Fabrication et caractérisation de nouvelles structures hexagonales en composite à matrice céramique pour application nucléaire

International audienceLe concept de tube hexagonal mixte avec tronçons en composite SiC/SiC et armure métallique, destiné à contenir le faisceau d’aiguilles de combustible, constitue une option séduisante sur le plan fonctionnel pour un réacteur nucléaire de quatrième génération à spectre rapide et à caloporteur gaz et/ou sodium. Il autorise dans son principe une utilisation à haute température, acquise grâce à un comportement mécanique acceptable jusqu’au-delà des plages habituelles de fonctionnement, tout en satisfaisant les contraintes de transparence neutronique et de résistance à l’irradiation. En s’appuyant sur l’expertise acquise dans le cadre du développement des gaines de combustible réfractaires, des tronçons hexagonaux prototypes en composites ont pu être récemment élaborés. Une solution privilégiée pour le renfort fibreux a consisté en la mise au point d’une architecture hybride associant la technologie d’enroulement filamentaire pour la partie interne à un tressage interlock en seconde paroi. Compte tenu des dimensions conséquentes de l’objet comparativement à celles des gaines, une voie nouvelle fondée sur l’utilisation d’un fil plat multibrins, préalablement préparé à partir à partir de fils unitaires a été expérimentée. En première approche, ces essais on été conduits à partir de fibres de carbone. La matrice de carbure de silicium a été obtenue par le procédé d’infiltration en phase gazeuse. Ce travail restitue l’état des travaux engagés pour concevoir ces nouvelles structures composites. Les microstructures élaborées sont ici décrites en termes de recouvrement, de régularité et de porosité aux différentes échelles d’observation du composite. Une analyse fine par tomographie X permet d’accéder aux chemins de tressage. Enfin, le comportement mécanique est évalué à température ambiante à partir d’essais de flexion 3 points et de traction uni-axiale réalisés avec cycles de charge et décharge sur des éprouvettes prélevées dans l’axe (0°). Au-delà des amplitudes modestes des contraintes atteintes qui dépendent de la nature du renfort, les résultats obtenus démontrent la pertinence de la voie proposée pour concevoir un matériau « défragilisé »