FR3145562A1 - Préforme pour densification CVI à flux dirigé - Google Patents

Abstract

Préforme pour densification CVI à flux dirigé L’invention concerne une préforme fibreuse annulaire (200) s’étendant ente un bord interne (220) et un bord externe (230) caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une rainure traversante (212) sur au moins une face (210, 240). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Préforme pour densification CVI à flux dirigé

L’invention concerne le domaine des préformes pour la fabrication de matériaux composites, et plus particulièrement celles densifiées par des procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.

Les matériaux composites thermostructuraux sont remarquables par leurs propriétés mécaniques élevées et leur capacité à conserver ces propriétés à haute température. Des exemples typiques de tels matériaux composites thermostructuraux sont les composites carbone/carbone comprenant un substrat poreux densifié par une matrice de carbone et les composites à matrice céramique comprenant un substrat poreux densifié par une matrice céramique.

Les procédés de densification par infiltration chimique en phase vapeur sont connus. Un ou plusieurs substrats poreux sont placés à l’intérieur d’une enceinte. Une phase gazeuse comprenant un ou plusieurs précurseurs du matériau constitutif de la matrice est introduite dans l’enceinte. Les conditions de température et de pression sont ajustées pour permettre à la phase gazeuse de diffuser au sein de la porosité des substrats afin d’y déposer le matériau constitutif de la matrice par décomposition d’un constituant de la phase gazeuse ou par réaction entre plusieurs constituants.

Les procédés de densification de substrats poreux nécessitent d’atteindre des températures élevées, et afin d’augmenter la productivité du processus, il est souvent considéré de densifier de nombreux substrats poreux dans une même enceinte de densification. Dans le cas de substrats poreux annulaires, il est généralement considéré de les introduire dans les enceintes de densification sous forme de piles, les substrats ayant tous leurs passages centraux alignés verticalement et chacun des substrats étant séparé des substrats adjacents par des cales d’espacement.

De manière connue, les cales peuvent être réalisées en inconel ou en matériau composite et elles permettent d’assurer les conditions de circulation de la phase gazeuse réactive dans les substrats dans les conditions de pression souhaitées et d’assurer que les substrats ne soient pas en contact les uns avec les autres.

Toutefois, les cales d’espacement disposées entre chacune des préformes représentent une perte de place importante dans le four de densification.

Les caractéristiques thermomécaniques très avantageuses des pièces en matériaux composites suffisent à les rendre compétitives malgré un procédé de fabrication coûteux et complexe, mais l’amélioration des procédés de fabrication de telles pièces est toujours recherchée.

L’invention vise précisément à l’amélioration des procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé existants, et propose de nouvelles préformes permettant d’éviter l’utilisation de cales d’espacement, ce qui permet un gain de place dans le four de densification.

L’invention concerne selon un premier de ses aspects, une préforme fibreuse annulaire s’étendant entre un bord interne et un bord externe caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une rainure traversante sur au moins une face.

Au sens de l’invention, une rainure traversante s’entend comme une gorge pratiquée sur la face de la préforme et s’étendant de son bord interne à son bord externe.

Du fait de la présence de l’au moins une rainure traversante, lorsqu’une préforme annulaire selon l’invention est empilée avec une autre préforme annulaire, selon l’invention ou non, l’espace interne de l’empilement et l’espace externe restent en communication fluidique.

La présence de la rainure permet donc d’utiliser les préformes dans des empilements pour des fours classiques de procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé en s’affranchissant de la présence des cales d’espacement.

En effet, dans les procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé, il est habituellement ménagé, dans les cales d’espacement, des ouvertures entre l’espace interne de l’empilement de préformes et l’espace externe.

De telles ouvertures permettent d’assurer une différence de pression contrôlée entre l’espace externe et l’espace interne des préformes fibreuses.

Il est du mérite des inventeurs d’avoir envisagé que la présence des rainures directement sur les préformes fibreuses permet néanmoins d’obtenir des pièces aux caractéristiques thermomécaniques et à la forme identiques à celles des procédés de l’art antérieur, tout en s’affranchissant des cales d’espacement.

En effet, de manière classique, les faces externes des préformes sont usinées après le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur, car ces faces ont été en contact de la phase gazeuse et n’ont pas exactement les mêmes propriétés que le cœur des préformes.

