ISO 14574:2025
(Main)Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites at high temperature — Determination of tensile properties
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites at high temperature — Determination of tensile properties
This document specifies procedures for determination of the tensile behaviour of ceramic matrix composite materials with continuous fibre reinforcement at elevated temperature in air, vacuum and inert gas atmospheres. This method applies to all ceramic matrix composites with a continuous fibre reinforcement, uni-directional (1D), bidirectional (2D) and multi-directional (xD, with x> 2), tested along one principal axis of reinforcement or off axis conditions for 2D and xD materials. This method also applies to carbon-fibre-reinforced carbon matrix composites (also known as carbon/carbon or C/C). NOTE In most cases, ceramic matrix composites to be used at high temperature in air are coated with an anti-oxidation coating.
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des composites à matrice céramique à haute température — Détermination des caractéristiques en traction
Le présent document spécifie des modes opératoires permettant de déterminer le comportement en traction des matériaux composites à matrice céramique avec renfort de fibres continues, à haute température sous air, sous vide ou dans une atmosphère de gaz inerte. La présente méthode s’applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de fibres continues, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D) et multidirectionnel (xD, avec x > 2), sollicités suivant un axe principal de renfort ou dans des conditions hors axe pour les matériaux de type 2D et xD. Elle s’applique également aux composites à matrice de carbone avec renfort de fibres de carbone (également connus en tant que carbone/carbone ou C/C). NOTE Dans la plupart des cas, les composites à matrice céramique destinés à un usage à haute température sous air sont protégés par un revêtement anti-oxydation.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 14574
Second edition
Fine ceramics (advanced ceramics,
2025-01
advanced technical ceramics) —
Mechanical properties of ceramic
composites at high temperature —
Determination of tensile properties
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des composites
à matrice céramique à haute température — Détermination des
caractéristiques en traction
Reference number
© ISO 2025
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 3
5 Apparatus . 4
5.1 Test machine .4
5.2 Load train .4
5.3 Test chamber .4
5.4 Set-up for heating .5
5.5 Strain measurement .5
5.5.1 General .5
5.5.2 Strain gauges.5
5.5.3 Extensometer .5
5.6 Temperature measurement devices .6
5.7 Data recording system .6
5.8 Dimension-measuring devices .6
6 Test specimens . 7
6.1 General .7
6.2 Test specimens commonly used .7
7 Test specimen preparation .11
7.1 Machining and preparation .11
7.2 Number of tests specimens .11
8 Test procedures .12
8.1 Test set-up: Temperature considerations . 12
8.1.1 General . 12
8.1.2 Controlled-temperature zone . 12
8.1.3 Temperature calibration . 12
8.2 Test set-up: Other considerations . 12
8.2.1 Displacement rate . 12
8.2.2 Measurement of test specimen dimensions . 12
8.3 Testing technique . 13
8.3.1 Specimen mounting . 13
8.3.2 Setting of extensometer . 13
8.3.3 Setting of inert atmosphere . 13
8.3.4 Heating of test specimen . 13
8.3.5 Measurements . 13
8.4 Test validity .14
9 Calculation of results . 14
9.1 Test specimen origin .14
9.2 Tensile strength .14
9.3 Strain at maximum tensile force . 15
9.4 Tensile modulus . 15
9.4.1 Calculation of tensile modulus . 15
9.4.2 Calculation of tensile modulus with linear behaviour at the origin .16
9.4.3 Calculation of tensile modulus with non-linear behaviour .16
10 Test report .16
11 Uncertainties . 17
Annex A (informative) Illustration of tensile modulus .18
iii
Annex B (informative) Calibration method of test temperature by using a cartographic
specimen equipped with thermocouples .21
Bibliography .26
iv
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 206, Fine ceramics, in collaboration with
the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 184, Advanced technical
ceramics, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna
Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14574:2013), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— alignment of the terms and definition with the vocabulary standard ISO 20507;
— addition of illustration of tensile modulus in Annex A;
— addition of a calibration method of the test temperature by using a cartographic specimen equipped with
thermocouples in Annex B.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
International Standard ISO 14574:2025(en)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites at
high temperature — Determination of tensile properties
1 Scope
This document specifies procedures for determination of the tensile behaviour of ceramic matrix composite
materials with continuous fibre reinforcement at elevated temperature in air, vacuum and inert gas
atmospheres.
