BR112015001190B1 - instalação para infiltração química - Google Patents

Abstract

INSTALAÇÃO PARA INFILTRAÇÃO QUÍMICA. É descrito um aparelho para infiltração química em fase vapor (600) para infiltrar pré-formas porosas tridimensionais (20), basicamente estendendo- se em um a direção longitudinal , o aparelho compreendendo: uma câmara de reação paralepipédrica (610) ,a paredes laterais (612, 613) da câmara de reação compreendendo dispositivo de aquecimento (615); e uma pluralidade de pilhas (50) de dispositivos de carregamento (10) colocada na câmara de reação (610), cada dispositivo de carregamento (10) sendo formado de um recipiente paralepipédrico equipado com elementos de suporte destinados a receber pré-formas porosas (20) a ser infiltradas.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a técnicas de infiltração química em fase vapor usadas em particular quando se fabricam partes de material compósito termoestrutural. A invenção refere-se mais particularmente a infiltração química em fase vapor de substratos porosos de formas tridimensionais complexas tais como pré-formas de fibra para uso na fabricação de pás de aeromotor.

[002] A fim de fabricar partes de material compósito, em particular partes feitas de material compósito termoestrutural constituídas por uma pré- forma feita de fibras refratárias (por exemplo, fibras de carbono ou fibras cerâmicas) densificadas por uma matriz de refratário (por exemplo, de carbono e/ou cerâmica), é prática comum fazer uso de métodos de infiltração. Exemplos de tais partes são: bocais dos impulsores feitos de compósito carbono-carbono (C-C); discos de freio, em particular para freios de aeroplanos, feitos de compósitos C-C; e pás feitas de compósito de matriz cerâmica (CMC). Similarmente, antes, durante ou depois da densificação de pré-formas, uma ou mais camadas, por exemplo, de material interfase, podem ser depositadas nas pré-formas, similarmente usando a técnica de infiltração química em fase vapor.

[003] Infiltração química em fase vapor consiste em colocar os substratos em uma câmara de reação de uma instalação de infiltração com a ajuda de ferramental de suporte, e em admitir um gás reagente na câmara, com um ou mais constituintes do gás sendo precursores para o material que deve ser depositado nos substratos a fim de densificá-los e/ou a fim de depositar uma camada, por exemplo, de material interfase. Condições de infiltração, em particular no que refere-se à composição e a vazão do gás reagente, e também a temperatura e pressão dentro da câmara, são selecionadas de maneira a permitir que o gás difunda dentro dos poros 2 / 17internos acessíveis dos substratos a fim de fazer com que material desejado seja depositado nele pela decomposição de um constituinte do gás ou por uma reação entre uma pluralidade de constituintes do gás. O gás reagente é convencionalmente preaquecido passando o gás através de uma zona de pré- aquecimento situada na câmara de reação, e na qual a entrada de gás reagente se abre. Esse método corresponde ao método de infiltração química em fase vapor de fluxo livre.

[004] Em uma instalação de infiltração química em fase vapor industrial, é prática comum carregar a câmara de reação com uma pluralidade de substratos ou pré-formas para densificação simultaneamente a fim de aumentar a produção do método de densificação e, consequentemente, a fim de aumentar o fator de carregamento das câmaras de reação.

[005] Métodos e instalações para infiltração química em fase vaporde substratos anulares porosos são descritos em particular nos documentos US 2004/237898 e US 5 904 957. No entanto, esses métodos aplicam essencialmente a infiltração de substratos de forma anular que são arranjados em pilhas, e eles não são adaptados para infiltração de substratos que apresentam formas que não são axissimétricas.

[006] O documento US 2008/0152803 descreve o uso de ferramental de carregamento compreendendo um duto tubular arranjado entre a primeira e segunda chapas, e em torno do qual substratos finos são arranjados radialmente na forma de uma chapa para densificação. O ferramental carregado desta maneira é então arranjado dentro de uma câmara de reação de um forno de infiltração com sua entrada de admissão de gás reagente conectada no duto tubular para permitir que um gás reagente seja admitido no duto, que então distribui o gás ao longo das faces principais dos substratos em uma direção de fluxo que é essencialmente radial.

