BR112012009942B1

BR112012009942B1 - peça de material compósito termoestrutural e seu método de fabricação

Info

Publication number: BR112012009942B1
Application number: BR112012009942A
Authority: BR
Inventors: Coupe Dominique; Philippe Eric; CHARLEUX François
Original assignee: Herakles; Sme; Snecma Propulsion Solide
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2020-02-04
Also published as: WO2011051611A1; US9784217B2; FR2952052B1; BR112012009942A2; JP5726887B2; EP2493832A1; RU2012121265A; FR2952052A1; RU2529529C2; US20160186691A1; CN102712546B; US9309159B2; JP2013509348A; CA2778383C; EP2493832B1; CA2778383A1; US20120301691A1; CN102712546A

Abstract

pedido de patente de invenção para peça de material compósito termoestrutural e seu método de fabricação. a invenção se refere a uma peça de material compósito termoestrutural que compreende reforço de carbono ou fibra cerâmica densificado por uma matriz que apresenta, pelo menos, uma porção fina em que: (i) a espessura da peça é inferior a 2 mm, ou mesmo inferior a 1 mm; (ii) o reforço da fibra é elaborado como uma única espessura de tecido multicamada elaborado com fios expandidos que apresentam peso superior a 200 tex; (iii) a proporção de volume de fibra varia entre 25% e 45% e; (iv) a proporção entre o número de camadas do tecido multicamada e da espessura em milímetros da peça é superior a 4 tex.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pedido de patente de invenção para “PEÇA DE MATERIAL COMPÓSITO TERMOESTRUTURAL E SEU MÉTODO DE FABRICAÇÃO”

Fundamentos da Invenção [001] A presente invenção se refere a peças de material compósito termoestrutural e, mais precisamente, às peças nas quais há, pelo menos, uma porção que apresenta uma pequena espessura, isto é, uma espessura inferior a 2 milímetros (mm).

[002] A invenção se aplica, mais particularmente, a peças estruturais de aviação e aplicações espaciais, em particular a peças traseiras de motores de aeronave de turbina a gás, cones exaustores com injetor, etc.

[003] Em relação às peças, são apresentadas propostas para utilização de materiais compósitos termoestruturais, isto é, materiais compósitos que apresentam propriedades mecânicas que os tornam adequados à constituição de elementos estruturais e que apresentam a capacidade de conservar estas propriedades em altas temperaturas. Os materiais termoestruturais são constituídos, em particular, por materiais compósitos de carbono-carbono (C-C) (reforço de fibra de carbono e matriz de carbono) e por materiais compósitos de matriz cerâmica (CMC), isto é, materiais C/Sic (reforço de fibra de carbono com matriz de carboneto de silício), materiais de C/C-Sic (reforço de fibra de carbono com matriz de carbono ou carboneto de silício misturado), ou até materiais de SiC/SiC.

[004] A fabricação da peça em material de C-C ou CMC compreende, geralmente, a elaboração de uma pré-forma em fibra que apresenta uma forma correspondente àquela da peça a ser obtida e que constitui o reforço da fibra do material compósito, densificando, assim, a pré-forma fibrosa com a matriz do material compósito.

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 8/25 / 15 [005] Para que sejam conferidas ao material compósito as propriedades mecânicas visadas, garantindo, ao mesmo tempo, acesso suficiente aos poros deste e permitindo sua densificação com a matriz, a proporção de volume da fibra, isto é, a porcentagem do volume da peça, ou do volume aparente do reforço da fibra que é ocupado pelas fibras, varia, geralmente, entre 25% e 45%.

[006] A pré-forma fibrosa pode ser obtida com o drapeamento das camadas da fibra, isto é, camadas de tecido ou folhas de fios unidirecionais ou multidirecionais, sendo possível superpor uma pluralidade de camadas e uni-las, isto é, por agulhamento. A pré-forma fibrosa também pode ser obtida pela estrutura da fibra que é obtida por fiação tridimensional (3D) ou por fiação multicamada (uma pluralidade de camadas de fios urdidos interligados por fios de trama).

