiqué entre parenthèses: The coating of the fibers can be carried out using any known technique in the gas, liquid or solid phase. Preferably, the present invention uses gas deposition (chemical or physical). By way of example, the following layers can be obtained by CVD, using as the gaseous reagent that indicated in parentheses:

C (CH4C3H8); B(BC13-H2); B4C (BC13-CH4-H2); BN(BF3-NH3/BC13-NH3); TiC(TiCl4-CH4-H2); TiN-(TiCl4-N2-H2); Si3N4(SiCl4-NH3); A1203(A1C13-C02-H2); SiC(CH3SiCl3-N2) et TiB2(TiCl4-BCl4-H2) C (CH4C3H8); B (BC13-H2); B4C (BC13-CH4-H2); BN (BF3-NH3 / BC13-NH3); TiC (TiCl4-CH4-H2); TiN- (TiCl4-N2-H2); Si3N4 (SiCl4-NH3); A1203 (A1C13-C02-H2); SiC (CH3SiCl3-N2) and TiB2 (TiCl4-BCl4-H2)

De même, les couches suivantes peuvent être obtenues par PVD, en utilisant comme cathode les combinaisons indiquées entre parenthèses: TiC(TiC-Ni); TiN(TiC-Ti-N2); W2C(W2C-W); WC(WC-W); HfN(HfN-Hf-N2); HfC(HfC-Hf) et TiAlON (Al203-TiN). Likewise, the following layers can be obtained by PVD, using as combinations the combinations indicated in parentheses: TiC (TiC-Ni); TiN (TiC-Ti-N2); W2C (W2C-W); WC (WC-W); HfN (HfN-Hf-N2); HfC (HfC-Hf) and TiAlON (Al203-TiN).

Le choix du matériau de revêtement dépend bien entendu des deux phases respectivement liante et fibreuse en présence, avec comme but la protection des fibres en empêchant la réaction de celles-ci avec la phase liante lors du frittage ou de l'utilisation à haute température. Pour cela, le revêtement à l'interface des deux phases doit être mis en compression, c'est-à-dire que le coefficient de dilatation du revêtement protecteur doit être plus petit ou égal à celui de la matrice et des fibres, à température ambiante. De plus, la phase liante peut être prévue de telle sorte qu'elle réagisse avec le revêtement protecteur, toutefois sans dissoudre celui-ci, par exemple par réaction dissolution-précipitation; dans ce cas, la phase liante doit être par exemple saturée par l'élément ou le composé constituant le revêtement protecteur. The choice of coating material obviously depends on the two binding and fibrous phases respectively present, with the aim of protecting the fibers by preventing their reaction with the binding phase during sintering or use at high temperature. For this, the coating at the interface of the two phases must be put in compression, that is to say that the expansion coefficient of the protective coating must be less than or equal to that of the matrix and the fibers, at temperature ambient. In addition, the binder phase can be provided so that it reacts with the protective coating, however without dissolving the latter, for example by dissolution-precipitation reaction; in this case, the binding phase must for example be saturated with the element or the compound constituting the protective coating.

A titre d'exemple, on peut mentionner les matériaux composites suivants: By way of example, the following composite materials can be mentioned:

a) phase liante: Ni et/ou Mo phase fibreuse: fibres de A1203 recouvertes de TiC a) binding phase: Ni and / or Mo fibrous phase: fibers of A1203 covered with TiC

b) phase liante: Ni+TiC b) binding phase: Ni + TiC

phase fibreuse: fibres de A1203 recouvertes de Cr fibrous phase: fibers of A1203 covered with Cr