[007] No entanto, esse ferramental de carregamento continua limitado à densificação de fluxo direcionado de substratos finos que são de 3 / 17forma simples, tais como chapas retangulares finas, e não pode ser usado para densificação uniforme de substratos porosos que apresentam formas tridimensionais complexas, tais como pré-formas de fibra para pás. Especificamente, o fluxo de uma corrente de gás em substratos de forma tridimensional complexa é mais difícil de controlar. Similarmente, esse tipo de ferramental dá origem a dispersão térmica que torna difícil obter fácil controle da temperatura em todos os pontos das pré-formas, e entre as pré- formas. A falta de controle do fluxo do gás reagente em todas as pré-formas que devem ser infiltradas dá origem a gradientes que aparecem na densificação ou deposição nos substratos. Entretanto, obtenção de densificação ou deposição uniforme em um substrato é essencial para o desempenho mecânico da parte resultante.

[008] Também, o fator de carregamento em instalações de infiltraçãousando ferramental no qual as pré-formas para infiltração são arranjadas radialmente é relativamente baixo. Produção em escala industrial de partes de forma tridimensional complexa então exige que um grande número de instalações de infiltração seja fabricado e usado, que é altamente penalizante em termos econômicos.

OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Um objetivo de a invenção é fornecer uma solução que permite que pré-formas porosas sejam infiltradas, em particular pré-formas de forma tridimensional complexa que estendem principalmente em uma direção longitudinal, e fazer isto com uma alta capacidade de carregamento, e ainda garantindo deposição uniforme nas pré-formas.

[0010] Este objetivo é alcançado com uma instalação para infiltração química em fase vapor de pré-formas de fibra de forma tridimensional estendendo-se principalmente em uma direção longitudinal, a instalação compreendendo:• uma câmara de reação de forma paralepipédrica, as paredes 4 / 17laterais da câmara de reação incluindo dispositivo de aquecimento; e• uma pluralidade de pilhas de dispositivos de carregamento arranjada na câmara de reação, cada dispositivo de carregamento sendo na forma de um encerramento de forma paralepipédrica provido com elementos de suporte para receber pré-formas de fibra para infiltração.

[0011] Assim, usando tanto uma câmara de reação quanto pilhas dedispositivos de carregamento que são de forma paralepipédrica, é possível aumentar muito significativamente o fator de carregamento da pré-forma da instalação, comparada com instalações de infiltração que usam dispositivos de carregamento anulares. Especificamente, uma vez que os dispositivos de carregamento apresentam um espaço de carregamento de forma paralepipédrica, as pré-formas podem ser arranjadas paralelas uma ao lado da outra em sua direção longitudinal, possibilitando assim obter um fator de ocupação ideal para o volume de carregamento de cada dispositivo de carregamento. Com um dispositivo de carregamento anular como na tecnologia anterior, as pré-formas são arranjadas radialmente, que não possibilita alcançar ocupação ideal do volume de carregamento.

[0012] Também, em virtude de sua forma paralepipédrica, uma vezque os dispositivos de carregamento tenham sido empilhados um por cima do outro, eles formam pilhas que permitem que a câmara de reação seja cheia idealmente, cuja câmara é similarmente de forma paralepipédrica. Selecionando dimensões apropriadas para os dispositivos de carregamento que constituem pilhas, é possível formar uma carga de pré-forma que é adequada para ocupar todo o volume de carregamento funcional da instalação de infiltração.

[0013] Cada dispositivo de carregamento presente na câmara também forma uma dissipação de calor e, consequentemente, age individualmente como um susceptor.

[0014] Além disso, em cada pilha, os dispositivos de carregamento 5 / 17cooperam um com o outro para formar um volume de carregamento que estende-se em uma direção vertical na câmara de reação, assim permitindo que o fluxo ocorra de uma maneira substancialmente retilínea em cada pilha e, consequentemente, obtendo melhor controle do fluxo e da depleção do gás. A despeito de um grande número de pré-formas presentes em uma única carga da invenção, o gás passa somente através de um número limitado de pré- formas em cada pilha, possibilitando assim evitar pintar excessivamente o gás à medida que ele passa através das pré-formas.

[0015] Finalmente, a temperatura pode ser controlada de uma maneiramais uniforme na câmara de reação, uma vez que a câmara é aquecida pelo menos por meio das paredes laterais da câmara.