[007] A pré-forma fibrosa pode ser densificada com carbono ou matriz de carbono, utilizando técnica líquida ou infiltração química a vapor (CVI). A densificação por técnica líquida compreende a impregnação da préforma fibrosa com composição líquida que contém uma resina precursora de carbono ou cerâmica, polimerizando e pirolizando a resina para obter resíduo de carbono ou cerâmica, com uma pluralidade de ciclos consecutivos de impregnação, polimerização e pirólise que podem ser realizados. A densificação CVI é realizada ao colocar a pré-forma fibrosa em um compartimento e admitir gás de reação no compartimento em condições determinadas, em particular, de pressão e temperatura, para que o gás se difunda na pré-forma e permita o depósito do material da matriz a ser obtido, como resultado de um ou mais ingredientes da decomposição de gás ou da reação entre a pluralidade dos seus ingredientes. Em relação às peças com formas especiais, em particular de formas complexas, pode ser realizada uma etapa inicial de consolidação pela técnica líquida concomitantemente à utilização de instrumentos adequados para manter a pré-forma fibrosa na

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 9/25 / 15 forma visada, com densificação contínua sem o auxílio de instrumentos, isto é, pela CVI.

[008] As técnicas acima são bem conhecidas e já foram propostas para a elaboração de peças de aviação e aplicações espaciais que são expostas para operarem em altas temperaturas, em particular lâminas de turbina de motores de aeronaves, porções traseiras de motores de aeronaves, tais como injetores secundários, misturadores de turbinas de passagem, cones exaustores ou válvulas injetoras e injetores de motores de foguete. Pode ser feito referência, em particular, aos seguintes documentos no nome do Depositante: WO 2010 / 007308, WO 2010 / 061139, WO 2010 / 061140 e WO 2008 / 104692.

[009] Quando uma parte ou porção de uma peça é fina, ocorre um problema na elaboração da pré-forma fibrosa, que é adequada à obtenção das propriedades visadas, em relação à peça a ser fabricada.

[010] A técnica conhecida que consiste na formação da pré-forma fibrosa por agulhamento junto com as camadas superpostas é bem pouco adequada, visto que, para obter a pré-forma fibrosa que é fina e apresenta características uniformes, é necessário que ela seja iniciada com a elaboração de uma estrutura fibrosa com espessura bem maior, sendo utilizada somente sua porção central, resultando, assim, em grandes perdas de material.

[011] A técnica conhecida que consiste na formação da pré-forma fibrosa por pela estrutura de fiação multicamada também apresenta desvantagens. Mesmo com o uso dos fios de carbono ou cerâmica com o menor peso disponível comercialmente, a elaboração das peças finas exige uma redução no número de camadas do tecido multicamada, isto é, somente duas camadas pela espessura de 0,75 mm, como mostrado no documento WO 2008 / 104692, e que pode afetar a resistência mecânica da peça. Além disso, a fiação multicamada produz um estado de superfície que é irregular e produz uma associação de microporos (dentro dos fios) e macroporos

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 10/25 / 15 (entre os fios). Em relação às peças que são voltadas à aviação e aplicações espaciais, tais como, por exemplo, misturadores de corrente ou injetores, é preferível obter um estado de superfície que é homogêneo, para que o fluxo do fluido não seja afetado. A utilização da pré-forma com o estado da superfície que é altamente irregular resulta, mesmo após a densificação, em uma peça que apresenta saliência significativa na superfície. É, de fato, possível realizar maquinação de superfície para melhorar esta situação, levando, no entanto, à destruição ou exposição das fibras a olho nu, o que não é pretendido. Além disso, a existência de macroporos torna inevitável que haja porosidade irregular residual após a densificação.

