FR3157384A1 - Procédé de fabrication d'une aube par infiltration chimique en phase vapeur - Google Patents

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Benjamin COSSOU
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Abstract

Procédé de fabrication d’une aube par infiltration chimique en phase vapeur L’invention concerne un procédé de fabrication d’une aube (300) en matériau composite à matrice céramique comprenant au moins une infiltration chimique en phase vapeur d’une préforme fibreuse de l’aube (200), la préforme fibreuse d’aube (200) comprenant au moins une préforme de pied (210), le procédé étant caractérisé en ce que la préforme de pied (210) comprend un logement interne (106a) débouchant sur l’extérieur de la préforme de l’aube (200) et en ce qu’un insert (50) est inséré dans le logement (106a) de la préforme de pied (210) avant l’infiltration chimique en phase vapeur. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Procédé de fabrication d’une aube par infiltration chimique en phase vapeur
La présente invention concerne la fabrication d’une aube en matériau composite à matrice céramique par infiltration chimique en phase vapeur.
La réalisation d’aubes de turbomachine en matériau composite à matrice céramique (CMC) est bien connue. Les matériaux composites à matrice céramique supportent des températures allant de 600°C à 1400°C, nécessitant ainsi moins de refroidissement, et sont plus légers tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques. Le rendement de la turbomachine s’en trouve amélioré, ce qui permet une réduction de la consommation de carburant.
Le renfort fibreux des aubes de turbomachine est formé par une préforme fibreuse qui peut être réalisée par tissage, par exemple par tissage tridimensionnel. De manière bien connue, on réalise une ébauche fibreuse par tissage, par exemple par tissage tridimensionnel. L’ébauche fibreuse est ensuite mise en forme de sorte à obtenir une préforme fibreuse. Puis, une infiltration chimique en phase vapeur, ou « CVI » pour « Chemical Vapour Infiltration » en anglais, peut être réalisée sur la préforme fibreuse.
Toutefois, la réalisation de l’infiltration chimique en phase vapeur au niveau du pied de l’aube est particulièrement délicate, dans la mesure où la partie de pied est formée par un renfort fibreux épais et dense. En effet, la circulation des gaz au niveau du cœur du pied ne se fait pas de manière satisfaisante lors des infiltrations chimiques en phase vapeur. Ainsi, la qualité du matériau composite au niveau du pied de l’aube peut être insuffisante.
Afin de remédier aux inconvénients précités, l’invention propose un procédé de fabrication permettant d’obtenir une aube en matériau composite à matrice céramique par infiltration chimique en phase vapeur présentant une qualité matière suffisante au niveau du pied de l’aube.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une aube en matériau composite à matrice céramique comportant un pied, le procédé comprenant une infiltration chimique en phase vapeur d’une préforme fibreuse de l’aube, la préforme fibreuse de l’aube comprenant au moins une préforme de pied,
le procédé étant caractérisé en ce que la préforme de pied comprend un logement interne débouchant sur l’extérieur de la préforme fibreuse de l’aube et séparant une première peau de la préforme de pied d’une deuxième peau de la préforme de pied, un insert étant inséré dans le logement de la préforme de pied avant l’infiltration chimique en phase vapeur, l’insert débouchant sur l’extérieur de la préforme fibreuse et maintenant la première peau écartée de la deuxième peau.
Ainsi, la présence d’un logement interne à l’intérieur de la préforme de pied comblé par un insert permet de diminuer l’épaisseur du renfort fibreux. La circulation des gaz à l’intérieur de toute la préforme de pied est ainsi facilitée, permettant d’obtenir une meilleure qualité matière au niveau du pied de l’aube finale.
Selon un aspect particulier de réalisation de l’invention, la préforme de pied est réalisée en une seule pièce par tissage tridimensionnel. La préforme fibreuse d’aube peut être réalisée en une seule pièce par tissage tridimensionnel.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, l’insert est réalisé dans un matériau parmi un carbure, un nitrure ou le carbone.
Un tel insert est destiné à rester dans l’aube finale.
Selon un aspect particulier de ce premier mode de réalisation de l’invention, le procédé peut comprendre en outre une deuxième infiltration chimique en phase vapeur. La deuxième infiltration chimique en phase vapeur est réalisée après la première infiltration chimique en phase vapeur. La deuxième infiltration chimique en phase vapeur peut être considérée comme une étape de consolidation de la préforme fibreuse d’aube.