La fabrication du matériau composite selon l'invention comorend tout d'abord le mélange de la phase liante métallique, sous forme de poudre, avec la phase fibreuse formée des fibres préalablement recouvertes de la couche de protection, ce mélange étant généralement effectué en milieu liquide. Puis, la mise en forme du matériau obtenu est effectué par n'importe quelle technique de la métallurgie des poudres, par exemple par pressage, par extrusion, par injection, par coulage, etc. Il peut être important, lors de l'étape de mise en forme, de procéder à une orientation des fibres, notamment pour obenir des articles destinés à subir des contraintes particulièrement importantes à haute température. Dans ce cas, les techniques de mises en forme à utiliser sont celles par injection, par extrusion ou par formation de film souple. Puis on effectue un frittage, par traitement conventionnel (préfrit-tage-frittage) suivi ou non d'un repressage à chaud, ou bien directement par pressage isostatique à chaud. The production of the composite material according to the invention first of all involves mixing the metallic binder phase, in powder form, with the fibrous phase formed from fibers previously covered with the protective layer, this mixing generally being carried out in a liquid medium. . Then, the shaping of the material obtained is carried out by any technique of powder metallurgy, for example by pressing, by extrusion, by injection, by casting, etc. It may be important, during the shaping step, to orient the fibers, in particular to obtain articles intended to be subjected to particularly high stresses at high temperature. In this case, the shaping techniques to be used are those by injection, by extrusion or by formation of flexible film. Then a sintering is carried out, by conventional treatment (prefriting-sintering-sintering) followed or not by hot repressing, or else directly by hot isostatic pressing.

Plus particulièrement, on prépare d'abord une barbotine en mélangeant la phase liante métallique, en poudre, avec un produit organique à l'état liquide, par exemple de la paraffine ou un mélange de paraffines, du polyéthylène-glycol, de l'huile de ricin, etc, ou un mélange de ceux-ci, par exemple paraffine et polyéthylène-glycol. Cette barbotine est broyée pendant 48 heures dans un moulin à billes, puis dégazée pour éliminer les bulles de gaz et régler sa viscosité. More particularly, a slip is first prepared by mixing the metallic binder phase, in powder form, with an organic product in the liquid state, for example paraffin or a mixture of paraffins, polyethylene glycol, oil. castor oil, etc., or a mixture thereof, for example paraffin and polyethylene glycol. This slip is ground for 48 hours in a ball mill, then degassed to remove gas bubbles and adjust its viscosity.

L'adjonction des fibres peut se faire à deux stades: s'il s'agit de fibres courtes, elles peuvent être mélangées lors du broyage de la barbotine, afin d'obtenir une répartition homogène et supprimer le risque d'agglomération desdites fibres; s'il s'agit de fibres longues, elles peuvent être incorporées après dégazage de la barbotine, ou encore, dans le cas d'une nappe de fibres, être imprégnées avec la barbotine pour en faire des articles de forme. The fibers can be added at two stages: if they are short fibers, they can be mixed during the grinding of the slip, in order to obtain a homogeneous distribution and eliminate the risk of agglomeration of said fibers; in the case of long fibers, they can be incorporated after degassing of the slip, or alternatively, in the case of a sheet of fibers, be impregnated with the slip to make shaped articles thereof.

Une fois le matériau composite mis en forme comme mentionné précédemment, éventuellement avec une orientation particulière des fibres, il est soumis à un frittage, à une température comprise entre 300 et 700 °C, ce qui conduit notamment à la décomposition et la volatilisation du support organique liquide utilisé pour préparer la barbotine. Le frittage est effectué sous vide ou en présence d'un gaz inerte, le type de gaz dépendant notamment de la nature des fibres et de la matrice. Once the composite material has been shaped as mentioned above, possibly with a particular orientation of the fibers, it is subjected to sintering, at a temperature of between 300 and 700 ° C., which leads in particular to the decomposition and the volatilization of the support. organic liquid used to prepare the slip. Sintering is carried out under vacuum or in the presence of an inert gas, the type of gas depending in particular on the nature of the fibers and of the matrix.

Le matériau composite selon l'invention présente des caractéristiques intéressantes de par la combinaison du module élastique élevé, de la dureté élevée et de la grande stabilité The composite material according to the invention has interesting characteristics due to the combination of the high elastic modulus, the high hardness and the great stability.