[012] O documento WO 94 / 12708 apresenta fiação bidimensional e tecido urdido que são adequados à elaboração de texturas que reforçam as peças de material compósito, o tecido sendo sujeito à operação na qual os fios que o compõem são espacejados por vibração, para aumentar a proporção de volume da fibra. A expansão do tecido bidimensional por vibração, para eliminar orifícios no tecido e aumentar a proporção de volume da fibra, também é descrito no documento EP 0 302 449.

[013] Objeto e resumo da invenção [014] A invenção tem por objeto apresentar uma peça de material compósito termoestrutural que é adequada às aplicações supracitadas, garantindo, ao mesmo tempo, que, pelo menos, uma porção da peça apresenta uma espessura que é menor e que tem reforço de fibra obtido pela fiação multicamada, cuja fiação faz uso de um número relativamente grande de camadas, inclusive em relação à porção de espessura menor.

[015] Este objeto é atingido pela peça na qual, pelo menos, uma porção da peça apresenta o seguinte:

• a espessura da peça é inferior a 2 mm;

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 11/25 / 15 • o reforço da fibra é constituído por uma única espessura de tecido multicamada elaborado com fios expandidos que pesam, pelo menos, 200 tex;

• a proporção de volume da fibra varia entre 25% e 45%; e • a proporção entre o número de camadas do tecido multicamada e da espessura em milímetros da peça é superior a quatro.

[001] Na porção da peça, a espessura pode ser ainda inferior a 1 mm.

[002] Preferivelmente, o número de camadas dos fios no tecido é superior a três. A expressão “número de camadas” é aqui utilizada para expressar o número de camadas dos fios urdidos.

[003] O tecido multicamada pode apresentar uma fiação do tipo multiplano, multicamada ou multiacetinado.

[004] A matriz pode ser elaborada parcialmente com, pelo menos, cerâmica, em particular quando a peça constitui peça traseira de um motor de aeronave de turbina a gás.

[005] Em outra aplicação particular, a peça constitui, pelo menos, uma porção de um cone exaustor em motor de foguete na qual a matriz pode ser elaborada com carbono ou cerâmica.

[006] A invenção também apresenta um método de obtenção da peça, o método compreendendo a elaboração da pré-forma fibrosa de carbono ou cerâmica e densificação da pré-forma com uma matriz, em cujo método, visando à elaboração de, pelo menos, uma porção da pré-forma que apresenta uma espessura inferior a 2 mm, são realizadas as seguintes etapas:

• elaboração de um tecido multicamada que apresenta fios com peso superior a 200 tex;

• sujeição do tecido à operação de expansão dos fios para redução da espessura do tecido multicamada; e • elaboração da porção da pré-forma do tecido multicamada expandido, a espessura da porção da pré-forma sendo constituída por uma

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 12/25 / 15 única espessura de tecido expandido que apresenta uma proporção entre o número de camadas do tecido, e a espessura em milímetros da porção da préforma superior a quatro;

• contagem dos fios do tecido multicamada durante a fiação que é selecionada para obter uma proporção de fibra com volume variando entre 25% e 45% na pré-forma fibrosa.

[007] Preferivelmente, o número de camadas do tecido multicamada é superior a três.

[008] A fiação multicamada é, preferivelmente, realizada com fiação do tipo multiplano, multicamada ou multiacetinado.

[009] A invenção é notável no sentido de que, pela expansão dos fios do tecido multicamada, é possível produzir uma pré-forma fibrosa de menor espessura que permite que partes ou porções finas da peça sejam elaboradas com material compósito, isto é, apresentando uma espessura inferior a 2 mm ou ainda inferior a 1 mm, ao mesmo tempo que é preservada a presença das camadas dos fios em quantidade suficiente para obtenção de boas propriedades mecânicas.