This method applies to all ceramic matrix composites with a continuous fibre reinforcement, uni-directional
(1D), bidirectional (2D) and multi-directional (xD, with x> 2), tested along one principal axis of reinforcement
or off axis conditions for 2D and xD materials. This method also applies to carbon-fibre-reinforced carbon
matrix composites (also known as carbon/carbon or C/C).
NOTE In most cases, ceramic matrix composites to be used at high temperature in air are coated with an anti-
oxidation coating.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3611, Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment — Design and
metrological characteristics of micrometers for external measurements
ISO 7500-1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:
Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system
ISO 9513, Metallic materials — Calibration of extensometer systems used in uniaxial testing
ISO 19634, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Ceramic composites — Notations
and symbols
ISO 20507, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Vocabulary
IEC 60584-1, Thermocouples — Part 1: EMF specifications and tolerances
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 20507, ISO 19634 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
test temperature
T
temperature of the test piece at the centre of the gauge length
3.2
calibrated length
l
part of the test specimen that has uniform and minimum cross-section area
[SOURCE: ISO 20504:2022, 3.1]
3.3
gauge length
L
initial distance between reference points on the test specimen in the calibrated length
[SOURCE: ISO 20504:2022, 3.2, modified title and definition, words before initiation of the test deleted]
3.4
controlled-temperature zone
part of the calibrated length, including the gauge length, where the temperature is within a range of 50 °C of
the test temperature
3.5
initial cross-section area
S
o
cross-section area of the test specimen within the calibrated length, at room temperature before testing
3.5.1
apparent cross-section area
S
o app
area of the cross section
3.5.2
effective cross-section area
S
o eff
area corrected by a factor, to account for the presence of a coating
3.6
longitudinal deformation
A
increase in the gauge length under a tensile force in the load direction
Note 1 to entry: The longitudinal deformation corresponding to the maximum tensile force is denoted as A .
m
3.7
tensile strain
ε
ratio of deformation to initial gauge length defined as the ratio A/L
Note 1 to entry: The tensile strain corresponding to the maximum tensile force is denoted as ε .
m
3.8
tensile force
F
uniaxial force carried by the test specimen at any time during the tensile test
3.9
tensile stress
σ
tensile force (3.8) supported by the test specimen at any time in the test divided by the initial cross-sectional
area (3.5) such that σ = F/S
o
3.9.1
apparent tensile stress
σ
app
ratio of the tensile force (3.8) supported by the test piece to the apparent cross-section area (3.5.1)
3.9.2
effective tensile stress
σ
eff
ratio of the tensile force (3.8) carried by the test piece to the effective cross-section area (3.5.2)
3.10
maximum tensile force
F
m
highest force recorded or force at failure during a tensile test
3.11
tensile strength
σ
m
greatest tensile stress (3.9) applied to a test specimen when tested to failure
3.11.1
apparent tensile strength
σ
m app
ratio of the maximum tensile force (3.10) to the apparent cross-section area (3.5.1)
3.11.2
effective tensile strength
σ
m eff
ratio of the maximum tensile force (3.10) to the effective cross-section area (3.5.2)
3.13
tensile modulus
E
slope of the linear section of the stress-strain curve at or near the origin
Note 1 to entry: It is possible that a linear part does not exist or does not start at the origin. The different situations are
then described in the Annex A.
3.13.1
apparent tensile modulus
E
app
slope of the linear part of the stress-strain curve at or near the origin when the apparent tensile stress
(3.9.1) is used
3.13.2
effective tensile modulus
E
eff
slope of the linear part of the stress-strain curve at or near the origin, when the effective tensile stress
(3.9.2) is used
4 Principle
A test specimen of specified dimensions is heated to the test temperature, and loaded in tension. The test is
performed at constant crosshead displacement rate, or constant deformation rate (or constant loading rate).
Force and longitudinal deformation are measured and recorded simultaneously.
NOTE The test duration is limited to reduce creep effects.