Selon un aspect particulier de ce premier mode de réalisation de l’invention, la première infiltration chimique en phase vapeur peut permettre de déposer une couche d’interphase sur les fibres de la préforme fibreuse de l’aube et la deuxième infiltration chimique en phase vapeur peut permettre de former au moins une première phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse de l’aube.
Selon un aspect particulier de ce premier mode de réalisation de l’invention, la préforme fibreuse de l’aube peut être disposée dans un conformateur pour la première infiltration chimique en phase vapeur. La préforme fibreuse de l’aube peut être maintenue dans le conformateur pour la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. Ainsi, la préforme fibreuse de l’aube n’est pas retirée du conformateur entre la première infiltration chimique en phase vapeur et la deuxième infiltration chimique en phase vapeur.
Selon un aspect particulier de ce premier mode de réalisation de l’invention, le procédé peut comprendre en outre une troisième infiltration chimique en phase vapeur après la première et la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, la troisième infiltration chimique en phase vapeur permettant de former au moins une deuxième phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse de l’aube.
La deuxième phase de matrice déposée lors de la troisième infiltration chimique en phase vapeur peut être identique à la première phase de matrice déposée lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur.
Selon un aspect particulier de ce premier mode de réalisation de l’invention, la préforme fibreuse de l’aube peut être retirée du conformateur entre la deuxième infiltration chimique en phase vapeur et la troisième infiltration chimique en phase vapeur.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, l’infiltration chimique en phase vapeur correspond à une première infiltration chimique en phase vapeur réalisée à une première température, le procédé comprenant en outre une deuxième infiltration chimique en phase vapeur réalisée à une deuxième température supérieure à la première température, l’insert étant réalisé en oxyde de sorte que ledit insert soit partiellement éliminé lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur de manière à réduire le volume dudit insert.
La deuxième infiltration chimique en phase vapeur est réalisée après la première infiltration chimique en phase vapeur. La deuxième infiltration chimique en phase vapeur peut être considérée comme une étape de consolidation de la préforme fibreuse d’aube.
Ainsi, au cours de la première infiltration chimique en phase vapeur, alors que la préforme fibreuse n’est pas encore autoporteuse, l’insert est stable et participe à son maintien en forme. A l’issue de la première infiltration chimique en phase vapeur, la préforme fibreuse est suffisamment figée pour rester dans la forme requise et l’insert n’est alors plus nécessaire à son maintien en forme. Au cours de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, l’insert est dégradé, en particulier au niveau de sa surface en contact avec la préforme de pied. Cette dégradation conduit à une réduction du volume de l’insert et à la formation d’un espace intercalaire entre l’insert et la préforme de pied. Cet espace intercalaire favorise la circulation des gaz réactifs dans le logement interne. Ainsi, les gaz ont accès au logement interne de la préforme fibreuse, ce qui permet d’accélérer et de faciliter la deuxième infiltration chimique en phase vapeur.
Selon un aspect particulier de ce deuxième mode de réalisation de l’invention, l’insert partiellement éliminé peut être retiré du logement interne après la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. L’insert partiellement éliminé peut également être retiré pendant la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. Le retrait de l’insert peut notamment être réalisé de façon mécanique, par exemple au moyen de chocs et/ou de vibrations.
Selon un aspect particulier de ce deuxième mode de réalisation de l’invention, l’insert peut comprendre un ou plusieurs matériaux parmi le dioxyde de silicium, l’oxyde d’aluminium, le dioxyde de zirconium.
Selon un aspect particulier de ce deuxième mode de réalisation de l’invention, la première infiltration chimique en phase vapeur peut permettre de déposer une couche d’interphase sur les fibres de la préforme fibreuse de l’aube et la deuxième infiltration chimique en phase vapeur peut permettre de former au moins une première phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse de l’aube.
Selon un aspect particulier de ce deuxième mode de réalisation de l’invention, la préforme fibreuse de l’aube peut être disposée dans un conformateur pour la première infiltration chimique en phase vapeur. La préforme fibreuse de l’aube peut être maintenue dans le conformateur pour la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. Ainsi, la préforme fibreuse de l’aube n’est pas retirée du conformateur entre la première infiltration chimique en phase vapeur et la deuxième infiltration chimique en phase vapeur.