[010] O objeto visado não consiste em apresentar uma pré-forma fibrosa com proporção de volume de fibra que é superior a do estado da técnica. Ao elaborar a pré-forma fibrosa, faz-se necessário adaptar a contagem dos fios do tecido multicamada para obter uma proporção de fibra com volume após a expansão.

[011] A expansão dos fios do tecido multicamada também apresenta vantagens no sentido de ser possível a redução da macroporosidade do tecido multicamada (espacejamento entre os fios), o que é favorável à densificação da pré-forma.

[012] Outra vantagem obtida é a redução da saliência na superfície do tecido multicamada, possibilitando, desta forma, que a peça resultante

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 13/25 / 15 obtenha um estado melhorado na superfície em relação à aplicação no campo da aviação.

Breve descrição dos desenhos [013] A invenção pode ser mais bem compreendida com a leitura da descrição a seguir, e apresentada na forma indicada e não limitada, com referência aos desenhos em anexo nos quais:

• a Figura 1 mostra as etapas de fabricação da peça de material compósito em uma modalidade da invenção;

• a Figura 2 é um plano tecido do tecido multicamada do tipo multicamada;

• a Figura 3 é um plano tecido do tecido multicamada do tipo multiacetinado;

• as Figuras 4 e 5 são vistas consideradas com microscópio ótico que mostra seções de partes finas do material compósito obtidas com o método da invenção e com o método do estado da técnica; e • a Figura 6 mostra um plano tecido do tecido multicamada do tipo multiplano.

Descrição das modalidades particulares [014] O método de fabricação da peça de material compósito termoestrutural é descrito abaixo com referência à Figura 1, a peça a ser fabricada, neste exemplo, sendo uma peça fina de espessura substancialmente uniforme.

[015] A primeira etapa 10 do método consiste na apresentação de um tecido multicamada. O tecido é elaborado com fios de carbono ou cerâmica. Vantajosamente, são utilizados fios comercialmente disponíveis que apresentam peso superior a 200 tex. A fiação multicamada ou tridimensional consiste em interligar camadas de fios urdidos por fios de trama na qual, pelo menos, algumas delas mantêm fios urdidos pertencentes a camadas diferentes. O número de camadas dos fios é, preferivelmente, superior a três.

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Vantajosamente, a fiação é realizada com uma fiação do tipo multiplano, multicamada ou multiacetinado. Outras fiações podem ser visadas, tais como fiação do tipo entrelaçado. Pode ser feito referência ao documento WO 2006/136755, cujo conteúdo é incorporado a este documento como referência, que descreve vários tipos de fiações multicamadas.

[016] A segunda etapa 20 do método consiste na expansão dos fios do tecido multicamada, para reduzir a espessura do tecido. A expansão pode ser realizada ao sujeitar o tecido à ação de um jato fluido ou vibração mecânica. São conhecidos processos de expansão dos fios em tecido bidimensional convencional. Pode ser feito referência, em particular, aos documentos WO 2005/095689, WO 96/41046, US 5557831 e ao documento supracitado WO 94/12708. Para estimular a expansão, é preferível tecer fios que são constituídos por filamentos sem praticamente torção. A expansão possibilita tornar o tecido espesso, após a expansão, em um valor inferior a 85% da espessura inicial do tecido, antes da expansão, isto é, em uma espessura variando entre 70% e 85% da espessura inicial.

[017] A pré-forma fibrosa na forma correspondente a da peça a ser fabricada é, subsequentemente, elaborada (etapa 30) por meio do tecido expandido. É possível utilizar uma única camada de tecido expandido ou uma pluralidade de camadas dispostas lado a lado e unidas ao longo de suas bordas adjacentes, isto é, por sutura. Em todas as circunstâncias, a espessura da pré-forma fibrosa é constituída por uma única espessura do tecido. A elaboração da pré-forma fibrosa pode incluir uma etapa de modelação por meio de instrumentos, tais como modelador ou jiga. Durante a modelação, a compactação pode ser realizada com aplicação da pressão, isto é, entre o molde e o contramolde, ou entre a forma e o diafragma.