En outre, les dimensions des pièces densifiées doivent être adaptées précisément à leurs applications définitives, par exemple leurs dispositions dans un puits de chaleur dans le cas où elles sont utilisées en tant qu’organe de frottement, par exemple pour un disque de frein.

Ainsi, et en particulier dans un mode de réalisation où les rainures ont des dimensions inférieures à l’épaisseur de matière ôtée par l’usinage final, les préformes de l’invention permettent l’obtention de pièces en matériau composite en tout point identiques à celles des procédés de l’art antérieur, mais avec un procédé simplifié.

Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes sont des rainures droites, c’est-à-dire que la largeur de la rainure est constante sur toute la longueur de la rainure, du bord interne au bord externe. Par exemple, l’évidemment créé par une rainure traversante sur la face de la préforme fibreuse peut être de forme rectangulaire.

Dans un mode de réalisation, la préforme comprend une pluralité de rainures traversantes sur au moins l’une de ses faces.

Par exemple, la préforme peut comprendre une pluralité de rainures traversantes réparties angulairement sur toute la face de la préforme fibreuse.

Des rainures traversantes seront dites « réparties angulairement » si l’angle que forment les directions de deux rainures voisines est identique pour toutes les rainures présentes sur la face de la préforme fibreuse.

Dans un mode de réalisation, au moins une rainure traversante est présente sur chacune des faces de la préforme fibreuse.

Dans le cas où des rainures sont présentes sur plusieurs faces, elles peuvent être identiques ou différentes.

Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes ont une largueur variable entre le bord interne et le bord externe. Ce mode de réalisation permet d’ajustement plus précisément la géométrie de l’ouverture à l’écoulement souhaité de la phase gazeuse de densification passant par la rainure traversante.

Par exemple, les bords de la ou des rainures peuvent être alignés avec une direction radiale de la préforme.

Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes ont une largeur inférieure ou égale à 20 mm.

Dans le cas où la ou les rainures traversantes ont une largeur variable, la rainure peut avoir une largeur supérieure ou égale à 10 mm et inférieure ou égale à 20 mm.

Dans un mode de réalisation, la largeur de la rainure peut être croissante du bord interne de la préforme au bord externe de la préforme.

Dans ce mode de réalisation, la quantité de matière à retirer après la densification est diminuée, ce qui facilite l’usinage.

Dans un mode de réalisation, la largeur de la rainure peut être décroissante du bord interne de la préforme au bord externe de la préforme fibreuse.

Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes ont une profondeur inférieure ou égale à 2,5 mm.

Cette profondeur assure que la rainure ait une profondeur inférieure à l’épaisseur de préforme retirée lors de l’usinage final.

Dans un mode de réalisation, l’épaisseur de préforme fibreuse retirée est inférieure ou égale à 5 mm, par exemple comprise entre 2,8 mm et 3,2 mm, voire égale à 3 mm.

Dans un mode de réalisation, une face de la préforme fibreuse comprenant une rainure traversante peut comprendre en outre un sillon circulaire sur cette face de la préforme fibreuse, le sillon circulaire étant au contact du bord interne.

Lorsqu’un tel sillon est présent les rainures traversantes sont donc situées entre le sillon circulaire et le bord externe des préformes fibreuses. En d’autres termes, les rainures traversantes débouchent dans le sillon.

Ce mode de réalisation permet d’éviter le dépôt de pyrocarbone sur le diamètre interne de la préforme qui peut former une boursouflure en fin de procédé ainsi que cela a pu être observé pour des préformes ne présentant pas un tel sillon.

Dans un mode de réalisation, une face de la préforme comprenant une rainure traversante peut comprendre en outre un sillon circulaire sur une face de la préforme comprenant une rainure traversante, le sillon circulaire étant au contact du bord externe.

Lorsqu’un tel sillon est présent les rainures traversantes sont donc situées entre le sillon circulaire et le bord interne des préformes.

Ce mode de réalisation permet de faciliter le désassemblage des piles de préformes après la réalisation d’un procédé de densification.

S’il est ou s’ils sont présent(s) les sillons circulaires au contact du bord interne et/ou externe peuvent avoir une profondeur inférieure ou égale à 2,5 mm, et une largeur inférieure ou égale à 5 mm.

De même que pour les rainures traversantes, les sillons peuvent être présents sur une seule face ou sur les deux faces de la préforme.