When constant loading rate is used in the nonlinear region of the tensile curve, only the tensile strength can
be obtained from the test. In this region, constant crosshead displacement rate or constant deformation rate
is recommended to obtain the complete curve.
5 Apparatus
5.1 Test machine
The test machine shall be equipped with a system for measuring the force applied to the test specimen that
shall conform to grade 1 or better in accordance with ISO 7500-1.
This should prevail during actual test conditions of, e.g. gas pressure and temperature.
5.2 Load train
The load train configuration shall ensure that the load indicated by the load cell and the load experienced by
the test specimen are the same.
The load train performance, including the alignment system and the force transmitting system, shall not
change because of heating.
The load train shall align the specimen axis with the direction of load application without introducing
bending or torsion in the specimen. The misalignment of the specimen shall be verified at room temperature
and documented. Several standards address this topic but it is recommended to comply with the procedure
−6
described in ISO 17161. The percent bending strain shall not exceed 5 % at an average strain of 500×10 .
The attachment fixtures shall align the test specimen axis with the applied force direction.
The grip design shall prevent the test specimen from slipping.
There are two types of gripping systems:
— hot grips where the grips are in the hot zone of the furnace;
— cold grips where the grips are outside the hot zone.
The choice of gripping system will depend on material, on test specimen design and on alignment
requirements.
The hot grip technique is limited in temperature because of the nature and strength of the materials that
can be used for grips.
In the cold grip technique, a temperature gradient exists between the centre which is at the prescribed
temperature and the ends which are at the same temperature as the grips.
5.3 Test chamber
The test chamber shall be as gas-tight as possible and shall allow proper control of the test specimen
environment in the vicinity of the test specimen during the test.
The installation shall be such that the variation of the load due to the variation of pressure is less than 1 % of
the scale of the load cell being used.
Where a gas atmosphere is used, the gas atmosphere shall be chosen depending on the material to be tested
and on test temperature. The level of pressure shall be chosen depending: on the material to be tested, on
temperature, on the type of gas, and on the type of extensometer.
Where a vacuum chamber is used, the level of vacuum shall not induce chemical and/or physical instabilities
of the test specimen material, and of extensometer rods, when applicable. Primary vacuum (typically 1 Pa
pressure) is recommended.
5.4 Set-up for heating
The set-up for heating shall be constructed in such a way that:
— the test coupon maximal temperature will never exceed the desired test temperature of more than 5 °C,
— the gauge length is actually included in the controlled temperature zone.
NOTE 1 When tests are performed in vacuum or inert gas atmospheres, this maximal temperature gradient of 50 °C
in the controlled temperature zone is considered to be low enough to avoid large discrepancy of material behaviour in
the gauge length and then to bias the material properties determination.
NOTE 2 This value of 50 °C is a maximum value of the temperature gradient of the controlled temperature zone
especially for very high temperature test in cold grip configuration. If tests are performed at lower temperature,
temperature gradient lower than 50 °C can be easily achieved.
If the tests are performed under oxidative environment, for CMC materials which are sensitive to oxidative
degradation, the test duration and the controlled temperature zone thermal gradient parameters are to be
set at the lowest values as possible in order to limit the impact on the material properties of the oxidative
degradation. For instance, for material such as CMC including a carbon interphase which are sensitive to
chemical degradation it is recommended to not exceed ±5 °C below 500 °C for the temperature gradient
within the controlled temperature zone.
NOTE 3 An example of calibration method of test temperature and temperature gradient determination is described
in the Annex B.
5.5 Strain measurement
5.5.1 General
For continuous measurement of the longitudinal deformation as a function of the applied force at high
temperature, either suitable contacting or non-contacting extensometer may be used. Measurement of
longitudinal deformation over a length as long as possible within the controlled-temperature zone of the
test specimen is recommended.
5.5.2 Strain gauges
Strain gauges are used for the verification of the alignment on the test specimen at room temperature. They
are not recommended to determine longitudinal deformation during testing at high temperature.
5.5.3 Extensometer
5.5.3.1 General
The extensometer shall be capable of continuously recording the longitudinal deformation at test
temperature. The use of an extensometer with the greatest gauge length is preferable.