Selon un aspect particulier de ce deuxième mode de réalisation de l’invention, le procédé peut comprendre en outre une troisième infiltration chimique en phase vapeur après la première et la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, la troisième infiltration chimique en phase vapeur permettant de former au moins une deuxième phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse de l’aube.
La deuxième phase de matrice déposée lors de la troisième infiltration chimique en phase vapeur peut être identique à la première phase de matrice déposée lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur.
Selon un aspect particulier de ce deuxième mode de réalisation de l’invention, la préforme fibreuse de l’aube peut être retirée du conformateur entre la deuxième infiltration chimique en phase vapeur et la troisième infiltration chimique en phase vapeur.
Selon un aspect particulier de l’invention, l’insert peut comprendre une ou plusieurs surfaces externes discontinues de sorte que ladite ou lesdites surfaces externes soient au contact de la préforme fibreuse de manière discontinue lors de l’infiltration chimique en phase vapeur. En particulier, ladite ou lesdites surfaces externes peuvent être au contact de la préforme fibreuse de manière discontinue lors de la première infiltration chimique en phase vapeur.
La présence de telles surfaces externes discontinues permet de faciliter la circulation des gaz réactifs à la surface de l’insert lors des infiltrations chimiques en phase vapeur. En particulier, dans le cadre du deuxième mode de réalisation de l’invention, de telles surfaces sont particulièrement faciles et rapides à éliminer lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur de sorte que la réduction de volume de l’insert peut être réalisée plus vite après le début de ladite deuxième infiltration chimique en phase vapeur. Ces surfaces externes discontinues peuvent se présenter sous la forme de surfaces externes présentant des motifs en reliefs ou des gorges. Ces surfaces externes discontinues peuvent également être obtenues avec un insert présentant une structure en treillis ou en mailles.
Selon un aspect particulier de l’invention, l’insert peut comprendre une ou plusieurs surfaces externes présentant des motifs en reliefs ou des gorges.
Selon un aspect particulier de l’invention, l’insert peut présenter une structure en treillis ou en mailles.
Un tel insert permet une circulation particulièrement aisée des gaz réactifs, y compris depuis le bord inférieur de la préforme fibreuse.
Selon un aspect particulier de l’invention, le procédé peut comprendre en outre une infiltration de poudre céramique après la ou les infiltrations chimiques en phase vapeur.
Selon un aspect particulier de l’invention, le procédé peut comprendre en outre une infiltration par voie liquide après la ou les infiltrations chimiques en phase vapeur.
FIG. 1LaFIG. 1est une représentation en perspective d’une ébauche fibreuse.
FIG. 2LaFIG. 2est une représentation en coupe d’une préforme fibreuse obtenue par mise en forme de l’ébauche fibreuse de laFIG. 1et disposée dans un conformateur pour la première infiltration chimique en phase vapeur.
FIG. 3LaFIG. 3est un graphique représentant un cycle comprenant les première et deuxième infiltrations chimiques en phase vapeur.
FIG. 4LaFIG. 4est une représentation en coupe de la préforme fibreuse de laFIG. 2lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, illustrant la diminution de volume de l’insert.
FIG. 5LaFIG. 5est une représentation en perspective d’une première variante de l’insert.
FIG. 6LaFIG. 6est une représentation en perspective d’une deuxième variante de l’insert.
FIG. 7LaFIG. 7est une représentation en coupe de la préforme fibreuse des figures 2 et 4 lors d’une troisième infiltration chimique en phase vapeur, après le retrait de l’insert.
FIG. 8LaFIG. 8est une représentation en coupe de l’aube obtenue selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
L’invention s’applique de manière générale à la réalisation d’aubes en matériau composite à matrice céramique comprenant un pied.
Le renfort fibreux de l’aube est formé au moins en partie par une préforme fibreuse. La préforme fibreuse est obtenue par mise en forme d’une ébauche fibreuse 100. L’ébauche fibreuse 100 comprend une ébauche de pied 110, comme illustré sur laFIG. 1. L’ébauche de pied 110 est destinée à être mise en forme pour obtenir la préforme de pied.
L’ébauche fibreuse 100 peut être obtenue par tissage tridimensionnel réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches de plusieurs centaines de fils chacune, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame. L’ébauche fibreuse 100 est de préférence tissée en une seule pièce, afin d’améliorer ses caractéristiques mécaniques.
Par « tissage tridimensionnel », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de chaîne lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame. Une inversion des rôles entre chaîne et trame est possible. On considère qu’une ébauche fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel peut comprendre un autre type de tissage à sa surface, par exemple du tissage bidimensionnel, afin d’améliorer son état de surface.