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chimiques des fibres utilisées, et par la haute limite élastique et la ductilité de la phase liante. Ses remarquables propriétés mécaniques, notamment sa ténacité, sa résistance à l'usure, au fluage, à la rupture, au choc, à l'oxydation à haute température, etc, en font un matériau nouveau adapté à un grand nombre d'applications, telles qu'outils de coupe, pièces d'usure, éléments de structure comme moteur, turbine, etc. Pour la réalisation de pièces complexes, telles que les pales de turbines et les plaquettes de coupe, qui sont exposées en utilisation à de fortes contraintes à hautes températures, il est préférable que les whiskers soient orientés dans la matrice. D'une manière générale, on constate que les matériaux composites selon l'invention présentent une augmentation du facteur d'intensité de contraintes pouvant aller jusqu'à 2,5, et pour la résistance à la rupture une augmentation d'un facteur 10. chemicals of the fibers used, and by the high elastic limit and the ductility of the binding phase. Its remarkable mechanical properties, in particular its toughness, its resistance to wear, to creep, to rupture, to shock, to oxidation at high temperature, etc., make it a new material suitable for a large number of applications, such as cutting tools, wearing parts, structural elements such as motor, turbine, etc. For the production of complex parts, such as turbine blades and cutting inserts, which are exposed in use to high stresses at high temperatures, it is preferable that the whiskeys are oriented in the matrix. In general, it can be seen that the composite materials according to the invention have an increase in the stress intensity factor of up to 2.5, and for the tensile strength an increase by a factor of 10.

Le matériau composite selon l'invention et la fabrication de celui-ci sont maintenant illustrée plus en détails en référence aux exemples suivants: The composite material according to the invention and the manufacture thereof are now illustrated in more detail with reference to the following examples:

Exemple 1 Example 1

Des fibres d'alumine de lu de diamètre et 5 mm de long, recouvertes ou non par dépôt chimique en phase vapeur d'une couche de carbure de titane de 0,1 (i mélangés avec du carbure de titane, du nickel et d'autres éléments: Alumina fibers of lu of diameter and 5 mm long, covered or not by chemical vapor deposition of a layer of titanium carbide of 0.1 (i mixed with titanium carbide, nickel and other elements:

échantillon 1 20% A1203* + 80% (40% TiC+40% Ni +10% Mo2C+8% Co+2% Ru) sample 1 20% A1203 * + 80% (40% TiC + 40% Ni + 10% Mo2C + 8% Co + 2% Ru)

*fibres non recouvertes échantillon 2 20% A1203 **+80% (40% TiC+40% Ni+ 10% Mo2C+8% Co+2%Ru) * fibers not covered sample 2 20% A1203 ** + 80% (40% TiC + 40% Ni + 10% Mo2C + 8% Co + 2% Ru)

**fibres recouvertes ** covered fibers

Ces échantillons sont broyés pendant 24 heures dans des moulins en Inconel avec des billes en alumine dans l'éther de pétrole en présence de 2% de paraffine. Après distillation, le mélange est pressé en barres 150 x 40 mm dans lesquelles sont découpées des éprouvettes (dimensions après frittage et rectification 35 x 7 x 3,5 mm.). Ces éprouvettes sont ensuite frittées dans un four type «SINTER HIP», où l'on applique, après frittage, une pression de 50 bars. Les mesures comparées de K1C sur les deux types d'échantillons donnent les résultats suivants (ténacité selon normes ASTM E813-81): These samples are ground for 24 hours in Inconel mills with alumina beads in petroleum ether in the presence of 2% paraffin. After distillation, the mixture is pressed into 150 x 40 mm bars from which test pieces are cut (dimensions after sintering and rectification 35 x 7 x 3.5 mm.). These test pieces are then sintered in a "SINTER HIP" type oven, where a pressure of 50 bars is applied, after sintering. Comparative measurements of K1C on the two types of samples give the following results (toughness according to ASTM E813-81 standards):