Extensometers shall meet the requirements of class 1 or less (class 0,5) in accordance with ISO 9513. Types
of commonly used extensometers are described in 5.5.3.2 and 5.5.3.3.
5.5.3.2 Mechanical extensometer
For a mechanical extensometer, the gauge length shall be the initial longitudinal distance between the two
locations where the extensometer rods contact the test specimen.
The rods may be exposed to temperatures higher than the test specimen temperature. Temperature induced
structural changes in the rod material shall not affect the accuracy of deformation measurement. The
material used for the rods shall be compatible with the test specimen material.
Any extensometer contact forces shall not introduce bending greater than that allowed in 5.2.
Care should be taken to correct for changes in calibration of the extensometer that may occur as a result of
operating under conditions different from calibration. Verification may be done by measuring the tensile
modulus on a well-known material specimen.
Rod pressure onto the test specimen should be the minimum necessary to prevent slipping of the
extensometer rods.
5.5.3.3 Electro-optical extensometer
Electro-optical measurements in transmission require reference marks on the test specimen. For this
purpose, rods or flags shall be attached to the surface perpendicularly to its axis. The gauge length shall be
the distance between the two reference marks. The material used for marks (and adhesive if used) shall be
compatible with the test specimen material and the test temperature and shall not modify the stress field in
the specimen.
NOTE 1 The use of integral flags as parts of the test specimen geometry is not preferred because of stress
concentration induced by such features.
NOTE 2 Electro-optical extensometer is not appropriate in the case where it’s impossible to distinguish the colours
of the reference marks and the test specimen.
5.5.3.4 Digital image correlation
Digital image correlation (DIC) method can be used for non-contacting strain field measurement. In order
to improve the measurement accuracy, the size of furnace window may be minimized and an optical filter
[3]
might be used to get high contrast random patterns at elevated temperatures .
NOTE Creating a flyspeck that can be used at high temperature is a major technical challenge with little or no
documentation to date.
Stress-strain response of ceramic composites can be determined for on-axis or off-axis tensile tests by using
[3]
DIC technique, as well as for tensile tests on SiC/SiC CMCs up to 1 316 °C .
Full-field deformation output procedure and calibration data shall be annexed to the test report.
5.6 Temperature measurement devices
For temperature measurement, either thermocouples conforming to IEC 60584-1 shall be used or, when
thermocouples not conforming to IEC 60584-1 or pyrometers are used, calibration data shall be annexed to
the test report.
5.7 Data recording
...
Norme
internationale
ISO 14574
Deuxième édition
Céramiques techniques —
2025-01
Propriétés mécaniques des
composites à matrice céramique
à haute température —
Détermination des caractéristiques
en traction
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites at
high temperature — Determination of tensile properties
Numéro de référence
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2025
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe. 4
5 Appareillage . 4
5.1 Machine d’essai .4
5.2 Système de mise en charge .4
5.3 Enceinte d’essai .5
5.4 Dispositif de chauffe .5
5.5 Mesurage de la déformation .5
5.5.1 Généralités .5
5.5.2 Jauges de déformation .5
5.5.3 Extensomètre .6
5.6 Dispositifs de mesure des températures .7
5.7 Système d’enregistrement des données .7
5.8 Dispositifs de mesurage des dimensions .7
6 Éprouvettes. 7
6.1 Généralités .7
6.2 Éprouvettes couramment utilisées .7
7 Préparation des éprouvettes .12
7.1 Usinage et préparation . 12
7.2 Nombre d’éprouvettes . 12
8 Modes opératoires d’essai .12
8.1 Configuration d’essai: considérations relatives à la température . 12
8.1.1 Généralités . 12
8.1.2 Zone à température contrôlée . 12
8.1.3 Étalonnage en température . 13
8.2 Configuration d’essai: autres considérations . 13
8.2.1 Vitesse de déplacement . 13
8.2.2 Mesurage des dimensions des éprouvettes . 13
8.3 Technique de l’essai . 13
8.3.1 Montage de l’éprouvette . 13
8.3.2 Réglage de l’extensomètre . 13
8.3.3 Mise sous atmosphère inerte .14
8.3.4 Chauffage de l’éprouvette .14
8.3.5 Mesurages.14
8.4 Validité de l'essai .14
9 Calcul des résultats .15
9.1 Origine des éprouvettes . 15
9.2 Résistance en traction . 15
9.3 Déformation à la force maximale de traction . 15
9.4 Module de traction .16
9.4.1 Calcul du module de traction.16
9.4.2 Calcul du module de traction en cas de comportement linéaire à l’origine .16
9.4.3 Calcul du module de traction en cas de comportement non linéaire .17
10 Rapport d'essai . 17
11 Incertitudes . 17
Annexe A (informative) Illustration du module de traction .18
iii
Annexe B (informative) Méthode d’étalonnage de la température d’essai à l’aide d’une
éprouvette de cartographie équipée de thermocouples .21
Bibliographie .26
iv
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n’avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l’adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de brevet.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute autre information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques
au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 206, Céramiques techniques, en
collaboration avec le comité technique CEN/TC 184, Céramiques techniques avancées, du Comité européen
de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de
Vienne).