[0016] Em um primeiro aspecto da invenção, a câmara de reação é de forma paralepipédrica retangular, e inclui pelo menos uma fileira de uma pluralidade de pilhas de dispositivos de carregamento, a dita fileira estendendo-se na direção longitudinal da câmara de reação. Uma vez que o aquecimento da câmara de reação é provido em particular pelas paredes laterais da câmara de reação, não existe restrição a respeito do comprimento da câmara e, consequentemente, não existe restrição a respeito do comprimento da carga, possibilitando assim obter um fator de carregamento muito grande.

[0017] Em um segundo aspecto da invenção, cada dispositivo de carregamento é formado por um encerramento de forma paralepipédrica retangular, as pilhas sendo posicionadas na câmara de uma maneira tal que cada dispositivo de carregamento estende-se longitudinalmente na câmara de reação em uma direção perpendicular à direção longitudinal da câmara.

[0018] Em um terceiro aspecto da invenção, a câmara de reação tem uma pluralidade de fileiras de pilhas de dispositivos de carregamento estendendo-se na direção longitudinal da câmara de reação, o dispositivo de aquecimento sendo arranjado entre duas fileiras de pilhas de dispositivos de 6 / 17carregamento. Em tais circunstâncias, a largura da câmara de reação pode ser aumentada, ainda mantendo o controle da temperatura nesta dimensão.

[0019] Em um quarto aspecto da invenção, cada pilha inclui em cada de suas extremidades um respectivo tampão que deve estar vazio de substratos porosos para densificação. Por cima da pilha, isto é, no local onde o gás é introduzido, a zona de tampão serve em particular para evitar que o gás impacte diretamente as pré-formas ao deixar a zona de pré-aquecimento. Na base de cada pilha, a zona de tampão serve para redirecionar as correntes de gás antes que elas sejam descarregadas da câmara de reação.

[0020] Em um quinto aspecto da invenção, as paredes horizontais da câmara de reação incluem dispositivo de aquecimento.

[0021] Em um sexto aspecto da invenção, os dispositivos de carregamento de cada pilha compreendem pré-formas de fibra para pás de aeromotor.

[0022] Em um sétimo aspecto da invenção, as pré-formas de fibra de pá ficam em alinhamento uma ao lado da outra com suas faces do lado de pressão ou faces do lado de sucção orientadas em uma direção comum. Em tais circunstâncias, em cada pilha de dispositivos de carregamento, as pré- formas de fibra de um primeiro dispositivo de carregamento são preferivelmente em alinhamento uma ao lado da outra com suas faces do lado de pressão ou suas faces do lado de sucção orientadas em uma primeira direção, enquanto as pré-formas de fibra de um segundo dispositivo de carregamento adjacentes ao dito primeiro dispositivo ficam em alinhamento uma ao lado da outra com suas faces do lado de pressão ou faces do lado de sucção orientadas em uma segunda direção oposta à primeira direção. Isto possibilita obter um melhor fluxo das correntes de gás próximo das pré- formas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0023] Outras características e vantagens da invenção surgem a partir 7 / 17da descrição seguinte de implementações particulares da invenção, dadas como exemplos não limitantes, e com referência aos desenhos anexos, em que:a Figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de carregamento com pré-formas de pá de acordo com uma modalidade da invenção;a Figura 2 é uma vista explodida do dispositivo de carregamento da figura 1;a Figura 3 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de carregamento com pré-formas de pá de acordo com uma outra modalidade da invenção;a Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma pilha constituída de uma pluralidade de dispositivos de carregamento da figura 1 empilhados um sobre o outro de acordo com uma modalidade da invenção;a Figura 5A é uma vista em perspectiva de uma carga constituída de uma pluralidade de fileiras de 4 pilhas da figura;a Figura 5B é uma vista em perspectiva mostrando o conjunto de zonas de tampão temporário nas porções superior e inferior da carga da figura 5A;a Figura 6 é uma vista em perspectiva explodida de uma instalação de infiltração química em fase vapor de acordo com uma modalidade da invenção;a Figura 7 é uma vista seccional mostrando a carga da figura 5B sendo posta no lugar na instalação de infiltração química em fase vapor da figura 6;a Figura 8 é uma vista seccional mostrando o caminho seguido pelas correntes de gás reagente durante densificação de pré-formas porosas, enquanto a instalação da figura 6 está em operação; ea Figura 9 é uma vista em perspectiva explodida de uma 8 / 17instalação de infiltração química em fase vapor incluindo uma parede do aquecedor disposta entre duas fileiras de pilhas de um dispositivo de carregamento de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES

[0024] A presente invenção aplica a infiltração química em fase vapor de pré-formas porosas. A infiltração pode ser feita em particular a fim de densificar pré-formas e/ou depositar camadas nas pré-formas, tais como camadas de interfase.

