Conclusions
Matériaux composites phénoliques ablatifs

AM5325 v1 Article de référence

Conclusions
Matériaux composites phénoliques ablatifs

Auteur(s) : Martine DAUCHIER, Jean-Claude CAVALIER

Date de publication : 10 juil. 2002 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Description

2 - Constituants des matériaux

2.1 - Renfort

Tableau 1 Tableau 2
2.2 - Matrice

Figure 1 - Résine phénolique Tableau 3

3 - Procédés de fabrication des pièces

3.1 - Pièces à base de fibres courtes
3.2 - Pièces à base de tissus

Tableau 4
3.3 - Pièces à base de textures tridimensionnelles

4 - Caractérisation des matériaux

4.1 - Caractéristiques thermiques

Tableau 5 Tableau 6
4.2 - Caractéristiques mécaniques

Tableau 7 Tableau 8 Tableau 9
4.3 - Caractéristiques en ablation

5 - Dimensionnement des pièces de tuyères

5.1 - Calcul thermique
5.2 - Calcul thermomécanique

6 - Comparaison des prévisions de calculs et des résultats d’essais

7 - Exemples de pièces

8 - Conclusions

Bibliographie & annexes

Présentation

Auteur(s)

Martine DAUCHIER : Ingénieur de l’École nationale supérieure de chimie et physique de Bordeaux - Chef du Service rigidimères ablatifs à Snecma Propulsion solide
Jean-Claude CAVALIER : Docteur en chimie - Chef du Département développement matériaux à Snecma Propulsion solide

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INTRODUCTION

Les premiers matériaux utilisés dans les tuyères des propulseurs à poudre furent les métaux réfractaires tels que le tungstène et les graphites polycristallins. La forte masse volumique des premiers et la faible résistance au choc thermique avec rupture aléatoire des seconds ont conduit à les remplacer peu à peu par des matériaux composites. Dans cette application, les matériaux supportent des températures voisines de 3 000 °C pour des durées de quelques secondes à quelques minutes. De plus, compte tenu du fait que dans la plupart des tuyères les réactions chimiques ont lieu en milieu plutôt réducteur, il était naturel de considérer le carbone comme matériau de choix pour développer au début des années soixante une famille de composites appelés rigidimères ou composites phénoliques ablatifs, car ils sont constitués d’un renfort réfractaire tel que le carbone ou la silice et d’une matrice ablative à base de résine phénolique. Cette résine se décompose sous l’effet de la chaleur en laissant un résidu important de carbone, ce qui permet d’évacuer en partie l’énergie thermique des gaz de la tuyère et d’assurer le maintien du renfort.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am5325

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8. Conclusions

Quarante ans après le développement aux États-Unis des premiers rigidimères à base de fibres de verre ou d’amiante, les composites ablatifs avec les fibres de carbone et de silice continuent à être utilisés dans les tuyères des propulseurs à propergol solides aussi bien en France (missiles stratégiques, Ariane) qu’aux États-Unis [divergents des engins MX (missile X) et Trident, propulseurs STAR et IUS (Interim Upper Stage) et boosters de navette spatiale].

La possibilité de réaliser de très grandes pièces telles que les boosters de la navette américaine et ceux de Ariane 5, ainsi qu’une large expérience industrielle dans leur mise en œuvre et dans leur connaissance constituent de solides atouts, mais les composites phénoliques ablatifs ne sont qu’un des matériaux possibles utilisables dans les tuyères.

En effet, dans les zones les plus sollicitées en ablation ou pour des pièces devant garantir une tenue thermostructurale, les composites carbone/carbone sont les matériaux les mieux adaptés. Ces derniers composites ont été créés pour remédier au manque de stabilité thermique des matrices phénoliques et leurs applications ont été étendues à des domaines nouveaux tels que la friction et les biomatériaux. Le manque de résistance à l’oxydation du carbone dès 400 ˚C a conduit au remplacement successif de la matrice et des fibres de carbone par des carbures, des oxydes, par exemple, présentant une meilleure tenue en atmosphère oxydante pour de longues durées (centaines d’heures) et à la naissance des composites carbone/céramique et céramique/céramique, l’exemple le plus connu étant celui des composites à matrice en carbure de silicium.

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