Cette seconde édition annule et remplace la première édition (ISO 14574:2013), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— alignement des termes et définitions sur la norme de vocabulaire (ISO 20507);
— ajout de l’illustration du module de traction à l’Annexe A;
— ajout d’une méthode d’étalonnage de la température d’essai à l’aide d’une éprouvette de cartographie
équipée de thermocouples à l’Annexe B.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/members.html.
v
Norme internationale ISO 14574:2025(fr)
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des
composites à matrice céramique à haute température —
Détermination des caractéristiques en traction
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie des modes opératoires permettant de déterminer le comportement en traction
des matériaux composites à matrice céramique avec renfort de fibres continues, à haute température sous
air, sous vide ou dans une atmosphère de gaz inerte.
La présente méthode s’applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de fibres continues,
unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D) et multidirectionnel (xD, avec x > 2), sollicités suivant un axe
principal de renfort ou dans des conditions hors axe pour les matériaux de type 2D et xD. Elle s’applique
également aux composites à matrice de carbone avec renfort de fibres de carbone (également connus en tant
que carbone/carbone ou C/C).
NOTE Dans la plupart des cas, les composites à matrice céramique destinés à un usage à haute température sous
air sont protégés par un revêtement anti-oxydation.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel —
Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques des micromètres d'extérieur
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux —
Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système de mesure de force
ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des chaînes extensométriques utilisées lors d'essais uniaxiaux
ISO 19634, Céramiques techniques — Céramiques composites — Notations et symboles
ISO 20507, Céramiques techniques — Vocabulaire
IEC 60584-1, Couples thermoélectriques — Partie 1: Spécifications et tolérances en matière de FEM
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 20507, de l’ISO 19634 ainsi que les
suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
température d’essai
T
température de l’éprouvette au centre de la longueur de jauge
3.2
longueur calibrée
l
partie de l’éprouvette où la section transverse est la plus faible et est uniforme
[SOURCE: ISO 20504:2022, 3.1, modifié − Le terme «section de jauge» a été remplacé par «longueur calibrée».]
3.3
longueur de jauge
L
distance initiale entre les points de référence dans la longueur calibrée de l’éprouvette
[SOURCE: ISO 20504:2022, 3.2, titre et définition modifiés − «initiale» a été supprimé dans le titre. «avant
le début de l’essai» a été supprimé et «section de jauge» a été remplacé par «longueur calibrée» dans la
définition.]
3.4
zone à température contrôlée
partie de la longueur calibrée, incluant la longueur de jauge, où l’écart de température par rapport à la
température d’essai est inférieur à 50 °C
3.5
aire initiale de la section
S
o
aire de la section transversale de l’éprouvette dans la longueur calibrée, à température ambiante, avant l’essai
3.5.1
aire de section apparente
S
o app
aire de la section transversale
3.5.2
aire de section effective
S
o eff
aire corrigée d’un facteur, pour prendre en compte la présence d’un revêtement
3.6
allongement
A
augmentation de la longueur de jauge sous une force de traction dans la direction de la charge
Note 1 à l'article: L’allongement correspondant à la force maximale de traction est désigné par A .