[0025] As figuras 1 e 2 mostram um dispositivo de carregamento ou ferramental 10 que, uma vez carregado com substratos para infiltração, é para colocação em uma câmara de reação de forma paralepipédrica em uma instalação de infiltração química em fase vapor industrial. No exemplo atualmente descrito, o ferramental 10 é para receber pré-formas de fibra 20 para pás de aeromotor.

[0026] Cada pré-forma 20 estende-se em uma direção longitudinal entre duas extremidades 21 e 22, e compreende um aerofólio 120 e uma raiz 130 formada por uma porção de maior espessura, por exemplo, com uma seção em forma de bulbo, e estendida por um pino 132 (Figura 1). O aerofólio 120 estende-se na direção longitudinal entre sua raiz 130 e sua ponta 121 e, em seção transversal, apresenta um perfil curvo de espessura variável que define duas faces 122, 123 que correspondem respectivamente à face do lado de sucção e a face do lado de pressão do aerofólio 120. No exemplo atualmente descrito, o aerofólio 120 também inclui uma plataforma da pá interna 140 e uma plataforma da pá externa 160.

[0027] O dispositivo de carregamento atualmente descrito 10 é constituído por uma armação de suporte ou encerramento 11 de forma paralepipédrica retangular com duas paredes longitudinais 110 e 111 e duas paredes transversais 112 e 113, as paredes longitudinais 110 e 111 definindo entre si um espaço de carregamento 16 para as pré-formas 20. Cada parede 9 / 17longitudinal é provida com elementos de suporte que são para receber uma das extremidades 21 e 22 de cada pré-forma de pá 20. Mais precisamente, uma primeira chapa de suporte 1100 incluindo entalhes 1101 que são uniformemente distribuídos ao longo do comprimento da chapa 1100 é presa na porção interna 110a da parede 110 por meio de elementos de aperto 1102 do tipo porca e parafuso. Os entalhes 1101 são para receber as extremidades 21 das pré-formas 20. Similarmente, uma segunda chapa de suporte 1110 incluindo entalhes 1111 que são uniformemente distribuídos ao longo do comprimento da chapa 1110 é presa na porção interna 111a da parede 111 por meio de elementos de aperto 1112 do tipo porca e parafuso. Os entalhes 1111 são para receber as extremidades 22 das pré-formas 20. Em uma modalidade variante, os entalhes são usinados diretamente nas paredes longitudinais do dispositivo de carregamento.

[0028] Uma vez que as pré-formas 20 tenham sido posicionadas no dispositivo de carregamento 10, elas estendem-se longitudinalmente entre as paredes 110 e 111, possibilitando assim obter um dispositivo com boa capacidade de carregamento. Além disso, o uso de dispositivo de suporte nas paredes possibilita minimizar a área de contato entre os substratos para densificação e o dispositivo de carregamento e, consequentemente, proporcionar uma boa área acessível para infiltração do gás reagente.

[0029] No exemplo atualmente descrito, o dispositivo de carregamento também tem pinos de centralização 12 arranjados nas porções externas da parede longitudinal 111 e da parede transversal 112, junto com dois pinos de chaveamento 13 arranjados na porção superior 11a da armação 11 e dois orifícios de chaveamento 14 arranjados na porção inferior 11b da armação 11. Os orifícios de chaveamento 14 são para cooperar com os pinos de chaveamento de um outro dispositivo de carregamento similar quando os dispositivos são empilhados. Os orifícios de chaveamento 14 são colocados em posições que são deslocadas em relação aos pinos de 10 / 17chaveamento 13 de maneira a permitir que as pré-formas 20 sejam invertidas 180° de um dispositivo de carregamento para o seguinte durante empilhamento de tais dispositivos, como descrito com mais detalhes a seguir. O dispositivo de carregamento também tem uma gaxeta de grafite 15 arranjada na porção superior 11a da armação 11, a gaxeta sendo projetada para evitar aderência em um outro dispositivo de carregamento empilhado com ela, e facilitar separá-la depois que as pré-formas tiverem sido densificadas.