échantillon 1 _ sample 1 _

K1C =7,5 MN/m (MPa^/m) K1C = 7.5 MN / m (MPa ^ / m)

échantillon 2 sample 2

K1C= 12,5 MN/m (MPa^/m) K1C = 12.5 MN / m (MPa ^ / m)

Exemple 2 Example 2

Des fibres de WC de 0,8fx de diamètre et 8 mm de long recouvertes ou non d'un dépôt chimique en phase vapeur d'une couche de 0,08(i d'épaisseur de carbure de titane sont mélangées avec du WC, du TiC, du Ni et du Mo2C: échantillon 1 WC fibers 0.8fx in diameter and 8mm long whether or not covered with a chemical vapor deposition of a layer of 0.08 (i of thickness of titanium carbide are mixed with WC, TiC, Ni and Mo2C: sample 1

20% WC*+80% (42,5% WC + 42,5 TiC + 5% Mo2C + 12%Ni) 20% WC * + 80% (42.5% WC + 42.5 TiC + 5% Mo2C + 12% Ni)

*fibres non recouvertes échantillon 2 20% WC **+80% (42,5% WC+42,5%TiC +5%Mo2C+12% Ni) * fibers not covered sample 2 20% WC ** + 80% (42.5% WC + 42.5% TiC + 5% Mo2C + 12% Ni)

**fibres recouvertes ** covered fibers

Les mélanges subissent le même traitement que dans l'exemple 1 et l'on usine des barres identiques. La mesure de la résistance à la rupture en 3 points sur ces échantillons donnent les résultats suivants: (rupture transverse selon normes ASTM B406-76) The mixtures undergo the same treatment as in Example 1 and identical bars are machined. The measurement of the breaking strength at 3 points on these samples gives the following results: (transverse failure according to ASTM B406-76 standards)

échantillon 1 GR = 1700 N/mm2 (MPa) sample 1 GR = 1700 N / mm2 (MPa)

échantillon 2 GR = 2400 N/mm2 (MPa) sample 2 GR = 2400 N / mm2 (MPa)

Exemple 3 Example 3

Un tissu de fibres de 2\i de diamètre de carbone de haut module recouvertes ou non d'une couche de carbure de tungstène de 0,2(4. est imprégné d'une barbotine composée d'un milieu organique et d'une suspension de poudre prébroyée pendant 48 H.: A fabric of fibers of 2 \ i diameter of high modulus carbon covered or not with a layer of tungsten carbide of 0.2 (4.) Is impregnated with a slip composed of an organic medium and a suspension powder pre-ground for 48 hours:

échantillon 1 sample 1

89% WC + 11% (30% Co+30% Ni+20% CV + 10% Mo + 6% WC + 4% Ru) + tissu de fibres non recouvertes échantillon 2 89% WC + 11% (30% Co + 30% Ni + 20% CV + 10% Mo + 6% WC + 4% Ru) + non-covered fiber fabric sample 2

idem échantillon 1, mais avec un tissu de fibres recouvertes de carbure de tungstène. idem sample 1, but with a fabric of fibers covered with tungsten carbide.

Après évaportation des produits organiques, frittage et usinage des éprouvettes, comme pour l'échantillon 1, on en mesure le facteur KIC et la résistance à la rupture GR, qui donnent les résultats suivants: After evaporation of the organic products, sintering and machining of the test pieces, as for sample 1, the KIC factor and the breaking strength GR are measured, which give the following results:

échantillon 1 _ sample 1 _

KIC = 8,7 MN/m (MPa Jm) KIC = 8.7 MN / m (MPa Jm)

GR = 2500 N/mm (MPa) GR = 2500 N / mm (MPa)

échantillon 2 _ sample 2 _

KIC = 17,9 MN/m (MPaJm) KIC = 17.9 MN / m (MPaJm)

GR = 3500 N/mm (MPa) GR = 3500 N / mm (MPa)

Il ressort clairement des exemples ci-dessus que les caractéristiques mécaniques sont nettement améliorées lorsque les fibres sont protégées par un revêtement approprié avant leur incorporation dans la matrice, ici d'un facteur d'environ 1,4 à 1,7. It is clear from the above examples that the mechanical characteristics are clearly improved when the fibers are protected by an appropriate coating before their incorporation into the matrix, here by a factor of about 1.4 to 1.7.