De préférence, le tissage tridimensionnel utilisé est un tissage à armure "interlock". Par tissage "interlock", on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
D'autres types de tissage tridimensionnel connus pourront être utilisés, comme notamment ceux décrits dans le document WO 2006/136755. Ce document décrit notamment la réalisation par tissage en une seule pièce de structures fibreuses de renfort pour des pièces telles que des aubes ayant un premier type d'armure à cœur et un deuxième type d'armure en peau qui permettent de conférer à la fois les propriétés mécaniques et aérodynamiques attendues pour ce type de pièce.
L’ébauche fibreuse 100 s’étend suivant une direction radiale DR, correspondant à la direction d’envergure de l’aube à fabriquer, entre un bord inférieur 100a et un bord supérieur. L’ébauche fibreuse 100 s’étend suivant une direction axiale DA, correspondant à la direction de corde de l’aube à fabriquer, entre un premier bord latéral 100c et un deuxième bord latéral 100d.
Lors du tissage, une déliaison 106 peut être réalisée de manière bien connue à l’intérieur de l’ébauche de pied 110 de l’ébauche fibreuse 100. La déliaison 106 s’étend entre deux couches successives de fils de chaîne. Ainsi, la déliaison 106 s’étend suivant un plan parallèle à la surface de l’ébauche fibreuse 100. La déliaison 106 sépare ainsi localement une première peau 111 et une deuxième peau 112 de l’ébauche de pied 110. La déliaison 106 ne s’étend pas au-delà de l’ébauche de pied 110. La déliaison 106 débouche sur le bord inférieur 100a de l’ébauche fibreuse 100.
Une fois le tissage terminé, les fils non tissés présents autour de l’ébauche fibreuse 100 sont découpés pour extraire ladite ébauche.
L’ébauche fibreuse 100 est mise en forme de sorte à obtenir une préforme fibreuse 200, comme illustrée en coupe sur laFIG. 2. La préforme fibreuse 200 comprend une préforme de pied 210. La préforme de pied 210 est destinée à former le renfort fibreux du pied de l’aube. La préforme de pied 210 est obtenue par mise en forme de l’ébauche de pied 110. La préforme fibreuse 200 s’étend suivant la direction radiale DR, correspondant à la direction d’envergure de l’aube à fabriquer, entre un bord inférieur 200a et un bord supérieur.
La mise en forme de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200 est réalisée en ouvrant la déliaison 106 de l’ébauche fibreuse 100 de sorte à former un unique logement interne 106a. Le logement interne 106a est présent à l’intérieur de la préforme de pied 210. Le logement interne 106a est accessible par le bord inférieur 200a de la préforme fibreuse 200. Le bord inférieur 200a de la préforme fibreuse 200 correspond au bord inférieur 100a de l’ébauche fibreuse 100. De préférence, le logement interne 106a débouche seulement sur le bord inférieur 200a de la préforme fibreuse 200. Le logement interne 106a ne s’étend pas au-delà de la préforme de pied 210. Le logement interne 106a sépare une première peau 211 et une deuxième peau 212 de la préforme de pied 210. La première peau 211 et la deuxième peau 212 de la préforme de pied 210 correspondent respectivement à la première peau 111 et à la deuxième peau 112 de l’ébauche de pied 110.
Conformément à l’invention, un insert 50 est disposé dans le logement interne 106a. L’insert 50 comble le logement interne 106a. L’insert 50 maintient les première et deuxième peaux 211 et 212 écartées l’une de l’autre. L’insert 50 peut affleurer au niveau du bord inférieur 200a de la préforme fibreuse 200. L’insert 50 débouche au niveau du bord inférieur 200a de la préforme fibreuse 200. L’insert 50 peut être monobloc.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, l’insert 50 est réalisé dans un matériau parmi un carbure, un nitrure ou le carbone. Par exemple, l’insert 50 peut être réalisé en carbure de silicium. Dans ce premier mode de réalisation, l’insert 50 est destiné à rester dans l’aube finale.
Selon un deuxième mode de réalisation préférentiel de l’invention, l’insert 50 comprend un ou plusieurs matériaux de type oxyde. Par exemple, l’insert 50 peut comprendre un ou plusieurs matériaux parmi le dioxyde de silicium, ou silice, l’oxyde d’aluminium, ou alumine, et le dioxyde de zirconium, ou zircone. Dans le deuxième mode de réalisation, l’insert 50 n’est pas destiné à rester dans l’aube finale. L’insert 50 sera ainsi retiré lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur ou après la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, comme expliqué ci-après.