[0030] A figura 3 mostra um outro dispositivo de carregamento 30 da invenção que difere do dispositivo de carregamento 10 supradescrito em que apresenta uma forma que é quadrada. O dispositivo de carregamento 30 compreende uma armação de suporte ou encerramento 31 de forma quadrada com quatro paredes 310 a 313, as paredes longitudinais 310 e 311 definindo entre elas um espaço de carregamento 36 para pré-formas de pá 320 similar às pré-formas de pá supradescritas 20. Uma primeira chapa de suporte 3100 incluindo entalhes 3101 que são uniformemente distribuídos ao longo do comprimento da chapa 3100 é presa na porção interna da parede 310 por meio de elementos de aperto do tipo porca e parafuso (não mostrado na figura 3). Os entalhes 3101 são para receber as extremidades 321 das pré-formas 320. Similarmente, uma segunda chapa de suporte 3110 incluindo entalhes 3111 que são uniformemente distribuídos ao longo do comprimento da chapa 3110 é presa na porção interna da parede 311 por meio de elementos de aperto do tipo porca e parafuso (não mostrado na figura 3). Os entalhes 3111 são para receber as extremidades 322 das pré-formas 320. Em uma modalidade variante, os entalhes são usinados diretamente nas paredes longitudinais 310 e 311 do dispositivo de carregamento 30.

[0031] Uma vez que as pré-formas 320 tenham sido posicionadas no dispositivo de carregamento 30, elas estendem-se longitudinalmente entre as paredes 310 e 311, possibilitando assim obter um dispositivo com boa 11 / 17capacidade de carregamento. Além disso, o uso de dispositivo de suporte nas paredes possibilita minimizar a área de contato entre os substratos para densificação e o dispositivo de carregamento e, consequentemente, proporcionar uma boa área acessível para infiltração do gás reagente.

[0032] No exemplo atualmente descrito, o dispositivo de carregamento também tem pinos de centralização 32 arranjados nas porções externas da parede longitudinal 311 e da parede transversal 312, junto com dois pinos de chaveamento 33 arranjados na porção superior da armação 31 e dois orifícios de chaveamento (não mostrados na figura 3) arranjados na porção inferior da armação 31 a fim de cooperar com os pinos de chaveamento de um outro dispositivo de carregamento similar quando eles são empilhados. O dispositivo de carregamento também tem uma gaxeta de grafite 35 arranjada na porção superior 31a da armação 31, a gaxeta sendo projetada para evitar aderência em um outro dispositivo de carregamento empilhado, e facilitar sua separação depois que as pré-formas tiverem sido densificadas.

[0033] As gaxetas de grafite supradescritas são preferivelmente feitas de grafite expandido, tais como os materiais vendidos com os nomes comerciais Sigraflex® ou Papyex®.

[0034] A figura 4 mostra uma pilha 50 sendo constituída de uma pluralidade de dispositivos de carregamento 10, como anteriormente descrito com referência às figuras 1A e 1B. Como mostrado na figura 4, uma pluralidade de dispositivos de carregamento 10 é empilhada uns por cima dos outros; eles são todos idênticos e cada qual previamente carregado com pré- formas de pá 20 para densificação, cujas pré-formas são todas arranjadas na mesma direção. Durante empilhamento de um dispositivo de carregamento 10 em um outro que já está presente na pilha 50, os orifícios 14 do dispositivo de carregamento para empilhamento cooperam com os pinos de chaveamento 13 do dispositivo de carregamento que já estão presentes na pilha de forma que o 12 / 17dispositivo que está sendo adicionado fica deslocado 180° em relação ao dispositivo de carregamento subjacente. Uma vez que as pré-formas de pá são todas inicialmente carregadas na mesma orientação em cada qual dos dispositivos de carregamento, elas são assim deslocadas 180° de um dispositivo de carregamento para o seguinte na pilha. Este deslocamento angular de pré-formas de pá entre dois dispositivos de carregamento adjacentes em uma pilha leva a um melhor fluxo da corrente de gás reagente por toda a pilha. Especificamente, orientando as faces do lado de pressão (ou as faces do lado de sucção) das pré-formas de pá em alternância em uma direção e então na direção oposta de um dispositivo de carregamento para o seguinte na pilha, o gás mais bem distribuído entre as pré-formas até a altura total da pilha, por meio disto possibilitando obter densificação das pré-formas mais uniforme.