A titre d'exemples complémentaires, il convient encore de citer (a) des combinaisons possibles de fibres et de revêtements de protection, et (b) des combinaisons possibles de fibres et de matrice ou liant. As additional examples, mention should also be made of (a) possible combinations of fibers and protective coatings, and (b) possible combinations of fibers and matrix or binder.

(a) fibres: W, WC, Si3N4, A1203, BeO,, Zr02, B4C, SiC, BN, B et C. (a) fibers: W, WC, Si3N4, A1203, BeO ,, Zr02, B4C, SiC, BN, B and C.

avec un revêtement en: TiC, TiN, WC, HfN et HfC with coating in: TiC, TiN, WC, HfN and HfC

(b) matrice fibre (revêtement) (b) fiber matrix (coating)

Co WC(TiC), C(WC), B (WC) Co WC (TiC), C (WC), B (WC)

Co-Ni-Fe WC (TiC), A 1,0, (TiC), SiC (TiC), Co-Ni-Fe WC (TiC), A 1.0, (TiC), SiC (TiC),

BN (TiC), WC (TiN), A1203 (TiN), BN (TiN), SiC (TiN), C (TiN), C(WC), B(WC), B(TiN) BN (TiC), WC (TiN), A1203 (TiN), BN (TiN), SiC (TiN), C (TiN), C (WC), B (WC), B (TiN)

Ni-TiC WC(TiC), Al203(TiC), SiC(TiC), Ni-TiC WC (TiC), Al203 (TiC), SiC (TiC),

BN(TiC), WC(TiN), Al203(TiN), BN(TiN), SiC (TiN), C (TiAlON), C (TiN), C (WC), B (WC), B(TiN) «Super-alliage» (*) WC (TiC), A1203 (TiC), SiC (TiC), BN (TiC), WC (TiN), A1203 (TiN), BN (TiN), SiC(TiN), A1203), (Y203), Zr*02 (Y203), SiC (Y203), C (TiN), C (WC), B (WC), B(TiN) (*) Co (35%), Ni (35), Cr (15), Mo (5), W (6), Ru (4) BN (TiC), WC (TiN), Al203 (TiN), BN (TiN), SiC (TiN), C (TiAlON), C (TiN), C (WC), B (WC), B (TiN) " Super-alloy '(*) WC (TiC), A1203 (TiC), SiC (TiC), BN (TiC), WC (TiN), A1203 (TiN), BN (TiN), SiC (TiN), A1203), (Y203), Zr * 02 (Y203), SiC (Y203), C (TiN), C (WC), B (WC), B (TiN) (*) Co (35%), Ni (35), Cr (15), Mo (5), W (6), Ru (4)

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

C VS

Claims (12)