La préforme fibreuse 200 est soumise à une première infiltration chimique en phase vapeur, comme illustré sur laFIG. 2. A cet effet, la préforme fibreuse 200 est disposée dans un conformateur 6. LaFIG. 2illustre un conformateur 6 comprenant une pluralité d’éléments de maintien qui définissent entre eux des canaux d’écoulement de gaz. Un exemple de conformateur de ce type est notamment décrit dans le document FR 3130852 A1. On ne sort bien entendu pas du cadre de l’invention si un autre type de conformateur est utilisé.
De manière bien connue, la préforme fibreuse 200 disposée dans le conformateur 6 peut être placée dans une installation d’infiltration chimique en phase vapeur. L’installation d’infiltration chimique en phase vapeur peut comprendre une enceinte délimitant une chambre de réaction munie d’une conduite d’admission de gaz qui peut déboucher dans une zone d’homogénéisation permettant d’homogénéiser le ou les gaz avant leur diffusion dans la chambre de réaction. La chambre de réaction peut comporter un support sur lequel la préforme fibreuse 200 chargée dans le conformateur 6 est destinée à être déposée. Les gaz résiduels peuvent être extraits au niveau du haut de l’installation par une conduite d’évacuation qui est reliée à des moyens d’aspiration. Le chauffage est par exemple produit par un ensemble comprenant un inducteur et un suscepteur.
Afin de réaliser la première infiltration chimique en phase vapeur, un ou plusieurs gaz réactifs G1sont introduits dans la chambre de réaction. La première infiltration chimique en phase vapeur peut permettre de déposer une couche d’interphase sur les fibres de la préforme fibreuse 200. La première infiltration chimique en phase vapeur permet ainsi d’obtenir une préforme fibreuse 200 autoporteuse, c’est-à-dire une préforme fibreuse 200 figée. Le ou les gaz réactifs G1peuvent contenir un ou plusieurs précurseurs de matériau d’interphase. Le matériau d’interphase est destiné à recouvrir les fibres de la préforme fibreuse 200. Par exemple, le ou les gaz réactifs G1peuvent contenir un ou plusieurs précurseurs de nitrure de bore BN. La consolidation de la préforme 200 est assurée, de façon bien connue en soi, par dépôt au sein de celle-ci du matériau produit par décomposition du ou des précurseurs contenus dans le ou les gaz réactifs G1diffusant à l'intérieur de la porosité interne accessible de la préforme 200.
La première infiltration chimique en phase vapeur est réalisée à une première température. Si le matériau déposé par la première infiltration chimique en phase vapeur est du nitrure de bore, la première température sera d’environ 700°C, comme illustré sur laFIG. 3.
LaFIG. 3illustre un exemple de cycle comprenant une première infiltration chimique en phase vapeur et une deuxième infiltration chimique en phase vapeur. La première infiltration chimique en phase vapeur permet de déposer une couche d’interphase sur les fibres de la préforme fibreuse 200. La deuxième infiltration chimique en phase vapeur permet de déposer une phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse 200. Dans l’exemple illustré sur laFIG. 3, la première infiltration chimique en phase vapeur permet de déposer du nitrure de bore sur les fibres de la préforme fibreuse 200. La deuxième infiltration chimique en phase vapeur permet de déposer du carbure de silicium dans les porosités de la préforme fibreuse 200.
Comme illustré sur laFIG. 4, la deuxième infiltration chimique en phase vapeur est de préférence réalisée en maintenant la préforme fibreuse 200 dans le conformateur 6 utilisé pour la première infiltration chimique en phase vapeur.
La deuxième infiltration chimique en phase vapeur est réalisée à une deuxième température supérieure à la première température de la première infiltration chimique en phase vapeur. Dans l’exemple illustré sur laFIG. 3, la première température est d’environ 700°C et la deuxième température est comprise entre 1000°C et 1400°C. De préférence, la deuxième température est variable mais toujours supérieure à la première température. Ainsi, la deuxième température peut être variable entre 1000°C et 1400°C. La deuxième température est de préférence décroissante pendant la deuxième infiltration chimique en phase vapeur.
