Développement de composites à matrice céramique pour applications à haute température dans les turbines à gaz du domaine aérospatial

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L'industrie aérospatiale porte un intérêt particulier au développement des composites à matrice céramique (CMC) pour remplacer des alliages métalliques dans les parties chaudes internes des moteurs d'aéronefs. Par leur meilleure résistance aux hautes températures dans la gamme 1200-1400°C, les CMC permettraient une amélioration de l'efficacité de combustion conduisant à son tour à une plus grande économie de carburant et une réduction des émissions polluantes. Depuis quelques années, Polytechnique de Montréal collabore avec le Groupe Safran sur la mise en forme de pièces en CMC. Les travaux menés jusqu'ici ont porté sur l'étude des phénomènes d'imprégnation, d'agglomération et de sédimentation des particules céramiques injectées en milieu liquide à travers des renforts fibreux. Grâce à cette étude, il est maintenant possible de mieux comprendre les phénomènes de densification de crus de poudres et de formation de porosité entre les fibres. Cette étude a conduit à la réalisation de trois déclarations d'invention dont les demandes de brevets ont été déposées. Le projet de recherche proposé porte sur la compréhension avancée de l'imprégnation des renforts fibreux ainsi qu'à l'optimisation des paramètres de fabrication de pièces complexes en composites à matrice céramique. Deux familles distinctes de CMC seront étudiées dans ce projet: les composites oxyde-oxyde formés d'une matrice et de fibres d'alumine et les composites de carbure de silicium constitués d'une matrice de SiC renforcée de fibres de SiC. Ces CMC oxyde-oxyde peuvent être utilisés jusqu'à 1000°C pour alléger les structures d'arrière corps du moteur. Les CMC SiC-SiC peuvent être utilisés dans les parties internes du moteur jusqu'à des températures de 1315°C. Ces deux familles de composites sont élaborées par des gammes de fabrication différentes rendant la modélisation et l'optimisation distinctes pour chaque procédé. Finalement, pour bien évaluer les capacités des deux gammes de fabrication, on prévoit fabriquer des pièces-types contenant certaines caractéristiques de complexité.