m
3.7
déformation en traction
ε
augmentation relative de la longueur de jauge initiale, définie comme le rapport A/L
Note 1 à l'article: La déformation en traction correspondant à la force maximale de traction est désignée par ε .
m
3.8
force de traction
F
force uniaxiale supportée par l’éprouvette à tout moment pendant l’essai de traction
3.9
contrainte de traction
σ
force de traction (3.8) supportée par l’éprouvette à tout moment au cours de l’essai, divisée par l’aire initiale
de la section (3.5), telle que σ = F/S
o
3.9.1
contrainte de traction apparente
σ
app
rapport de la force de traction (3.8) supportée par l’éprouvette à l’aire de section apparente (3.5.1)
3.9.2
contrainte de traction effective
σ
eff
rapport de la force de traction (3.8) supportée par l’éprouvette à l’aire de section effective (3.5.2)
3.10
force maximale de traction
F
m
plus grande force enregistrée, ou force à la rupture, lors d’un essai de traction
3.11
résistance en traction
σ
m
contrainte de traction (3.9) la plus élevée appliquée à une éprouvette lors d’un essai de traction réalisé
jusqu’à rupture
3.11.1
résistance en traction apparente
σ
m app
rapport de la force maximale de traction (3.10) à l’aire de section apparente (3.5.1)
3.11.2
résistance en traction effective
σ
m eff
rapport de la force maximale de traction (3.10) à l’aire de section effective (3.5.2)
3.12
module de traction
E
pente de la partie linéaire de la courbe contrainte-déformation à l’origine ou près de l’origine
Note 1 à l'article: Il est possible que la partie linéaire n’existe pas ou ne commence pas à l’origine. Les différentes
situations correspondant à ces cas sont décrites à l’Annexe A.
3.12.1
module de traction apparent
E
app
pente de la partie linéaire de la courbe contrainte-déformation à l’origine ou près de l’origine, lorsque la
contrainte de traction apparente est utilisée
3.12.2
module de traction effectif
E
eff
pente de la partie linéaire de la courbe contrainte-déformation à l’origine ou près de l’origine, lorsque la
contrainte de traction effective est utilisée
4 Principe
Une éprouvette de dimensions spécifiées est portée à la température d’essai, puis soumise à une charge
de traction. L’essai est réalisé à vitesse constante de déplacement de la traverse, ou à vitesse constante de
déformation (ou à vitesse constante de mise en charge). La force et l’allongement sont mesurés et enregistrés
simultanément.
NOTE La durée d’essai est limitée afin de réduire les effets du fluage.
Lorsqu’une vitesse constante de mise en charge est utilisée dans la région non linéaire de la courbe
de traction, l’essai permet d’obtenir uniquement la résistance en traction. Dans cette région, une vitesse
constante de déplacement de la traverse ou une vitesse constante de déformation est recommandée pour
obtenir la courbe complète.
5 Appareillage
5.1 Machine d’essai
La machine doit être équipée d’un système de mesure de la force appliquée à l’éprouvette qui doit être de
classe 1 ou mieux, conformément à l’ISO 7500-1.
Il convient que cette exigence reste vraie dans les conditions réelles de l’essai (par exemple, pression et
température du gaz).
5.2 Système de mise en charge
La configuration du système de mise en charge doit garantir que la charge indiquée par la cellule de force et
la charge supportée par l’éprouvette sont les mêmes.
Le chauffage ne doit pas modifier la performance du système de mise en charge, système d’alignement et
système de transmission d’effort compris.
Le système de mise en charge doit aligner l’axe de l’éprouvette avec la direction d’application de la force,
sans provoquer d’efforts de flexion ou de torsion dans l’éprouvette. Le défaut d’alignement de l’éprouvette
doit être vérifié à température ambiante et documenté. Plusieurs normes traitent de ce sujet; toutefois il est
recommandé de se conformer au mode opératoire décrit dans l’ISO 17161. Le pourcentage de déformation
−6
en flexion ne doit pas dépasser 5 % pour une déformation moyenne de 500×10 .
Les dispositifs de fixation doivent permettre l’alignement de l’axe de l’éprouvette avec la direction de la force
appliquée.