Les inventeurs ont en outre constaté que ces dimensions permettaient une bonne circulation de la phase gazeuse dans un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.

De préférence, la préforme fibreuse annulaire peut être une préforme comprenant des fibres de carbure de silicium SiC ou des fibres de carbone.

Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse est une préforme de pièce de friction, par exemple une préforme de disque de frein pour aéronef.

Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse annulaire présente un diamètre interne compris entre 15 et 25 cm, un diamètre externe compris entre 40 et 50 cm et une épaisseur comprise entre 20 et 30 mm.

Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse annulaire s’étendant entre un bord interne et un bord externe, ladite préforme comprenant au moins une rainure traversante sur au moins une face, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) une étape de durcissement de la préforme fibreuse annulaire ; puis
(b) une étape de sculpture d’au moins une rainure traversante sur au moins une face de la préforme durcie.

De manière inattendue, les inventeurs ont constaté qu’il était possible de sculpter simplement les rainures sur la préforme sous réserve d’opérer une première étape (a) de durcissement de la préforme.

En effet, la sculpture de la préforme a lieu avant densification de celle-ci et la préforme présente alors une faible tenue mécanique. Il n’est donc pas possible de sculpter les rainures sur la face de la préforme sans précautions particulières du fait de la faible tenue mécanique de celle-ci.

Toutefois, une fois durcie, la préforme peut être sculptée précisément, et la nature fibreuse de la préforme ne lui suffit pas pour reprendre sa forme initiale.

Dans un mode de réalisation, l’étape (a) de durcissement de la préforme peut être réalisée par imprégnation d’un composé durcissant, par exemple de l’alcool polyvinylique (souvent dénommé PVA), de polyéthylène glycol (souvent dénommé PEG) ou un mélange de ces composés.

Par exemple, l’étape (a) de durcissement peut être réalisée par trempage de la préforme dans un bain comprenant un composé durcissant, puis éventuellement un passage à l’étuve.

De manière alternative, l’étape (a) de durcissement peut être réalisée par imprégnation de la ou des faces de la préforme à sculpter par un composé durcissant, par exemple au moyen d’un spray.

Un tel mode de réalisation permet l’utilisation d’une quantité diminuée de composé durcissant, ce qui abaisse le coût général du procédé.

Dans les deux cas précédents, l’utilisation d’un agent durcissant permet une préparation de la préforme relativement simple.

En particulier, il n’est pas nécessaire de traiter la préforme durcie sculptée pour éliminer l’agent durcissant, puisque la température nécessaire à l’étape ultérieure de densification de la préforme sera suffisante pour obtenir l’élimination par pyrolyse du composé durcissant, que celui-ci imprègne tout ou seulement une partie de la préforme.

Dans un mode de réalisation, l’étape (a) de durcissement de la préforme peut être décomposée en deux sous-étapes (a1) et (a2).

Dans un mode de réalisation, l’étape (a) peut comprendre au moins les étapes suivantes :
(a1) une étape de saturation de la préforme fibreuse annulaire par de l’humidité ; puis
(a2) une étape de durcissement de la préforme par abaissement de la température au-dessous de 0°C, de préférence inférieure ou égale à -5°C, par exemple égale à -5°C.

L’abaissement de la température au cours de l’étape (a2) de la préforme saturée en humidité au cours de l’étape (a1) permet le gel de l’humidité introduite et en conséquence le durcissement de la préforme.

Un tel mode de réalisation est particulièrement préféré car il évite l’utilisation de composés chimiques, ce qui rend le procédé plus écologique.

En outre, après l’étape (b) de sculpture de la préforme fibreuse, l’humidité saturant la préforme nécessitera un simple étuvage afin de disposer de préformes sèches avant de les introduire dans le four de densification.

Dans un mode de réalisation et quelle que soit le mode de réalisation de l’étape (a), l’étape (b) peut être réalisée au moyen d’un objet coupant ou par abrasion, par exemple par meulage.

L’ensemble des étapes (a) et (b) permet l’obtention d’une préforme telle qu’elle a été décrite plus haut, et présentant au moins une rainure traversante.

Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes :
(c) la densification par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé d’un empilement de préformes fibreuses annulaires, l’une au moins étant telle que décrite plus haut ; puis
(d) la séparation des préformes densifiées obtenues à l’issue du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé ; puis
(e) une étape d’usinage final des faces des préformes fibreuses densifiées.

