Les CMC adoptent l'architecture de renforcement / matrice commune. L'anisotropie inhérente à la structure nécessite de contrôler non seulement le niveau global d'impuretés mais également leur distribution. Les éléments à faible masse atomique tels que B, C, N, O, Al et Si présents dans les CMC peuvent dégazer assez facilement pendant les processus de fabrication et pendant leurs phases de service par rapport aux alliages traditionnels, ce qui entraîne des vides internes, une érosion et même une corrosion des composants. . Par conséquent, il est envisagé que les impuretés chimiques et leur distribution, ainsi que les dégazages, soient parfaitement compris et contrôlés pour que les matériaux CMC puissent exploiter pleinement leur potentiel.
Les CMC présentent des défis uniques pour les techniques d'analyse chimique conventionnelles. Ils font preuve d'une inertie chimique vis-à-vis des supports de digestion les plus agressifs, rendant les techniques d'analyse basées sur la chimie par voie humide inefficaces, et encore moins inattendues en raison de la perte d'informations de distribution spatiale.2 En ce sens, les techniques d'échantillonnage direct des solides, qui éliminent totalement le besoin de digestion des échantillons et permettent de fournir des informations sur la distribution en fonction de la profondeur, deviennent de plus en plus attractives. Cependant, la nature complexe des CMC pourrait entraîner de grandes incertitudes sur les mesures, en particulier pour les techniques d'échantillonnage direct de solides qui nécessitent des normes d'étalonnage adaptées à la matrice.
Thermo Scienti fi c a introduit la technique de spectrométrie de masse à décharge luminescente à flux rapide dans son modèle Element GD, sous 2005. Cet instrument combine une source GD (décharge luminescente) à courant continu et à débit rapide avec un analyseur de masse à champ sectoriel. L’une des principales caractéristiques de l’élément GD est qu’il dispose d’une capacité d’échantillonnage direct solide très efficace, d’une acquisition rapide des données et d’une résolution de masse très élevée (jusqu’à 10,000). La figure 1 illustre le schéma de la source GD à flux rapide. Dans cette configuration, un flux de gaz de décharge, généralement de l'argon, est dirigé vers la surface de l'échantillon via un tube d'écoulement remplaçable aligné verticalement. À des débits de gaz de décharge de quelques centaines de sccm / min, la surface de l'échantillon pulvérise à des taux d'atomisation très élevés (μm / min), ce qui établit les conditions préalables à la détermination des fractions massiques très sensibles.3 La source GD actuellement étudiée diffère de celles utilisées dans les modèles GXS VG9000 et Astrum. Le gaz à écoulement rapide génère un courant de jet qui se déplace dans la direction de la région de plasma à partir de la surface de la cathode. Ce transport assisté par jet des atomes pulvérisés, entre autres effets, rend sensiblement la pulvérisation plus uniforme pour les échantillons présentant des vides internes, des cavités ou des surfaces rugueuses, tels que les composites. Cette amélioration devient encore plus prononcée lorsque la tension de source FF-GD est modulée.4

Figure 1: Illustration schématique de la source haute puissance à débit rapide, la source GD standard déployée sur les instruments FF-GDMS.
Auparavant, nous avions démontré que FF-GDMS était un outil très efficace pour évaluer les traces d'impuretés dans le graphite de qualité nucléaire isotrope.5 Dans cette étude, FF-GDMS a été évalué pour son applicabilité à l'analyse chimique de composites de carbone renforcés de fibres de carbone (CFRC). Nos résultats démontrent les avantages de cette méthode pour l'analyse d'échantillons composites d'architectures complexes, en particulier lorsque la source est exploitée en mode modulé. Notre approche est très efficace pour l’analyse chimique complète des composites dans l’enquête, fournissant des sensibilités jusqu’à ultra-traces pour pratiquement tous les éléments du tableau périodique. Cette technique s’est également révélée extrêmement robuste, ce qui la rend idéale pour le contrôle quotidien de la qualité ou des processus d’un large éventail de matériaux actuellement recherchés pour des applications avancées. En plus de l’analyse complète des échantillons du CRFC par FF-GDMS, nous avons examiné les caractéristiques de libération d’éléments formant des gaz dans les CRFC. L'analyse de dégazage, qui est en soi un gage de qualité pour le CRFC, aide également à valider les mesures du GDMS, étant donné que les espèces moléculaires dégazées dans le plasma peuvent affecter les processus d'atomisation et d'ionisation. Par conséquent, de multiples approches analytiques complémentaires ont été étudiées pour les évaluations d'éléments formant des gaz dans les CFRC.