Afin de réaliser la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, un ou plusieurs gaz réactifs G2sont introduits dans la chambre de réaction, comme illustré sur laFIG. 4. La deuxième infiltration chimique en phase vapeur permet la densification au moins partielle de la préforme fibreuse 200. La deuxième infiltration chimique en phase vapeur permet ainsi de former au moins une première phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse 200. Le ou les gaz réactifs G2peuvent contenir un ou plusieurs précurseurs de matrice céramique. Par exemple, le ou les gaz réactifs G2peuvent contenir un ou plusieurs précurseurs de carbure de silicium SiC. On peut utiliser, de manière bien connue en soi, du méthyltrichlorosilane MTS en tant que précurseur du carbure de silicium SiC. La densification au moins partielle de la préforme 200 est assurée, de façon bien connue en soi, par dépôt au sein de celle-ci du matériau produit par décomposition du ou des précurseurs contenus dans le ou les gaz réactifs G2diffusant à l'intérieur de la porosité interne accessible de la préforme 200.
La deuxième infiltration chimique en phase vapeur est réalisée à la deuxième température. Si le matériau déposé par la deuxième infiltration chimique en phase vapeur est du carbure de silicium, la deuxième température sera comprise entre 1000°C et 1400°C, comme illustré sur laFIG. 3.
Plus généralement, les première et deuxième infiltrations chimiques en phase vapeur peuvent permettre de manière bien connue le dépôt de matériaux d’interphase ou de phase de matrice céramique tels que le carbone pyrolytique PyC, le carbone dopé au bore BC, le carbure de bore B4C, le nitrure de bore BN, le nitrure de silicium Si3N4, et le carbure de silicium SiC. On pourra notamment se référer aux documents US 5 246 736, US 5 738 951, US 5 965 266, US 6 068 930 et US 6 284 358.
Dans le premier mode de réalisation de l’invention (non illustré), l’insert reste stable lors des infiltrations chimiques en phase vapeur. L’insert reste donc présent dans la préforme de pied 210.
Dans le deuxième mode de réalisation de l’invention, illustré sur les figures 4 et 7, l’insert 50 se décompose lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. En effet, lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, la température élevée et l’environnement chargé en gaz H2provoquent la réduction de l’insert 50 réalisé en oxyde. Ainsi, les surfaces de l’insert 50 en contact avec les gaz se décomposent par réduction. La réduction progressive de l’insert 50 entraîne la formation d’un espace intercalaire entre l’insert 50 et la préforme de pied 210, ce qui permet un meilleur accès à la partie interne de la préforme de pied 210 pour le ou les gaz réactifs G2.
A l’issue des première et deuxième infiltrations chimiques en phase vapeur, la préforme fibreuse 200 est autoporteuse. La préforme fibreuse 200 peut ainsi être retirée du conformateur 6. Dans le cadre du deuxième mode de réalisation de l’invention, l’insert 50 partiellement éliminé peut être complètement retiré lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur ou après l’infiltration chimique en phase vapeur.
L’insert 50 partiellement éliminé peut être retiré mécaniquement, par exemple en le soumettant à des chocs et/ou à des vibrations.
Dans l’exemple illustré sur les figures précédentes, l’insert présente une géométrie pleine avec des surfaces planes. On ne sort bien entendu pas du cadre de l’invention si l’insert présente une géométrie creuse, et/ou si l’insert présente des surfaces non planes ou complexes. En particulier, l’insert peut comprendre une ou plusieurs surfaces externes discontinues de sorte que ladite ou lesdites surfaces externes soient au contact de la préforme fibreuse de manière discontinue lors de la première infiltration chimique en phase vapeur, et au début de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. Par exemple, les figures 5 et 6 illustrent des variantes de géométrie pour l’insert.