Le procédé de l’invention permet d’éviter l’utilisation de cale d’espacement, à la différence des procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigés de l’art antérieur.

Ainsi dans un mode de réalisation, l’empilement de préformes fibreuses annulaires comprend des préformes fibreuses annulaires directement au contact les unes des autres.

Vu les dimensions habituelles d’un empilement de préformes, d’un four de densification pour un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur, et d’une cale de densification, l’absence des cales peut représenter une augmentation du nombre de préformes imprégnées au cours d’un cycle complet de densification d’au moins 7,5 %, voire entre 7,5 et 15 %. L’absence des cales d’espacement permet, pour un procédé de l’invention, un gain substantiel de place dans le four.

En effet, la ou les rainures présentes sur la face des préformes fibreuses permettent d’assurer le rôle habituellement dévolu aux cales d’espacement.

Dans un mode de réalisation, toutes les préformes de l’empilement sont conformes à celles décrites plus haut. Une telle caractéristique n’est toutefois pas nécessaire et il peut être avantageux de disposer des préformes fibreuses annulaires habituelles, c’est-à-dire dépourvues de rainures traversantes, afin d’optimiser la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur des préformes, celle-ci étant fonction des dimensions et du nombre de rainures présentes dans l’empilement final.

Du fait de l’absence des cales d’espacement, la densification par le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur occasionne toutefois un collage entre elles des préformes d’un même empilement.

Il est du mérite des inventeurs d’avoir constaté qu’une séparation des préformes obtenues permettait néanmoins d’obtenir une pièce en matériau composite par un procédé globalement plus efficace que les procédés de l’art antérieur.

Dans un mode de réalisation, des cales d’espacement, par exemple en matériau céramique, peuvent être présentes en haut et en bas de l’empilement de préformes.

De telles cales d’espacement permettent en effet d’éviter tout collage des préformes aux extrémités de l’empilement avec des éléments du four, par exemple des plateaux sur lesquels sont disposés les préformes.

L’étape (d) de séparation des préformes peut être réalisée de différentes manières.

Dans un mode de réalisation, l’étape (d) de séparation peut être réalisée au moyen d’une séparation mécanique.

Par exemple, l’étape (d) de séparation peut être faite par une opération de découpe mécanique, par exemple au moyen d’une scie, par exemple une scie circulaire d’un diamètre suffisant ou d’une scie dont la lame est animée d’un mouvement de va-et-vient.

En effet, l’étape de découpe mécanique permet une séparation aisée des préformes, et n’endommage pas la préforme sur une épaisseur supérieure à celle qui sera reprise lors de l’étape (e) d’usinage final.

Dans un mode de réalisation, il est possible de réaliser les étapes (d) et (e) au moyen d’une unique étape de découpe, mais avec une scie dont la lame a une épaisseur correspondant à l’épaisseur à retirer entre deux préformes.

De manière alternative, les inventeurs ont constaté que l’étape (d) de séparation des préformes fibreuses peut être réalisée est une étape de traitement thermique réalisé à une température supérieure ou égale à 1600 °C, de préférence supérieure ou égale à 2000 °C.

Une telle étape (d) de séparation des préformes est particulièrement préférée, dans la mesure où un traitement thermique à haute température est recommandé pour finaliser l’obtention de pièces en matériau composite.

En effet un traitement thermique à haute température permet d’occasionner un retrait de la matrice formée sur les faces de la préforme fibreuse, ce qui occasionne la séparation de deux préformes successives d’un empilement qui se sont attachées l’une à l’autre au cours du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à cause du dépôt de phase gazeuse réactive sur leurs faces respectives. Dans le cas où les préformes ne sont pas complètements désolidarisées, leur adhésion est suffisamment diminuée pour qu’un effort mécanique modéré permette d’achever la séparation.

Dans un mode de réalisation, l’étape (d) de séparation peut être une étape de séparation mécanique suivie d’un traitement thermique réalisé à une température supérieure ou égale à 1600 °C, de préférence supérieure ou égale à 2000 °C.

Le procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprend enfin une étape (e) d’usinage de la face de la préforme.

En effet, la présence des rainures traversantes n’est pas souhaitée dans la pièce finale et il est donc nécessaire d’enlever les rainures de la pièce finale.

Il faut toutefois noter que cette étape n’introduit pas de complexité supplémentaire comparativement à des procédés de fabrication d’une pièce en matériau composite de l’art antérieur.