Les mors utilisés doivent être conçus de manière à éviter tout glissement de l’éprouvette.
Il existe deux types de systèmes de prise en mors:
— mors chauds lorsque les mors sont dans la zone chaude du four;
— mors froids lorsque les mors sont à l’extérieur de la zone chaude.
Le choix du système de prise en mors dépendra du matériau, de la conception de l’éprouvette et des exigences
relatives à l’alignement.
La technique des mors chauds est limitée en température en raison de la nature et de la résistance des
matériaux qui peuvent être utilisés pour les mors.
Dans la technique des mors froids, il existe un gradient de température entre le centre de l’éprouvette, qui
est à la température prescrite spécifiée, et les extrémités, qui sont à la même température que les mors.
5.3 Enceinte d’essai
L’enceinte d’essai doit être autant étanche au gaz que possible et elle doit permettre un contrôle adéquat de
l’environnement au voisinage de l’éprouvette pendant l’essai.
L’installation doit être telle que la variation de charge due à la variation de pression soit inférieure à 1 % de
l’échelle de la cellule de force utilisée.
Si une atmosphère gazeuse est utilisée, elle doit être choisie en fonction du matériau à soumettre à essai et
de la température d’essai. Le niveau de pression doit être choisi en fonction du matériau à soumettre à essai,
de la température, du gaz et du type d’extensomètre.
Si une enceinte à vide est utilisée, le niveau de vide ne doit pas induire d’instabilités chimiques et/ou
physiques du matériau des éprouvettes et des tiges de l’extensomètre, le cas échéant. Un vide primaire (en
général, une pression de 1 Pa) est recommandé.
5.4 Dispositif de chauffe
Il est recommandé que le dispositif de chauffe soit conçu de sorte que:
— la température maximale de l’échantillon pour essai ne dépassera jamais la température d’essai souhaitée
de plus de 5 °C,
— la longueur de jauge soit effectivement incluse dans la zone à température contrôlée.
NOTE 1 Lorsque les essais sont réalisés sous vide ou dans une atmosphère de gaz inerte, ce gradient de température
maximal de 50 °C dans la zone à température contrôlée est considéré comme suffisamment faible pour éviter de
grandes différences de comportement des matériaux dans la longueur de jauge et fausser ainsi la détermination des
propriétés du matériau.
NOTE 2 Cette valeur de 50 °C constitue une valeur maximale du gradient de température de la zone à température
contrôlée en particulier pour les essais à très haute température dans une configuration d’essai en mors froids. Si les
essais sont réalisés à des températures plus basses, un gradient de température inférieur à 50 °C peut être facilement
atteint.
Pour les matériaux composites à matrice céramique qui sont sensibles à la dégradation oxydative, si les
essais sont réalisés dans un environnement oxydant, la durée de l’essai et les paramètres du gradient
thermique de la zone à température contrôlée doivent être fixés aux valeurs les plus basses possibles afin de
limiter l’impact de la dégradation oxydative sur les propriétés du matériau. Par exemple, pour les matériaux
tels que les composites à matrice céramique comprenant une interphase de carbone qui sont sensibles à la
dégradation chimique, il est recommandé de ne pas dépasser ± 5 °C en dessous de 500 °C pour le gradient de
température à l’intérieur de la zone à température contrôlée.
NOTE 3 Un exemple de méthode d’étalonnage de la température d’essai et de détermination du gradient de
température est décrit à l’Annexe B.
5.5 Mesurage de la déformation
5.5.1 Généralités
Pour le mesurage en continu de l’allongement en fonction de la force appliquée à haute température, il
est admis d’utiliser un extensomètre approprié, à contact ou sans contact. Il est recommandé de mesurer
l’allongement sur une longueur aussi grande que possible dans la zone à température contrôlée de
l’éprouvette.
5.5.2 Jauges de déformation
Les jauges de déformation sont utilisées pour la vérification de l’alignement de l’éprouvette à température
ambiante. Elles ne sont pas recommandées pour mesurer l’allongement de l’éprouvette durant l’essai à haute
température.
