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RÉSUMÉ
Les pyrocarbones sont des carbones denses de structure proche de celle du graphite, formée d’un empilement de feuillets graphéniques contenant des défauts 2D, 1D et ponctuels. Ils sont généralement produits à partir de la phase gazeuse, par dépôt chimique. En conséquence, ils ont une nanotexture variable. Dans cet article, les principaux moyens d’élaboration, de caractérisation et de classification structurale et texturale des pyrocarbones sont abordés, ainsi que la relation avec leurs propriétés, qui les amènent à être utilisés dans de nombreuses applications de haute technologie.
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Pyrocarbons are dense carbons the structure of which is close to graphite, i.e. formed by a stacking of graphenic layers containing 2D, 1D or point defects. They are prepared by a gas-phase route like chemical vapor deposition ; accordingly, they have a variable nanotexture. This article describes the processing and characterization techniques, their structural and textural classification, in relation with their properties, which lead them to be used in numerous high-tech applications.
Auteur(s)
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Gérard L. VIGNOLES : Professeur - Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (LCTS), université de Bordeaux, France
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Patrick WEISBECKER † : Ingénieur de recherche - Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (LCTS), CNRS, Bordeaux, France
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Jean-Marc LEYSSALE : Chargé de recherche - Laboratoire ISM de l'université de Bordeaux, Bordeaux, France
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Stéphane JOUANNIGOT : Ingénieur d’études - Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (LCTS), CNRS, Bordeaux, France
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Georges CHOLLON : Chargé de recherche - Laboratoire des composites thermostructuraux (LCTS), CNRS, Bordeaux, France
INTRODUCTION
Les pyrocarbones sont des carbones denses de structure proche de celle du graphite, formée d’un empilement de feuillets graphéniques contenant des défauts 2D, 1D et ponctuels. Ils sont produits à partir de la phase gazeuse, par dépôt chimique. Ils ont une structure et une texture très variables, avec une organisation multi-échelle partant du nanomètre jusqu’au micromètre. Leurs propriétés d’intérêt en dépendent fortement.
L’objectif de cet article est de fournir un ensemble cohérent de connaissances et de techniques permettant de maîtriser la conception et la mise en œuvre de ces matériaux.
Les diverses variantes de leurs procédés de fabrication seront d’abord décrites. Puis leur caractérisation structurale à diverses échelles par de très nombreuses techniques (microscopies optique et électronique, diffraction des rayons X, des neutrons et des électrons, spectroscopie Raman…) sera abordée, menant à une classification, mise en relation avec les conditions de fabrication. On montrera qu’il n’est pas possible de décrire et classifier ces matériaux en utilisant un critère unique, mais qu’au contraire il est nécessaire de disposer d’une description simultanée de la structure (et surtout de ses défauts) et de la texture (c’est-à-dire du degré d’anisotropie). Une modélisation structurale sera présentée pour certains d’entre eux. Enfin, leurs caractérisations physiques, mécaniques et thermiques seront décrites et mises en relation avec leur structure. On montrera l’effet du traitement thermique sur la structure et les propriétés. Les pyrocarbones ont de nombreuses applications, aéronautique, spatiale, énergie, biomatériaux, électrochimie, etc., qui seront décrites en fin d’article.
KEYWORDS
energy | materials characterization | carbon-based materials | aerospace
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2015 par Gérard L. VIGNOLES, Patrick WEISBECKER, Jean-Marc LEYSSALE, Stéphane JOUANNIGOT, Georges CHOLLON
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Caractérisation des propriétés physiques des pyrocarbones
Ce sont les propriétés structurales et thermostructurales des pyrocarbones qui en font un matériau de choix pour les applications décrites plus loin. Il est donc essentiel que leurs propriétés mécaniques et thermiques soient connues et, pour cela, de disposer de moyens de caractérisation mécanique et thermique adaptés à ces matériaux. Il faut cependant noter qu’une bonne part des matériaux contenant du pyrocarbone (composites en particulier) sont testés tels quels, c’est-à-dire sans individualiser le constituant pyrocarbone du reste. Nous évoquerons dans cette partie les moyens d’essais spécifiques au pyrocarbone, y compris lorsqu’il est inséré dans un matériau composite.
5.1 Propriétés mécaniques
Les essais mécaniques classiques de traction, compression, flexion sur éprouvette de matériau massif de plusieurs centimètres à quelques dizaines de centimètres ne peuvent pas être effectués sur les pyrocarbones autres que médicaux. Il n’est en effet pas possible d’obtenir un échantillon de pyrocarbone massif de dimensions suffisantes pour ce type d’essais. Pour les pyrocarbones anisotropes (laminaires), tout au plus, des blocs massifs de quelques mm peuvent être élaborés afin d’être testés en traction, compression et flexion à l’aide de jauges d’extensométrie , ou par des techniques ultrasonores ...
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Caractérisation des propriétés physiques des pyrocarbones
BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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[W1 :WAD11-web] WADE Mark (17 novembre 2011)
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