Selon une première variante illustrée schématiquement sur laFIG. 5, l’insert 50bis peut présenter des motifs en relief ou des gorges sur une ou plusieurs surfaces extérieures de l’insert 50bis destinées à être en contact avec la préforme fibreuse 200. Les motifs en relief ou les gorges peuvent être organisés sous la forme d’un réseau. Les motifs en relief ou les gorges peuvent présenter une géométrie en nid d’abeille, comme illustré sur laFIG. 5. Ainsi, l’insert 50bis est en contact avec la préforme fibreuse 200 de manière discontinue. Cette première variante est particulièrement intéressante dans le cadre du deuxième mode de réalisation de l’invention, selon lequel l’insert est retiré de la préforme fibreuse. Une telle géométrie de l’insert permet d’accélérer et de faciliter la réduction du volume de l’insert. En effet, la réduction des motifs en relief de l’insert, qui représentent un volume très limité, suffit à permettre le retrait de l’insert 50bis de la préforme fibreuse 200 ou la création d’un espace intercalaire important avec la préforme fibreuse. Ainsi, pour obtenir la même distance d’écartement entre l’insert et la préforme fibreuse 200 lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, et ainsi permettre le retrait de l’insert, l’insert 50 lisse et plan nécessite l’élimination d’un plus gros volume de matière que l’insert 50bis avec des motifs en relief ou des gorges à sa surface.
Selon une deuxième variante illustrée schématiquement sur laFIG. 6, l’insert 50ter peut présenter une structure de treillis creuse ou en mailles creuses. Ainsi, l’insert 50ter est en contact avec la préforme fibreuse 200 de manière discontinue. L’insert 50ter permet également la circulation des gaz à travers ledit insert 50ter. L’insert 50ter présentant une structure de treillis ou de mailles est configuré pour être traversé de part en part par les gaz réactifs. Dans le cadre du premier mode de réalisation de l’invention, un tel insert 50ter permet de faciliter la circulation des gaz lors de la première infiltration chimique en phase vapeur, et le cas échéant lors des infiltrations chimiques en phase vapeur suivantes. Cet atout est d’autant plus appréciable que, dans le premier mode de réalisation de l’invention, l’insert n’est pas réduit pendant la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. Dans le cadre du deuxième mode de réalisation de l’invention, un tel insert 50ter est facile et rapide à retirer de la préforme fibreuse 200 lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur, pour des raisons similaires à celles exposées dans la première variante ci-dessus.
La deuxième infiltration chimique en phase vapeur peut permettre la formation d’une phase de matrice satisfaisante dans les porosités de la préforme fibreuse 200, permettant d’obtenir l’aube finale en matériau composite. Toutefois, de manière générale, la deuxième infiltration chimique en phase vapeur est suivie d’autres étapes de formation de la matrice, permettant d’obtenir le matériau composite final.
Ainsi, lorsque la deuxième infiltration chimique en phase vapeur est terminée, le procédé peut comprendre en outre une troisième infiltration chimique en phase vapeur, comme illustré sur laFIG. 7. Cette troisième infiltration chimique en phase vapeur est de préférence réalisée hors d’un conformateur, afin de permettre une meilleure circulation des gaz réactifs. Dans le cadre du deuxième mode de réalisation de l’invention, l’insert 50 a de préférence été retiré de la préforme fibreuse 200 lorsque la troisième infiltration chimique en phase vapeur commence. L’installation d’infiltration chimique en phase vapeur utilisée pour la troisième infiltration chimique en phase vapeur peut être la même que celle utilisée pour les première et deuxième infiltrations chimiques en phase vapeur.
Afin de réaliser la troisième infiltration chimique en phase vapeur, un ou plusieurs gaz réactifs G3sont introduits dans la chambre de réaction, comme illustré sur laFIG. 7. La troisième infiltration chimique en phase vapeur permet la densification au moins partielle de la préforme fibreuse 200. La troisième infiltration chimique en phase vapeur permet ainsi de former au moins une deuxième phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse 200. Le ou les gaz réactifs G3peuvent être identiques aux gaz réactifs G2utilisés lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur. Le ou les gaz réactifs G3peuvent contenir un ou plusieurs précurseurs de matrice céramique. Par exemple, le ou les gaz réactifs G3peuvent contenir un ou plusieurs précurseurs de carbure de silicium SiC. On peut utiliser, de manière bien connue en soi, du méthyltrichlorosilane MTS en tant que précurseur du carbure de silicium SiC. La densification au moins partielle de la préforme 200 est assurée, de façon bien connue en soi, par dépôt au sein de celle-ci du matériau produit par décomposition du ou des précurseurs contenus dans le ou les gaz réactifs G3diffusant à l'intérieur de la porosité interne accessible de la préforme 200.