En effet, de manière classique, après leur obtention par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur les faces de pièces en matériau composite sont usinées, car les faces des préformes fibreuses ont été plus exposées à la phase gazeuse réactives lors du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur et n’ont donc pas les mêmes propriétés que celle du reste de la pièce.

Par exemple, l’étape (e) permet d’usiner les faces de la préforme fibreuse sur une épaisseur de plus de 3,0 mm par exemple entre 3,0 mm et 5,0 mm.

Cette étape (e) d’usinage permet d’ôter la face des préformes qui a été en contact avec la phase gazeuse réactive du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur et assure ainsi la bonne homogénéité des propriétés des pièces en matériaux composites obtenues à la fin du procédé en enlevant la partie la plus exposée à la phase gazeuse réactive. En outre, cette étape (e) permet de mettre les pièces en conformité avec les tolérances dimensionnelles souhaitées pour permettre leur assemblage au sein des puits de chaleur.

Dans un mode de réalisation du procédé de l’invention, la pièce en matériau composite comprend des fibres de carbone et une matrice de carbone.

Dans un mode de réalisation du procédé de l’invention, la pièce en matériau composite est une pièce de friction, par exemple un disque de frein pour aéronef.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.

La représente schématiquement une installation pour la réalisation d’un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.

La représente schématiquement une préforme fibreuse de l’invention dans un mode de réalisation de l’invention.

La représente schématiquement une préforme fibreuse de l’invention dans un mode de réalisation de l’invention.

La représente schématiquement un empilement de préformes fibreuses pour la réalisation d’un procédé de l’invention.

La représente schématiquement une préforme fibreuse de l’invention dans un mode de réalisation de l’invention.

La est un organigramme comprenant les étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite selon l’invention.

L’invention est à présent décrite au moyen de figures, présentes à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l’invention et qui ne doivent pas être interprétées comme limitant cette dernière.

Un mode de réalisation d’une installation 100 pour l’infiltration chimique en phase vapeur de préformes poreuses est décrit en relation avec la .

La montre schématiquement une installation de densification par infiltration chimique en phase gazeuse 100, dont la zone de chargement 140 est délimitée par une paroi latérale cylindrique 101, une paroi de fond 102 et une paroi supérieure 103.

Des substrats à densifier 130, ici des préformes fibreuses annulaires, peuvent être disposés dans la zone de chargement 140 en une pluralité de piles verticales annulaires 131 qui reposent sur un plateau de chargement 120. Celui-ci comprend une pluralité de passages 121 alignés avec les volumes internes 130a des piles et chaque pile est obturée à sa partie supérieure par un couvercle 132.

De préférence, les piles 131 de substrats 130 reposent sur le plateau de chargement 120 et peuvent être divisées en plusieurs sections superposées séparées par un ou plusieurs plateaux intermédiaires 122 ayant des passages centraux 122a alignés avec ceux des substrats 130. La montre des piles 131 dans lesquelles les préformes fibreuses 130 sont directement au contact les unes avec les autres. En effet, chaque pile de substrats 131 comprend au moins une préforme telle que décrite et comprenant des rainures traversantes, ce qui assure la communication fluidique entre les volumes internes 130a et le volume externe 141, et permet de s’affranchir des cales d’espacement habituellement utilisées.

Les dimensions des rainures traversantes des préformes 130 de l’invention peuvent être choisies de manière à équilibrer sensiblement la pression entre les volumes 130a et 141.

Un flux gazeux, représenté par des flèches, contenant un ou plusieurs précurseurs gazeux du matériau constitutif de la matrice, est admis dans le four à travers un orifice d’entrée 104 délimitée par une conduite 106.

La phase gazeuse est ensuite acheminée par les passages 121 du plateau de chargement 120 dans les volumes internes 130a des piles 131. La phase gazeuse passe ensuite dans le volume 141 externe aux piles à l'intérieur de la zone de chargement 140. Le gaz effluent est extrait par un passage 105 formé dans la paroi supérieure 103, le passage 105 étant relié par une conduite 107 à des moyens d'aspiration, tels qu'une pompe à vide (non représentée).

Dans un mode de réalisation, la phase gazeuse peut passer par une zone de préchauffage par exemple disposée entre l’orifice d’entrée 104 et le plateau de chargement 120.

