Appareillage de mesure des propriétés élastiques de matériaux à haute température et sous atmosphère contrôlée G. Dezanneau 1 , X. Bril 1 , D. Ciria 1 , V. Aubin 2 , N. Roubier 2 , Q. Grimal 3 1 UMR8580, Lab. Structures Propriétés et Modélisation des Solides, CentraleSupelec 2 UMR8579, Lab. Mécanique des Sols Structures et Matériaux, CentraleSupelec 3 UMR7371, Lab. d’Imagerie Biomédicale, INSERM/UPMC/CNRS
22
Embed
Appareillage de mesure des propriétés élastiques de …Appareillage de mesure des propriétés élastiques de matériaux à haute température et sous atmosphère contrôlée G.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Appareillage de mesure des propriétés élastiques de matériaux à haute température
et sous atmosphère contrôlée
G. Dezanneau1, X. Bril1, D. Ciria1, V. Aubin2, N. Roubier2, Q. Grimal3
1 UMR8580, Lab. Structures Propriétés et Modélisation des Solides, CentraleSupelec2 UMR8579, Lab. Mécanique des Sols Structures et Matériaux, CentraleSupelec
1. Introduction- Définition, Enjeux- Propriétés élastiques- Comment les mesurer à Tambiante
2. Objectifs
3. Choix d’une technologie
4. Résultats
5. Perspectives
10
Introduction : Propriétés élastiques
Elasticité:l'élasticité caractérise la capacité d'un matériau à être se déformer sous unecontrainte mécanique, tout en reprenant sa forme d'origine lorsque lacontrainte disparaît.
2 modes de sollicitation :
Longitudinal (tension, compression) Cisaillement
10
Introduction : Propriétés élastiques
Elasticité:l'élasticité est la qualité d'un matériau à être déformable tout en reprenant saforme d'origine lorsque la contrainte qu'on lui applique disparaît.
contraintes déplacements
⇒ La caractérisation des propriétés élastiques impose de déterminer Cij
⇒ Par symétrie, le nombre de coefficients diminue: C11, C44 pour une céramique/verre
5
Introduction : Enjeux
De nombreuses applications nécessitent de connaître le comportement
mécanique des matériaux à haute température et sous atmosphère contrôlée
⇒ La propriété élastique est la première des propriétés mécaniques
⇒ Applications:
- Matériaux réfractaires: applications aéronautiques, piles à combustible,
thermoélectriques, …
⇒ T = RT – 1400 °C ; pO2 = 10-24-1 atm. ; pH2O = 10-5- 1 atm.
- Matériaux supraconducteurs: cables supra, …
⇒ T = RT – 800 °C
- Biomatériaux
⇒ T = RT – 60°C ; pH2O = [10-5; 1] atm.
3
Besoin d’examiner les propriétésmécaniques de chaque composant
1. Système soumis à des pressions de serrage
2. Système multi-couche de matériaux fragiles→ Stress dû au gradient de propriétés
élastiques→ Stress dû aux différences de
dilatation3. Réduction à l’anode + cycles en température
→ stress résiduel⇒ Rupture d’une cellule ⇒ Conséquences
dramatiques sur le stack complet
Enjeu important pour conserver l’intégrité des cellules
Exemple : Piles à combustible (Tf = 700-900°C)
Introduction : Enjeux
Nanoindentation Tests en compression Spectroscopie de résonance ultrasonore
ØModule d’YoungØ DuretéØ Ténacité
ØModule d’YoungØ Coeff. de Poisson
ØModule d’YoungØ Coeff. de PoissonØ FluageØ résistance à la fractureØ Ténacité
5
Introduction: Comment mesurer [Cij] à température ambiante
- Le support des tiges est en téflon:⇒ Permet d’éviter les résonances parasites⇒ Supporte un éventuel échauffement local
10
4. Résultats
Test réalisé sur demi-cellule (1 seul barreau)
Analyse automatique des données
(environnement MATLAB)
Source
Capteur
10
4. Résultats
Problèmes rencontrés :
- Le support des tiges d’alumine peut interagir fortement avec ces mêmes tiges
⇒ Fréquences parasites
⇒ Atténuation forte du signal
- La liaison tige-capteur (colle) a une fâcheuse tendance à lâcher
- Le nombre de fréquences balayées contraint (un peu) la mesure : 10 min. / spectre
⇒ pas de mesure au vol possible
- Le code d’interprétation des données reste un code pour « experts »
- Travail réalisé:- Achat d’une cellule à HT sous atmosphère contrôlée, de l’électronique de mesure,
d’un four (RT- 1100°C), design d’une pièce de tenue des barreaux, ….- Réalisation d’une interface unique de traitement des données⇒ Assemblage de l’ensemble⇒ Le budget de ~25 keuros nous a permis de construire un prototype complet
- Travail à faire :- Optimiser la pièce support des barreaux pour la transmission du son- Réaliser des tests sur matériaux connus (Al2O3, acier, …)- Réaliser un logiciel complet permettant l’analyse automatique des spectres en T