[018] A pré-forma fibrosa obtida após a compactação, caso ocorra, apresenta uma espessura inferior a 2 mm, ou ainda inferior a 1 mm, e proporção de fibra que varia entre 25% e 45%, onde a proporção da fibra é a

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 15/25 / 15 porcentagem do volume aparente da pré-forma que se encontra ocupada pelas fibras dos fios, o restante do volume sendo constituído pelos poros dentro dos fios expandidos e entre os fios.

[019] A proporção entre o número de camadas do tecido que forma a pré-forma e a espessura da pré-forma fibrosa em milímetros é superior a 4.

[020] Assim, para a espessura visada da pré-forma fibrosa e, e dependendo dos pesos dos fios disponíveis, o número n é selecionado para as camadas do tecido multicamada, de forma que n > 4e e de forma que n < n max, onde n max é o número máximo de camadas que permite à espessura visada ser obtida após os fios terem sido expandidos maximamente e após a compactação da pré-forma, caso esta ocorra.

[021] A Tabela I abaixo apresenta dois exemplos de pré-formas finas obtidas com fios de cerâmica (SiC), estes exemplos são descritos em maiores detalhes a seguir. A contagem dos fios é expressa como o número de fios urdidos por centímetro na direção da trama de cada camada dos fios urdidos, e como o número de fios de trama por centímetro na direção da trama, em cada camada dos fios de trama. O valor de expansão apresentado é o valor médio de variação da largura dos fios urdidos e de trama na superfície do tecido multicamada após os fios terem sido expandidos, esta variação é expressa como a porcentagem da largura dos fios da fibra antes da expansão. A espessura do tecido expandido é medida com a carga de 5 quilopascais (KPa), isto é, entre duas placas, com uma pressão aplicada de 5 KPa.

Tabela I

Exemplo	1	2
Natureza dos fios	SiC	SiC
Peso dos fios (tex)	200	200
Tecelage m	Fiação	multicamada	multiplano
	Número n de camadas	5	10
	Contagem de fios	5 5	2,5 2,5

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Espalhamento médio de fios (%)	31%	73%
Pré-forma	Espessura e (mm)	1,3	1,37
	Taxa de fibras (%)	33%	31%
	razão n/e	3,8	7,3
[022]	No exemplo 1, a condição n/e > 4 é o'	uservada com maior

compactação durante a modelação do tecido expandido.

[023] O carregamento da pré-forma produz uma compactação que resulta na redução da espessura, porém aumenta a proporção da fibra. A contagem dos fios tecidos deve, portanto, ser selecionada de forma apropriada para que seja atingida a proporção visada da fibra no nível de compactação que corresponde à espessura visada. Assim, no exemplo 2, a contagem dos fios é a metade daquela do Exemplo 1 na direção do urdume e na direção da trama.

[024] A pré-forma fibrosa é densificada (etapa 40) pela matriz de carbono ou pela matriz que é, pelo menos, elaborada parcialmente com cerâmica, para obter a peça visada de material compósito termoestrutural. A densificação pode ser realizada com a utilização da técnica líquida ou pela CVI, como mencionado na introdução da descrição, sendo os próprios processos bem conhecidos. Quando a matriz é, pelo menos, parcialmente cerâmica, ela pode incluir, pelo menos, uma fase cerâmica de autocura, isto é, que é capaz de curar rachaduras na matriz ao adquirir estado pastoso em determinada variação de temperatura. A elaboração das matrizes cerâmicas potencialmente autocurantes é descrita, em particular, nos seguintes documentos: FR 2401888, US 5246736, US 5965266, US 6068730 e US 6291058.

