[PDF] Approches numérique et expérimentale de la liaison céramique

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1 THESE

Présentée pour l"obtention du titre de

par

Vincent CAZAJUS

Approches numérique et expérimentale de la liaison céramique métal réalisée par brasage en vue de la création d"un outil d"aide à la conception

Soutenue le 3 décembre 2007

devant le jury composé de : 2 3 4 5

.................................................................................................... 23

........................................................................... 23 ................................................................................. 25 ................................................... 33 ..................................................... 39

..................................................................................................... 41

........................................................................... 42

.................................................................................................... 47

........................................................................ 47 .................................................................................. 48 ...................................................................... 56 ...................................................... 59 5

.................................................................................................... 23

........................................................................... 23 ................................................................................. 25 ................................................... 33 ..................................................... 39

..................................................................................................... 41

........................................................................... 42

.................................................................................................... 47

........................................................................ 47 .................................................................................. 48 ...................................................................... 56 ...................................................... 59 7 ......................................................................... 142

................................................................................................... 145

................................................................................................ 146 ................................................................................................ 150 8 9 Figu res du chapitre 1 : 6 ....................................................................... 72 ................................................................................... 79

..................................................................................................... 81

........................................................................... 82

.................................................................................................... 87

.................................................................................. 87 ................... 88 ....................... 102

................................................................................................... 115

......................................................................... 117

.................................................................................................. 121

............................................................................. 121 129

................................................................................................... 140

11 12

Tableaux du chapitre 2 :

Figures du chapitre 3 :

α=0 α 0

13 14

Tableaux du chapitre 3 :

Figures du chapitre 4 :

15

Tableaux du chapitre 4 :

16

Figures du chapitre 5 :

17 18 19 20 21
22
23
24
25
26
▪LVW ()qgcos1+×=LVW 27
28
29
30
Sur le cycle thermique présenté précédemment, le solidus et le liquidus de la brasure sont confondus. Ceci est vérifié pour les métaux purs ou les alliages de type

eutectique qui sont généralement utilisés comme métal d"apport. En effet, il est préférable

d"avoir une seule phase, soit solide soit liquide, durant les deux changements d"état de la brasure. 31
32
33
34
a 35
36
Pour des procédures avec une vitesse rapide de refroidissement,

l"hypothèse d"homogénéité des températures au sein de l"assemblage devrait évidemment

être reconsidérée (Santacreu [25]). Dans notre cas, nous avons montré par calcul thermique

que les écarts de température au sein de l"assemblage n"excédaient pas 2°C (Cazajus et al. [3]).Ceci nous conforte dans l"hypothèse de refroidissement uniforme. Même si la plupart des modèles élaborés sont des modèles thermomécaniques, Santacreu [25] a montré que certains matériaux métalliques pouvaient avoir des transformations métallurgiques dans les plages de température du brasage. Ces mêmes transformations entraînent des modifications importantes du comportement 37
mécanique de l"assemblage notamment sur le type de fissuration. Dans notre cas, les

matériaux retenus ne subissent pas de transformations métallurgiques après la solidification

de la brasure. 38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
( )( )nomnomnomvraieSFeess+×=+×=11 0 ()nomvraieee+=1ln 52
ee e e p n pe

EKEσα+=+=

sseee EKn y n y y p

Eσσ

ss sae Eyn n y pσσ sse002,0 y En 53
54

×+=yn

yu y puyy n yEEssssssessess ssse002,0002,0 pu un"pu u n" n nn" E y 55
56

E (Gpa) σy (MPa) n σu (MPa) αpu(m/m) n'

57
La température de fusion de la brasure Ag-Cu à 90-10 (860 °C) est

supérieure à celle de l"alliage eutectique 72-28 (780 °C). C"est pour cela qu"on ne fait pas

subir exactement le cycle de brasage ici à l"alliage 90-10. En effet la température du palier

de brasage est légèrement supérieure (900 °C au lie u de 850 °C) de façon à s"assurer de la

fusion de la brasure. 58
y n 59

E (Gpa) σy (MPa) n σu (MPa) αpu(m/m) n'

y 60
E u 61
t t0 e V

0tteV-=

E

VL VT

d --××=2222 2 43
TLLL

LVVVVdVE

--×=2222 2 21

TLLLVVVVn

62
E 63
64
65
66
I R

0)(=-=RIfsss

IIIIII

sss>>. ww wwmax 67
Icw nnGdw=max 0s nn n GIc lc ce nnnnan nnlw=-=eee nn ee nnean nne cIc an nnnnlGd= 0es n 68
lc lc

GIc lc

=DenVDenAlc32 3 21bb
AV DL F 38
D LF R×

××=ps

69
σR GIc GIc KIc 70
KIc 2321

0139,0cP

HvEKIc´σα=

EHvPc a P

24635,0a

PHv×=▪

71

GIcKIcE

mNE KGIc

Ic/822

KIc 72

µmGw

RIcl62,02

max=×=s 73
h P h

AEdhdP

rp 2= A Er Eii E 74
EEEii r2 2111
nn-+-= n vv 75
76

GPaE227

77
E Certaines cases du tableau 2-6 ne sont pas renseignées. Ces dernières

correspondent à des essais où l"empreinte n"a pas été observée au centre de la couche de

métallisation de la céramique. Les valeurs déterminées n"étaient donc pas représentatives

de la métallisation. R 78
GIc.

μmwl92,5max=

En augmentant la charge d"indentation, la ténacité estimée par cette technique diminue pour atteindre la valeur de la ténacité de la céramique pour des charges

dix fois supérieures à celle utilisée dans notre étude (i.e. 2000 N). A ces valeurs élevées, la

céramique influence le comportement du dépôt. 79
80
81
moy T refth T ()refmoythTTT-×=ae)( 82
83
84
85
86
87
Le montage en graphite (figure 3-1) assure le bon alignement entre les différentes pièces de l"assemblage pendant le procédé de brasage. Un mauvais alignement

pourrait en effet amener une réduction considérable de la contrainte à rupture en traction de

la liaison céramique métal (Malizia et al. [16]). 88
89
d lq=××sin2d d0d n 000dd dddnnD=-=e qqD×-=D tan 1 d d 90
enn 91
=0 0 (O, X1, X2, X3)X3

X1X2▪,

X1 3=0

( )[][ ]21213312312221321111111ssussusesusssusesusssuse+×-=+-×=×-×=+-×=×-×=+-×=EE

EEEE ()( )2121²sin²sin²cos²sin1ssusysyuey+×-×F×+×F××+=FEE F s

F×+F×=

F²sin²cos21

sss 92
[ ]21²sin1ssuysuey+×--××+=FFEE 93
m i.e.E ns+×=F1 Em 94
E

E/(1+ )

95
sin² 96
c c0 97
KIc c0c

W××=23

0 21
01cc cK I c R ps 4 p=W 98
c1 22 99
100
101
102
103
104

Eσy

n σu

αpu

n' v ▪ 105
n n" y

E▪y

n ▪u pu n' v β L"hypothèse d"une contrainte d"écoulement nulle à la température de fusion

est retenue dans tous les travaux de simulation numérique du procédé de brasage. Ce

postulat est d"ailleurs en cohérence avec les observations expérimentales (figure 2-11). 106
Ev T0 n tquotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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