Lorsque la ou les infiltrations chimiques en phase vapeur sont terminées, une étape supplémentaire d’infiltration de poudre céramique peut être réalisée de manière bien connue. L’infiltration de poudre céramique peut être réalisée de manière bien connue au moyen d’une barbotine, par exemple selon le procédé dit « STM » pour « Slurry Transfer Molding ». Cette étape supplémentaire permet de former rapidement une partie de la matrice dans les porosités de la préforme fibreuse 200. Dans le cadre du deuxième mode de réalisation de l’invention, cette étape supplémentaire permet de combler au moins en partie le logement interne 106a laissé libre par l’insert 50.
Une étape supplémentaire d’infiltration par voie liquide, appelée « MI » pour « Melt Infiltration », peut également être réalisée. Cette étape supplémentaire d’infiltration par voie liquide est de préférence réalisée après l’étape d’infiltration de poudre céramique. Cette étape supplémentaire est classiquement réalisée en introduisant une composition comprenant du silicium fondu dans les porosités restantes de la préforme fibreuse 200 pour obtenir la matrice finale. Dans le cadre du deuxième mode de réalisation de l’invention, cette étape supplémentaire permet de finir de combler le logement interne 106a laissé libre par l’insert 50.
Dans le premier mode de réalisation, on obtient au final une aube en matériau composite à matrice céramique comprenant l’insert au niveau de son pied.
Dans le deuxième mode de réalisation, comme illustré sur laFIG. 8, on obtient au final une aube 300 en matériau composite à matrice céramique comprenant une portion 306 dénuée de fibres dans le pied 310 de l’aube 300. La portion 306 dénuée de fibres sépare une première peau 311 du pied 310 d’une deuxième peau 312 du pied 310. La portion 306 dénuée de fibres correspond au volume de la préforme fibreuse 200 qui était occupé par l’insert 50. La portion 306 dénuée de fibres peut être constituée par du matériau de matrice.

Claims (11)

  1. Procédé de fabrication d’une aube (300) en matériau composite à matrice céramique comportant un pied (310), le procédé comprenant une infiltration chimique en phase vapeur d’une préforme fibreuse de l’aube (200), la préforme fibreuse de l’aube (200) comprenant au moins une préforme de pied (210),
    le procédé étant caractérisé en ce que la préforme de pied (210) comprend un logement interne (106a) débouchant sur l’extérieur de la préforme fibreuse de l’aube (200) et séparant une première peau (211) de la préforme de pied (210) d’une deuxième peau (212) de la préforme de pied (210), un insert (50) étant inséré dans le logement (106a) de la préforme de pied (210) avant l’infiltration chimique en phase vapeur, l’insert (50) débouchant sur l’extérieur de la préforme fibreuse (200) et maintenant la première peau (210) écartée de la deuxième peau (220).
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’infiltration chimique en phase vapeur correspond à une première infiltration chimique en phase vapeur réalisée à une première température, le procédé comprenant en outre une deuxième infiltration chimique en phase vapeur réalisée à une deuxième température supérieure à la première température, l’insert (50) étant réalisé en oxyde de sorte que ledit insert (50) soit partiellement éliminé lors de la deuxième infiltration chimique en phase vapeur de manière à réduire le volume dudit insert (50).
  3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel l’insert partiellement éliminé est retiré du logement interne (106a) après la deuxième infiltration chimique en phase vapeur.
  4. Procédé de fabrication selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’insert (50) comprend un ou plusieurs matériaux parmi le dioxyde de silicium, l’oxyde d’aluminium, le dioxyde de zirconium.
  5. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la première infiltration chimique en phase vapeur permet de déposer une couche d’interphase sur les fibres de la préforme fibreuse de l’aube (200) et dans lequel la deuxième infiltration chimique en phase vapeur permet de former au moins une première phase de matrice dans les porosités de la préforme fibreuse de l’aube (200).
  6. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’insert est réalisé dans un matériau parmi un carbure, un nitrure ou le carbone.
  7. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’insert (50bis ; 50ter) comprend une ou plusieurs surfaces externes discontinues de sorte que ladite ou lesdites surfaces externes soient au contact de la préforme fibreuse d’aube (200) de manière discontinue lors de l’infiltration chimique en phase vapeur.
  8. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’insert (50bis) comprend une ou plusieurs surfaces externes présentant des motifs en reliefs ou des gorges.
  9. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’insert (50ter) présente une structure en treillis ou en mailles.
  10. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, le procédé comprenant en outre une infiltration de poudre céramique après la ou les infiltrations chimiques en phase vapeur.
  11. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, le procédé comprenant en outre une infiltration par voie liquide après la ou les infiltrations chimiques en phase vapeur.
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