[025] Na forma conhecida, a densificação pode compreender um primeiro estágio de consolidação da pré-forma, permitindo, assim, conservar sua forma sem a ajuda de instrumentos auxiliares. A consolidação é realizada com a densificação parcial da pré-forma mantida por instrumentos, cuja

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 17/25 / 15 densificação parcial pode ser obtida com a utilização da técnica líquida ou pela CVI, e com a densificação sendo subsequentemente contínua sem instrumentos.

[026] Também na forma conhecida, uma camada de interfase com alívio de fragilização pode ser depositada nas fibras da pré-forma fibrosa. A camada de interfase, normalmente elaborada com carbono pirolítico (PyC), nitrato de boro (BN) ou carbono dopado com boro (BC com 5% at a 20 at % de B, o equilíbrio sendo C), pode ser formada nas fibras pela CVI antes ou após a moldagem da pré-forma.

[027] Por último, ainda na forma conhecida, o tratamento da fibra pode ser realizado antes da possível deposição da camada da interfase, possível consolidação e densificação. O tratamento pode ser realizado no estágio da pré-forma ou do tecido multicamada ou mesmo nos fios antes da fiação. Com fios de carbono, o tratamento pode consistir em tratamento de calor em uma temperatura que varia entre 1.300°C e 2.200°C, como descrito no documento EP 0441700, ao passo que, no caso dos fios de cerâmica, ele pode consistir em tratamento acido, como descrito no documento US 5071679.

[028] Em relação à consolidação por meio da fase cerâmica obtida com técnica líquida, dever ser observado que é desejável, antes da consolidação, que as fibras da pré-forma sejam apresentadas na primeira camada fina da interfase. A segunda camada da interfase é, em seguida, formada após a consolidação. Pode ser feito referência ao documento EP 091651729.

[029] Após a densificação, a peça de material compósito termoestrutural é obtida para, como na pré-forma, apresentar uma espessura inferior a 2 mm, ou mesmo inferior a 1 mm.

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 18/25 / 15 [030] A invenção também se aplica quando a peça de material composite termoestrutural a ser elaborada necessita apresentar uma menor espessura, inferior a 2 mm, somente em uma porção da peça.

[031] Nestas circunstâncias, em uma primeira possibilidade, a porção da pré-forma é elaborada separadamente, apresentando uma espessura inferior a 2 mm, com a utilização de um tecido multicamada e expansão dos fios do tecido, como descrito acima. A porção da pré-forma ou suas respectivas porções é elaborada na forma de textura fibrosa que pode ser obtida de qualquer modo pretendido, não necessariamente pela fiação multicamada. As porções da pré-forma são montadas em conjunto, isto é, por sutura, para obter a pré-forma visada.

[032] De acordo com outra possibilidade, a pré-forma fibrosa é elaborada integralmente a partir do tecido multicamada que é tecido, ao mesmo tempo que aumenta o número de camadas dos fios de trama e fios urdidos que são tecidos na ou em cada porção de maior espessura. Os fios do tecido multicamada podem ser expandidos isoladamente na porção fina do tecido, isto é, sob a ação de um jato fluido, ou mesmo pelo tecido.

Exemplo 1 (da invenção) [033] A placa fina do material de CMC é elaborada da forma a seguir.

O tecido multicamada que apresenta fiação do tipo multicamada dupla para cima e dupla para baixo é elaborado com fios de SiC que pesam 200 tex, fornecidos com o nome de “Nicalon” pelo distribuidor japonês Nippon Carbon. A contagem dos fios urdidos e de trama é 5x5 (cinco fios de trama por centímetro na direção urdida em cada camada dos fios de trama e cinco fios urdidos por centímetro na direção da trama em cada camada dos fios urdidos). O número de camadas é igual a cinco, isto é, cinco camadas de C1 a C5 de fios de trama e cinco camadas de fios urdidos de T1 a T5.