[0035] A figura 5A mostra uma carga 500 constituída de três fileiras 510, 520 e 530, cada qual compreendendo uma pluralidade de pilhas 50 como anteriormente descrito com referência às figuras 1 e 2 e estendendo-se em uma direção longitudinal DL. Na figura 5B, uma primeira zona de tampão 540 é arranjada na porção superior da carga 500, e uma segunda zona de tampão 550 é arranjada sob a porção inferior da carga 500. Cada das zonas de tampão 540 e 550 é formada por um número de armações ou encerramentos em forma de paralelepípedo 5401 e 5501 que é idêntico ao número de pilhas 50 presentes na carga 500, as armações 5401 e 5501 apresentando dimensões que são idênticas às dimensões das armações 13 dos dispositivos de carregamento 10.

[0036] A figura 6 é uma vista diagramática de uma instalação de infiltração química em fase vapor ou forno 600 que é para receber a carga 500 contendo as pré-formas porosas para densificação. A instalação de infiltração química em fase vapor 600 compreende uma câmara de reação 610 de forma paralepipédrica retangular que é definida por quatro paredes laterais 611 a 13 / 17614, as paredes 611 e 612 estendendo-se na direção longitudinal da câmara, enquanto as paredes 613 e 614 estendem-se na direção transversal da câmara. Cada das paredes 611 a 614 é provida com um dispositivo de aquecimento, neste exemplo resistências elétricas 615 embutidas em cada das paredes 611 a 614. A porção superior da câmara de reação é fechada por uma tampa removível 620 provida com tubos de admissão de gás 621 que abrem para uma zona de pré-aquecimento 622 para aquecer o gás antes de ele ser difundido na câmara de reação 610 que contém as pré-formas para densificação. Gás residual é extraído do fundo 630 da instalação por tubos de descarga 631 que são conectados no dispositivo de sucção (não mostrado). O fundo 630 que fecha a porção inferior da câmara de reação compreende uma chapa 632 incluindo uma pluralidade de orifícios de descarga de gás 6320 e, em uso, a carga 500 fica nele. Os números de tubos de admissão de gás 621 e de tubos de descarga 631 são determinados em função das dimensões da câmara de reação que deve ser alimentada com gás.

[0037] O espaço presente na câmara de reação 610 entre a zona de pré-aquecimento 622 e a chapa 632 corresponde ao volume de carregamento funcional da instalação de infiltração 600, isto é, o volume que deve carregar pré-formas de fibra para infiltração.

[0038] Segue-se uma descrição de colocação da carga 500 compreendendo as pilhas 50 de pré-formas porosas 20 no lugar na instalação de infiltração química em fase vapor 600. Como mostrado na figura 7, a tampa 620 é removida da instalação 600 a fim de permitir que a carga 500 junto com a primeira e segunda zonas de tampão 540 e 550 seja inserida na câmara de reação 610. A carga 500 é abaixada na câmara 610 por meio da chapa 632 e de hastes de suspensão 640, até que a chapa 632 e, consequentemente, a carga 500, apoiem-se no suporte no fundo 630 por meio dos espaçadores 6301.

[0039] Uma vez que a carga 500 esteja na posição na câmara de 14 / 17reação 610, a tampa 620 é posta no lugar na porção superior da câmara de reação, como mostrado na figura 8. A instalação de infiltração química em fase vapor fica então pronta para operar.

[0040] No exemplo atualmente descrito, a instalação é usada para densificação as pré-formas porosas. A fim de densificar as pré-formas, um gás reagente contendo um ou mais precursores do material da matriz que deve ser depositado é introduzido na câmara de reação 610. A título de exemplo, com compostos de carbono, hidrocarbonetos gasosos são usados, tipicamente propano, metano ou uma mistura de ambos. De uma maneira bem conhecida, com um material cerâmico, tal como carboneto de silício (SiC), por exemplo, é possível usar metil triclorossilano (MTS) como um precursor para SiC.

