Matrices oxynitrures (Si-N-O) pour composites à matrice céramique : élaboration et mécanismes d’ablation H/F

Les missions du poste

Ce travail de thèse porte sur la compréhension et l’optimisation du comportement thermochimique et thermomécanique en condition ablative à haute température sous atmosphère oxydante de céramiques à base de SiO2, Si3N4 ou Si2N2O, avec et sans ajouts. Les matériaux d’étude pourront être d’origine commerciale ou produits par frittage.
Ce travail se basera sur un couplage entre études expérimentales et théoriques, notamment à travers des tests sous torche plasma et des calculs thermodynamiques.
Les objectifs de cette thèse portent sur :
l’élaboration de matrices (Si-N-O) avec et sans ajouts
la réalisation d’essais en condition ablative oxydante à haute température
la compréhension des mécanismes d’ablation en fonction de la composition de la matrice

Programme de travail
Elaboration des matrices par frittage
Tests thermiques, en particulier de tenue sous flux
Caractérisations physico-chimiques avant et après essais
Etudes thermodynamiques et cinétiques

Techniques mises en oeuvre :
Préparation et caractérisation de mélanges de poudres avec ajouts de frittage
Frittage SPS et HIP
Essais sous torche plasma
Microscopies optique et électronique, Raman, XRD, EPMA, XPS…
Tests thermomécaniques (CTE, TMA, diffusivité)
Calculs thermodynamiques (ThermoCalc)

Contexte de travail

Les composites à renforts et matrice oxydes, nitrures ou oxynitrure de silicium constituent des candidats de choix pour certaines applications aéronautiques et aérospatiales à haute température en raison de leur faible conductivité thermique, de leur haute résistance thermique et de leur tenue mécanique élevée. Ainsi les matrices oxyde (SiO2), nitrure (Si3N4) ou oxynitrure (Si2N2O) apparaissent comme des
candidats d’intérêt en vue d’une utilisation aux plus hautes températures (environ 1500°C) sous atmosphère oxydante et sous flux thermiques, pendant de courtes durées.
L’élaboration et l’optimisation d’une nouvelle génération de matrices Si-N-O, plus performante que les matrices à base d’aluminosilicates traditionnelles, nécessitent un travail de fond. Il s’agit en particulier de comprendre l’influence de la nature des phases constituant la matrice et de leurs ajouts sur les performances en conditions ablatives, en vue d’une utilisation comme protection thermique de véhicules spatiaux.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.