[034] Figura 2 mostra um primeiro plano urdido (os fios de trama localizados na seção), e os outros planos urdidos podem ser deduzidos dele

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 19/25 / 15 por alterações sucessivas de uma única etapa na direção urdida entre as colunas dos fios de trama. Os fios de T1 a T5 ligam os fios das camadas de trama na superfície de C1 a C5 na fiação multicamada convencional (fiação bidimensional). O fio T2 interliga os fios de trama das camadas C1, C2 e C3, ao mesmo tempo que o fio T3 interliga os fios de trama das camadas C2, C3 e C4, e o fio T4 interliga os fios de trama das camadas C3, C4 e C5.

[035] Isto produz um tecido multicamada que apresenta uma espessura equivalente em torno de a 1,7 mm com carga de 5 KPa.

[036] Os fios do tecido são expandidos pela sujeição do tecido à vibração, para reduzir sua espessura ao valor equivalente em torno de 1,3 mm com carga de 5 KPa. A proporção de volume da fibra é em torno de 33%.

[037] A placa do material de CMC é obtida pelo método descrito no documento supracitado EP 09 165 172.9.

[038] Assim, após a utilização da CVI para formar uma primeira camada de interfase de PyC, que apresenta uma espessura aproximadamente equivalente a 50 nonômetros (nm) nas fibras do tecido, o tecido é impregnado com uma resina de polisiloxano de precursor de cerâmica em solução de metiletilcetona. Após a secagem, a resina é curada enquanto o tecido é mantido na forma visada por meio de instrumentos, sua espessura sendo reduzida em torno de 1 mm pela compactação. A pré-forma fibrosa, na forma consolidada, é retirada dos instrumentos e colocada em um forno de CVI em que a resina é pirolizada, antes da continuidade da formação da CVI da segunda camada de interfase de PyC, que apresenta uma espessura aproximadamente equivalente a 200 nm, e que cobre a primeira camada de interfase e os grãos do resíduo de pirólise da resina, com a densificação da CVI por meio de uma matriz cerâmica do tipo silício-boro-carbono (Si-B-

C), como descrito no documento supracitado US 5 246 736.

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 20/25 / 15 [039] A placa do material de CMC que é obtida apresenta uma espessura de aproximadamente 1 mm, compreendendo reforço da fibra do tecido multicamada com cinco camadas de fios de trama e cinco camadas de fios urdidos.

Exemplo Comparativo 1 (de acordo com o estado da técnica) [040] O tecido multicamada é elaborado com a utilização dos mesmos fios, como no exemplo 1. Para limitar a espessura do tecido em torno de 1 mm, a tecelagem é realizada, utilizando três camadas de fios de trama e duas camadas de fios urdidos, para que o número de camadas no tecido seja equivalente a três. A fiação do tipo multiacetinado é utilizada com um plano urdido, como mostrado na Figura 3, os outros planos urdidos sendo deduzidos dele por alterações sucessivas na direção urdida. A proporção da fibra do tecido multicamada é em torno de 40%.

[041] A placa do material compósito de CMC é obtida a partir do tecido multicamada (sem expansão dos fios), como descrito no Exemplo 1.

[042] Figuras 4 e 5 são vistas da seção de peças obtidas de acordo com o Exemplo 1 e de acordo com o Exemplo Comparativo 1, respectivamente. Pode ser observado que a invenção permite aos macroporos dentro do material compósito serem reduzidos. Em proporções de fibra equivalentes, o fracionamento dos poros na pré-forma fibrosa, resultante da expansão do fio, possibilita atingir este resultado. Além do fato de que, em relação à determinada espessura, é obtido material compósito com reforço de fibra que apresenta um grande número de camadas de fios. Além disso, embora o Exemplo 2 apresente limite tecnológico nos métodos do estado da técnica em termos de espessura, o método da invenção possibilita obter peças que apresentam espessuras inferiores a 1 mm, persistindo, ao mesmo tempo, um número satisfatório de camadas de fios no tecido multicamada que forma o reforço da fibra da peça. Ademais, a expansão dos fios do tecido multicamada reduz irregularidades na superfície.