672 640 672,640 2 2 REVENDICATIONS 1. Matériau composite comportant une phase liante, constituée par une matrice métallique ou céramo-métalHque, et une phase fibreuse de renforcement répartie uniformément dans la matrice, caractérisé par le fait que cette phase fibreuse est constituée par des fibres céramiques, séparées ou sous forme de nappe, et recouvertes d'un revêtement mince de protection en un matériau choisi parmi le groupe comprenant le carbone, le bore et les carbures, nitrures, borures, carbonitrures et oxydes des métaux de transition. 1. Composite material comprising a binding phase, constituted by a metallic or ceramic-metallic matrix, and a fibrous reinforcing phase distributed uniformly in the matrix, characterized in that this fibrous phase is constituted by ceramic fibers, separated or in the form of sheet, and covered with a thin protective coating of a material chosen from the group comprising carbon, boron and carbides, nitrides, borides, carbonitrides and oxides of the transition metals. 2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fibres céramiques ont un diamètre de 0,5 à 5 microns et une longueur de 0,01 à 10 mm. 2. Composite material according to claim 1, characterized in that the ceramic fibers have a diameter of 0.5 to 5 microns and a length of 0.01 to 10 mm. 3. Matériau composite selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la phase fibreuse représente de 5 à 40% vol. du matériau composite, de préférence de 15 à 25% vol. 3. Composite material according to claim 1 or claim 2, characterized in that the fibrous phase represents from 5 to 40% vol. of the composite material, preferably from 15 to 25% vol. 4. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 4. Composite material according to one of claims 1 to 3, caractérisé par le fait que les fibres céramiques sont choisies parmi le groupe comprenant le carbone, le bore, le tungstène, les carbures, nitrures, borures, carbonitrures et oxydes des métaux de transition. 3, characterized in that the ceramic fibers are chosen from the group comprising carbon, boron, tungsten, carbides, nitrides, borides, carbonitrides and oxides of the transition metals. 5. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 5. Composite material according to one of claims 1 to 4, caractérisé par le fait que l'épaisseur du revêtement protecteur correspond environ à '/io du diamètre des fibres enrobées. 4, characterized in that the thickness of the protective coating corresponds approximately to / 10 of the diameter of the coated fibers. 6. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 6. Composite material according to one of claims 1 to 5, caractérisé par le fait que la matrice est constituée par le fer, le nickel, le cobalt, un alliage de ceux-ci, éventuellement avec un carbure de métal de transition. 5, characterized in that the matrix consists of iron, nickel, cobalt, an alloy of these, optionally with a transition metal carbide. 7. Matériau composte selon la revendication 1 ou la revendication 6, caractérisé par le fait que la phase liante contient de 5 à 20% en poids d'éléments additionnels, par exemple choisis parmi les métaux du groupe du platine, le rhénium et les carbures de métaux de transition. 7. Compound material according to claim 1 or claim 6, characterized in that the binding phase contains from 5 to 20% by weight of additional elements, for example chosen from metals of the platinum group, rhenium and carbides of transition metals. 8. Procédé pour la fabrication d'une matériau composite selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'on enrobe les fibres de la phase fibreuse avec un revêtement protecteur, qu'on mélange la phase liante sous forme de poudre et la phase fibreuse, qu'on homogénéise le mélange en milieu liquide, qu'on met en forme de matériau et qu'on procède au frittage de celui-ci. 8. Method for the manufacture of a composite material according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fibers of the fibrous phase are coated with a protective coating, that the binder phase is mixed in the form of powder and the fibrous phase, that the mixture is homogenized in a liquid medium, that the material is shaped and that the sintering is carried out. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le metériau est pressé isostatiquement lors du frittage. 9. Method according to claim 8, characterized in that the material is pressed isostatically during sintering. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'on procède à un repressage à chaud après le frittage. 10. Method according to claim 8, characterized in that one proceeds to a hot pressing after sintering. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que la mise en forme est effectuée dans des conditions telles que les fibres soient orientées uniaxialement dans la matrice. 11. Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the shaping is carried out under conditions such that the fibers are oriented uniaxially in the matrix. 12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que les fibres sous forme de nappe, préalablement enrobées du revêtement protecteur, sont imprégnées avec une barbotine contenant les autres constituants du matériau composite, puis le matériau est mis en forme et fritté, le cas échéant repressé. 12. Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the fibers in the form of a sheet, previously coated with the protective coating, are impregnated with a slip containing the other constituents of the composite material, then the material is placed in shaped and sintered, if necessary repressed.
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