Brevet FR2682321A1 — publié le 19930416

DISPOSITIF DE COMPRESSION D'ECHANTILLON A TEMPERATURE ELEVEE NOTAMMENT POUR MATERIAUX AVANCES A RESISTANCE MECANIQUE DESCRIPTION L'invention a pour objet un dispositif de compression qui garantit une compression pure d'un échantillon ayant deux faces parallèles entre lesquelles il est comprimé sans qu'aucune opération de réglage préalable de la presse soit nécessaire même à haute température et pour de fortes charges. Les machines d'essais mécaniques classiques utilisées pour ce genre d'essais nécessitent normalement des réglages délicats pour obtenir une sollicitation uniaxiale rigoureuse, c'est-à-dire une compression pure et uniforme sur l'échantillon. Elles sont essentiellement composées en général de deux parties qui se font face (par des faces planes) et dont l'une est un support fixe et l'autre un piston mobile. L'échantillon est comprimé par l'avance du piston, mais des opérations longues et difficiles sont nécessaires pour rétablir un alignement correct des deux parties. Une solution satisfaisante à ce problème est offerte par l'invention, qui se caractérise en ce que le support et le piston sont chacun composés de deux parties réunies par une rotule respective, les parties qui portent les faces planes étant constituées de façon à coulisser l'une dans l'autre. Ces parties forment donc un ensemble qu'on peut considérer comme monobloc sauf dans la direction de compression de l'éprouvette. La double liaison par une rotule permet de ne transmettre, en combinaison avec l'ajustage à coulisse, que des efforts de compression. L'indépendance du dispositif par rapport à la machine d'essais mécaniques offre d'autres avantages. Il est facile d'insérer le dispositif qui porte les faces planes dans une enceinte de chauffage. Ces parties et l'échantillon sont alors chauffés à la température d'essai souhaitée alors que les autres parties qui transmettent l'effort de compression restent relativement froides. Le dispositif de compression est réalisé en graphite à faible taux de cendres (pour éviter les dégazages à hautes températures), car ce matériau présente de bonnes qualités mécaniques qui s'améliorent à température élevée. Les faces planes peuvent cependant avantageusement appartenir à des enclumes en céramique, en zircone par exemple, pour assurer une bonne tenue mécanique à haute température. La figure unique permettra de décrire à titre purement i Ilustratif une réalisation de l'invention. La machine d'essais comprend une enceinte de four 1 formée de deux demi-coquilles cylindriques se refermant l'une sur l'autre et dont une seule est représentée ici. Cette demi-coquille est percée de deux ouvertures 2 et 3 diamétralement opposées : une tige de piston 4 fixée à un bâti 6 immobile passe à travers l'une et une tige fixe de support 5 par l'autre. Celleci est fixée à un vérin 7 mobile asservi par un système électronique de commande pour comprimer un échantillon E. Le piston 4 s'étend jusqu a un embout 8 dont la face d'extrémité libre est en forme de calotte sphérique concave 9. La tige de support 5 a aussi un embout 10 terminé par une face d'extrémité libre en forme de calotte sphérique concave 11. Le support du dispositif de compression 12 est posé sans aucun réglage préalable sur la calotte sphérique concave 11 par une surface en forme de calotte sphérique convexe qui forme donc une liaison à rotule avec la calotte sphérique 11. Il porte à son autre extrémité un alésage 13 à section circulaire dans lequel coulisse une extrémité de piston 14 du dispositif de compression, de même section et dont l'extrémité supérieure est terminée par une calotte sphérique convexe qui s'ajuste partiellement dans La calotte sphérique concave 9 de manière à former une autre liaison à rotule.Il n'existe qu'un très faible jeu entre l'extrémité du piston 14 et l'alésage 13 une erreur d'alignement entre le piston 4 et la tige fixe de support 5 se traduit donc par une position différente du support 12 et de l'extrémité de piston 14, mais la force transmise entre ces deux pièces reste parallèle à l'axe de l'extrémité du piston 14. Le support d'échantillon 12 est évidé selon une excavation transversale 16 dans laquelle l'alésage 13 débouche. On y introduit l'échantilLon E. Il est en réalité comprimé entre deux enclumes de zircone 17 et 18 qui font respectivement partie de l'extrémité de piston 14 et du support 12. Chacune des enclumes 17 et 18 est plus précisément un cylindre court dont une face plane arrière 19 est appuyée sur la surface de fond, également plane, d'un trou borgne 20 de même section évidé à l'extrémité de l'extrémité de piston 14 et dans le support d'échantillon 12, et une face plane avant 21 sert à appuyer l'échantillon E et à le comprimer entre ces deux faces avant 21 qui sont parallèles ; enfin, une surface latérale circulaire 22 des enclumes 17 et 18 et ajustée dans la paroi latérale des trous borgnes 20. Le dispositif de chauffage est composé d'un bouclier d'isolation thermique 24 et de deux demirésistors 25 assurant le chauffage. Le bouclier d'isolation thermique 24 permet de confiner le dispositif de compression dans une zone de chauffe composée par deux demi-résistors 25, l'un et l'autre reliés aux deux demi-coquilles de l'enceinte du four 1. La configuration adoptée permet de porter le dispositif de compression (piston 14, support 12, et enclumes 17 et 18) à la même température que L'échantillon E, alors que la tige de support 5 et le piston 4 restent à une température presque invariable. Le dispositif de chauffage est pourvu d'un thermocouple 27 permettant la régulation de la température, et d'un thermocouple 28 assurant la mesure de la température sur l'échantillon E. Le dispositif de compression permet la mesure des déformations de l'échantillon pendant la durée totale d'un essai. Sa forme (excavation transversale 16 du support 12 et forme des enclumes 17 et 18) adaptée à une extensométrie sans contact au moyen d'un laser permet la mesure des grandeurs suivantes du matériau testé à haute température (module d'Young, coefficient de dilatation, déformations élastiques et plastiques). La mesure se fait par une fente 26 réalisée dans le bouclier thermique 24. Le dispositif de compression réalisé est apte à solliciter des échantilLons en céramique jusqu'à 22000C sous vide ou sous atmosphère contrôlée, et des produits carbonés jusqu'à 30000C sous atmosphère contrôlée. Les charges pouvant être atteintes sont de 100 000 N à 15000C par exemple. REVENDICATIONS 1. Dispositif de compression d'échantillon (E) composée d'un support fixe (5, 12) de l'échantillon et d'un piston mobile (4, 14) de compression de l'échantillon (E), le support et le piston étant pourvus de faces planes (21) > entre lesquelles l'échantillon (E) est appuyé, caractérisé en ce que le support et le piston sont chacun composés de deux parties réunies par une rotule respective (9, 11), les parties (12, 14) qui portent les faces planes (21) etant constituées de façon à coulisser l'une dans l'autre. 2. Dispositif de compression d'échantillon suivant la revendication 1, caractérisé par une enceinte de chauffage (24) qui enveloppe les parties (12, 14) du support et du piston qui portent les faces planes. 3. Dispositif de compression d'échantillon suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les parties du support et du piston qui portent les faces planes sont en graphite. 4. Dispositif de compression d'échantillon suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les parties du support qui portent les faces planes sont pourvues d'enclumes (17, 18) auxquelles appartiennent les faces planes (21). 5. Dispositif de compression d'échantillon suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les enclumes sont en zircone.