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Exemplo 2 (da invenção) [043] O tecido multicamada que apresenta fiação do tipo multiplano é elaborado com a utilização dos mesmos fios, como no Exemplo 1. A contagem dos fios nas direções da trama e urdida é 2,5x2,5. O número de camadas é dez, isto é, dez camadas de C’1 a C’10 de fios de trama e dez camadas de fios urdidos de T’1 a T’10.

[044] Figura 6 mostra um primeiro plano urdido, os outros planos urdidos sendo deduzidos dele por alterações sucessivas na direção urdida. Os fios T’1 e T’10 ligam os fios das camadas de trama na superfície C’1 e C’10 em um tecido plano convencional. Os outros fios urdidos de T’2 a T’9 interligam os fios de trama nos conjuntos de três camadas adjacentes, isto é, o fio T’2 interliga os fios de trama nas camadas C’1, C’2 e C’3.

[045] Isto produz um tecido multicamada que apresenta espessura em torno de 1,6 mm com carga de 5 KPa.

[046] Os fios do tecido são expandidos pela sujeição do tecido à vibração, até que sua espessura seja reduzida ao valor equivalente em torno de 1,37 mm com carga de 5 KPa. A proporção de volume da fibra é em torno de 31%.

[047] As tecelagens, que não as do tipo multicamada e multiplano, podem ser utilizadas para a implementação do método, isto é, tecelagens do tipo entrelaçado e multiacetinado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Peça de material compósito termoestrutural, compreendendo um reforço de carbono ou fibra cerâmica densificado por uma matriz, caracterizada pelo fato de, em ao menos uma porção da peça:

• a espessura da peça ser inferior a 2 mm;

• o reforço da fibra ser constituído por uma única espessura de tecido multicamada elaborado com fios expandidos que pesam, pelo menos, 200 tex;

• a proporção de volume da fibra variar entre 25% e 45%; e • a proporção entre o número de camadas do tecido multicamada e da espessura em milímetros da peça ser superior a quatro.
2. Peça de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de, em ao menos uma porção da referida peça, a espessura ser inferior a 1 mm.
3. Peça de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo número de camadas do tecido multicamada ser ao menos igual a três.
4. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo tecido multicamada apresentar uma fiação do tipo multiplano, multicamada ou multiacetinado.
5. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pela matriz ser ao menos parcialmente elaborada com cerâmica.
6. Peça de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por constituir uma peça traseira de um motor de aeronave de turbina a gás.

Petição 870190056873, de 19/06/2019, pág. 23/25

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7. Peça de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por constituir pelo menos uma porção de um cone exaustor com injetor em motor de foguete.
8. Método de fabricação de uma peça de material compósito termoestrutural, compreendendo a elaboração de uma pré-forma de carbono ou fibra cerâmica e pela densificação da pré-forma com uma matriz, caracterizado pela elaboração de ao menos uma porção da pré-forma que apresenta uma espessura inferior a 2 mm compreender as seguintes etapas:

• elaboração de um tecido multicamada que apresenta fios com peso superior a 200 tex;

• sujeição do tecido à operação de expansão das fibras para redução da espessura do tecido multicamada; e • elaboração da porção da pré-forma do tecido multicamada expandido, a espessura da porção da pré-forma sendo constituída por uma única espessura de tecido expandido que apresenta uma proporção entre o número de camadas do tecido, e pela espessura em milímetros da porção da pré-forma ser superior a quatro;

• contagem dos fios do tecido multicamada durante a fiação que é selecionada para obter uma proporção de fibra com volume variando entre 25% e 45% na pré-forma da fibra.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo tecido multicamada ser utilizado no qual o número de camadas é ao menos igual a três.
10. Método de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pela fiação multicamada ser realizada com fiação do tipo multiplano, multicamada ou multiacetinado.