Dans le mode de réalisation représenté, la phase gazeuse entre simplement dans une zone de répartition 170, laquelle permet une bonne répartition de la phase entre les différents volumes internes 130a des empilements 131 de préformes 130.

Dans l’exemple décrit ici, le moyen de chauffage 110 de l’installation est un élément de chauffage à induction. Plus précisément, la paroi latérale cylindrique 101 délimitant la zone de chargement 140 constitue un induit, ou suscepteur, par exemple en graphite, qui est couplé avec un inducteur 108 situé à l'extérieur du four et formé d'au moins une bobine d'induction. Un isolant 109 est interposé entre l'inducteur 108 et la paroi 101. De façon bien connue, le chauffage du four est assuré par l'échauffement de l'induit 101 lorsque l'inducteur 108 est alimenté avec une tension alternative. A cet effet, la ou les bobines de l'inducteur sont reliées à un générateur de tension alternative (non représenté).

Le champ magnétique créé par l'inducteur 108 induit dans la paroi 101 (suscepteur) un courant électrique qui provoque par effet Joule l'échauffement de cette dernière, les éléments présents à l’intérieur de la paroi 101 étant chauffés par rayonnement.

Le moyen de chauffage 110 de l’installation 100 peut être assuré par d’autres moyens tels que des moyens de chauffage électriques constitués par exemple de résistances chauffantes noyées dans la paroi 101.

La présente une préforme fibreuse annulaire dans un premier mode de réalisation de l’invention.

La préforme fibreuse annulaire 200 comprend un bord interne 220 et un bord externe 230.

De préférence, et comme sur le mode ici représenté, la préforme 200 a une forme circulaire.

La préforme comprend en outre deux faces planes 210 et 240 qui seront dénommées respectivement face supérieure 210 et face inférieure 240. Toutefois, il faut comprendre que cette dénomination n’est aucunement limitative.

Sur le mode de réalisation de la , la préforme 200 comprend des rainures traversantes 212 sur sa face supérieure 210.

Ici les rainures traversantes 212 sont des rainures droites, mais cela n’est pas limitatif de l’invention.

La représente un mode de réalisation alternatif d’une préforme 200 selon l’invention.

Dans le mode de réalisation alternatif représenté sur la , la préforme comprend des rainures 212 à la fois sur sa face supérieure 210 et sur sa face inférieure 240.

Dans ce mode de réalisation, les rainures traversantes 212 sont identiques sur les deux faces mais cela n’est pas nécessaire.

Comme représenté sur les figures 2 et 3, il ne faut pas comprendre des termes employés que la rainure traversante 212 traverse la préforme de la face supérieure 210 à la face inférieure 240. En effet, et comme représenté, la ou les rainures traversantes traversent la préforme 200 du bord interne 220 au bord externe 230.

Dans un mode de réalisation alternatif à celui représenté en , on peut également disposer les préformes de sorte que les rainures traversantes en soient pas en regard les unes des autres.

Les deux préformes fibreuses correspondent à des préformes 200 selon la , dont les rainures traversantes ont été disposées en regard les unes des autres. En d’autres termes les deux faces supérieures 210 des préformes sont disposés au contact l’une de l’autre.

Dans le mode de réalisation représenté, un canal unique est formé par la réunion des rainures traversantes 212 des deux préformes, permettant la communication fluidique entre l’intérieur des préformes et l’extérieur des préformes 200.

Dans un mode de réalisation alternatif à celui représenté en , on peut également disposer deux préformes 200 de la manière représentée mais de sorte que les rainures traversantes d’une face ne soient pas en regard des rainures traversantes de l’autre face.

La représente une préforme dans un mode de réalisation de l’invention.

La préforme 200 comprend un sillon circulaire 250 au niveau du bord interne 220 sur la face supérieure 210 de la préforme. Les rainures traversantes 212 s’étendent alors entre le sillon circulaire 250 et le bord externe 230.

Le sillon circulaire 250 est obtenu sur la face de la préforme 200 en même temps et de la même manière que les rainures traversantes 212.

La représente sous forme d’un ordinogramme les différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite.

Le procédé comprend une pluralité d’étapes numérotées (a) à (e) déjà décrites plus haut.

L’étape (a) est une étape de durcissement de la préforme fibreuse.

Cette dernière assure que la préforme ait une tenue mécanique suffisante pour pouvoir être sculptée.