5.5.3 Extensomètre
5.5.3.1 Généralités
L’extensomètre doit permettre l’enregistrement en continu de l’allongement à la température d’essai. Il est
préférable d’utiliser un extensomètre ayant la longueur de jauge la plus grande possible.
Les extensomètres doivent répondre aux exigences de la classe 1 ou d’une classe inférieure (classe 0,5)
conformément à l’ISO 9513. Des exemples d’extensomètres d’usage courant sont décrits en 5.5.3.2 et
en 5.5.3.3.
5.5.3.2 Extensomètre mécanique
Si un extensomètre mécanique est utilisé, la longueur de jauge initiale doit correspondre à la distance
longitudinale entre les deux points de contact des tiges de l’extensomètre avec l’éprouvette.
Les tiges de l’extensomètre peuvent être exposées à des températures supérieures à la température de
l’éprouvette. L’exactitude de la mesure de la déformation ne doit pas être affectée par des modifications de la
structure du matériau des tiges dues à la température. Le matériau utilisé pour les tiges doit être compatible
avec le matériau de l’éprouvette.
Les forces de contact d’un extensomètre ne doivent pas entraîner de flexion supérieure à celle autorisée en 5.2.
Il convient de veiller à corriger les variations de l’étalonnage de l’extensomètre qui pourraient résulter du
fonctionnement de l’appareil dans des conditions différentes de celles de l’étalonnage. La vérification peut
s’effectuer en mesurant le module de traction sur une éprouvette constituée d’un matériau bien connu.
Il convient de régler la pression des tiges sur l’éprouvette au minimum nécessaire pour éviter qu’elles ne
glissent.
5.5.3.3 Extensomètre électro-optique
Les mesurages électro-optiques en transmission nécessitent la présence de repères de référence
sur l’éprouvette. Des tiges ou des balises doivent, à cet effet, être fixées à la surface de l’éprouvette,
perpendiculairement à son axe. La longueur de jauge doit correspondre à la distance entre les deux repères
de référence. Le matériau utilisé pour les repères (et éventuellement la colle) doit être compatible avec le
matériau de l’éprouvette et avec la température d’essai et ne doit pas modifier le champ de contrainte de
l’éprouvette.
NOTE 1 L’utilisation de balises intégrées à la géométrie de l’éprouvette n’est pas recommandée du fait des
concentrations de contrainte induites par ces singularités.
NOTE 2 L’utilisation d’un extensomètre électro-optique ne convient pas s’il n’est pas possible de distinguer la
couleur des repères de référence de celle de l’éprouvette.
5.5.3.4 Corrélation d’images numériques
La méthode par corrélation d’images numériques (CIN) peut être utilisée pour les mesures du champ de
déformation sans contact. Pour améliorer l’exactitude de mesure, les dimensions de la fenêtre du four peuvent
être réduites au minimum et il est admis d’utiliser un filtre optique pour obtenir des motifs aléatoires à haut
[3]
contraste en présence de températures élevées .
NOTE La création d’une moucheture ou d’un mouchetis utilisable à haute température est un défi technique
majeur, peu ou pas documenté à ce jour.
La courbe contrainte-déformation des composites à matrice céramique peut être déterminée, pour les
essais de traction suivant un axe principal de renfort ou hors axe, en utilisant la technique CIN; elle peut être
déterminée également pour les essais de traction sur des composites à matrice céramique SiC/SiC jusqu’à
[3]
une température de 1 316 °C .
La méthode de détermination des champs de déformation et les données d’étalonnage doivent être jointes au
rapport d’essai.
5.6 Dispositifs de mesure des températures
Pour la mesure des températures, des thermocouples conformes à l’IEC 60584-1 doivent être utilisés; si des
thermocouples non conformes à l’IEC 60584-1 ou des pyromètres sont utilisés, les données d’étalonnage
doivent être jointes au rapport d’essai.
5.7 Système d’enregistrement des données
Un enregistreur étalonné peut être utilisé pour enregistrer les courbes force-allongement. Il est recommandé
d’utiliser un système d’enregistrement numérique des données.
[4]
NOTE L’Annexe A (informative) de l’ISO 6892-1:2019 fournit des informations plus détaillées.
5.8 Dispositifs de mesurage des dimen
...
Questions, Comments and Discussion
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