L’étape (b) est une étape de sculpture de la préforme durcie.

Elle peut avantageusement être réalisée par découpe au moyen d’un objet coupant ou par abrasion, par exemple par meulage. En effet, le durcissement de la préforme fibreuse permet une découpe précise de la préforme, qui ne serait possible sur la préforme fibreuse non durcie, cette dernière ne présentant pas une tenue mécanique suffisante.

L’étape (c) est une étape de densification d’un empilement de préformes par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.

Un tel procédé a été décrit en lien avec la .

Par exemple, le procédé peut être réalisé avec une phase gazeuse réactive comprenant par exemple du méthane, de l’éthane, du propane, du butane ou un mélange de ces gaz, la phase gazeuse réactive comprenant éventuellement un gaz neutre vecteur, par exemple de l’argon.

En particulier une telle phase gazeuse réactive permet l’obtention d’une matrice de pyrocarbone dans les préformes fibreuses annulaires, mais il est entendu que l’homme du métier sait choisir d’autres phases gazeuses réactives pour l’obtention d’autres phases de matrice.

Par exemple, le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur peut être réalisé dans une enceinte à une température comprise entre 950 et 1050 °C pendant une durée comprise entre 100 et 800 heures.

Le procédé peut en outre comprendre une étape (d) de séparation des préformes densifiées obtenues à l’issue du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur.

Comme décrit plus haut cette étape peut être réalisée par une découpe mécanique ou au moyen d’un traitement thermique à haute température.

Une telle étape (d) peut être réalisée par un traitement thermique à une température supérieure ou égale à 2000 °C pendant plus de 60 minutes.

De préférence, ce traitement thermique peut avoir lieu, même après une étape (d) réalisée par découpe mécanique.

Enfin l’étape (e) est une étape d’usinage des faces des pièces densifiées. L’usinage est typiquement réalisé afin de rectifier les faces inférieure et supérieure des pièces densifiées.

Par exemple, une telle étape (e) peut être réalisée par meulage de la face de la préforme 200.

L’usinage (e) peut viser à enlever une épaisseur de la face de la préforme comprise entre 2,0 et 5,0 mm.

Les pièces en matériau composites obtenues à l’issue du procédé qui vient d’être décrit peuvent être des pièces de matériau composite carbone/carbone, par exemple des pièces de friction, voire des disques de frein.

Claims (10)

1. Préforme fibreuse annulaire (200) s’étendant ente un bord interne (220) et un bord externe (230) caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une rainure traversante (212) sur au moins une face (210, 240).
2. Préforme (200) selon la revendication 1, dans laquelle l’au moins une rainure traversante (212) a une largeur constante du bord interne (220) au bord externe (230).
3. Préforme (200) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la préforme fibreuse annulaire comprend une pluralité de rainures traversantes (212) réparties angulairement sur toute la face de la préforme.
4. Préforme (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins une rainure traversante (212) est présente sur chacune des faces (210, 240) de la préforme fibreuse.
5. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse annulaire (200) s’étendant entre un bord interne (220) et un bord externe (230), ladite préforme comprenant au moins une rainure traversante (212) sur au moins une face (210, 240), ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
   (a) une étape de durcissement de la préforme fibreuse annulaire ; puis
   (b) une étape de sculpture d’au moins une rainure traversante sur au moins une face de la préforme durcie.
6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, dans laquelle l’étape (a) de durcissement comprend au moins les étapes suivantes :
   (a1) une étape de saturation de la préforme fibreuse annulaire (200) par de l’humidité ; puis
   (a2) une étape de durcissement de la préforme par abaissement de la température au-dessous de 0°C.
7. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes :
   (c) la densification par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé d’un empilement (131) de préformes fibreuses annulaires (200, 130), l’une au moins étant selon les revendications 1 à 4 ; puis
   (d) la séparation des préformes densifiées obtenues à l’issue du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé ; puis
   (e) une étape d’usinage final des faces des préformes fibreuses densifiées.
8. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite selon la revendication 7, dans lequel l’empilement (131) de préformes fibreuses annulaires comprend des préformes fibreuses annulaires directement au contact les unes des autres.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l’étape (d) est une étape de traitement thermique réalisé à une température supérieure ou égale à 1600 °C.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la pièce en matériau composite comprend des fibres de carbone et une matrice de carbone.