[0041] De uma maneira bem conhecida, as pré-formas porosas são densificadas depositando nelas a material de matriz produzido pela decomposição do(s) precursor(s) contido(s) no gás reagente que difunde nos poros internos acessíveis dos substratos. As condições de pressão e temperatura necessárias para obter uma variedade de depósitos de matriz por infiltração química em fase vapor são por si bem conhecidas.

[0042] Cada dispositivo de carregamento presente na câmara forma uma dissipação de calor. Assim, uma vez que o dispositivo de aquecimento das paredes da câmara de reação tenha sido ativado, cada dispositivo de carregamento age individualmente como um susceptor que serve para elevar a temperatura das pré-formas presentes em cada dispositivo.

[0043] A figura 8 mostra os caminhos seguidos pelas correntes de gás reagente Fg introduzido na câmara de reação 610 pelo tubo de admissão 621. Um gradiente de pressão é estabelecido entre os tubos de alimentação 621 e os tubos de descarga 631 a fim de melhorar a passagem de correntes de gás reagente através dos dispositivos de carregamento 10 em cada pilha 50. As correntes Fg passam inicialmente através da zona de pré-aquecimento 622 e então penetram na primeira zona de tampão temporário 540, que serve para 15 / 17impedir que o gás que deixa a zona de pré-aquecimento colida diretamente nas pré-formas. As correntes de gás reagente Fg então escoam através dos dispositivos de carregamento 10 de cada pilha 50, começando dos topos 50a das pilhas e indo para as bases 50b destas, onde os resíduos das correntes de gás que não reagiram com as pré-formas passam através da segunda zona de tampão temporário 550, que serve para redirecionar as correntes antes que sejam descarregadas, as correntes então passando através dos orifícios de descarga 6320 na chapa 632 de maneira a ser extraída da câmara de reação 610 através dos tubos de descarga 631.

[0044] A carga da invenção é constituída por uma ou mais pilhas de dispositivos de carregamento de forma paralepipédrica, por exemplo, de forma paralepipédrica retangular ou quadrada, como anteriormente descrito. As pilhas de dispositivos são organizadas como uma ou mais fileiras.

[0045] De maneira geral, as formas e as dimensões dos dispositivos de carregamento, e também a maneira na qual eles são arranjados nas pilhas e na(s) fileira(s) de pilhas que constituem a carga, são selecionadas de uma maneira tal a otimizar ao máximo possível o fator de carregamento de pré- formas na instalação de infiltração.

[0046] Por causa do uso combinado de uma câmara de infiltração com uma câmara de reação na forma de um paralelepípedo que é aquecido pelo menos por meio das paredes laterais da câmara, junto com uma carga que é similarmente na forma de um paralelepípedo, é possível controlar a temperatura por toda a carga. A largura da câmara e, consequentemente, a largura do volume de carregamento funcional, são limitados de maneira a minimizar os gradientes de temperatura que aparecem entre as paredes laterais da câmara de reação estendendo-se na direção longitudinal da câmara, tais como as paredes 611 e 612. Similarmente, a altura da carga é limitada a fim de controlar o fluxo e limitar a extensão na qual o gás é esgotado nas pilhas. Ao contrário, o comprimento da câmara e, consequentemente, o comprimento 16 / 17da carga, não são limitados de maneira nenhuma, possibilitando assim obter um fator de carregamento que é muito grande.

[0047] Exemplos de capacidades de carregamento para um volume de carregamento funcional que é de uma forma paralepipédrica determinada são dados a seguir:• em um volume de carregamento funcional com uma altura de 0,52 metros (m), uma largura de 0,26 m e um comprimento de 14,6 m é possível por meio da presente invenção carregar 3185 pré-formas de pá com um comprimento de cerca de 10 centímetros (cm) usando uma fileira de 65 pilhas, cada qual compreendendo sete dispositivos de carregamento na forma de paralelepípedos retangulares, cada qual contendo sete pré-formas de pá;• em um volume de carregamento funcional com uma altura de 0,74 m, uma largura de 0,34 m e um comprimento de 7,2 m é possível por meio da presente invenção carregar 3200 pré-formas de pá usando uma fileira de 32 pilhas, cada qual compreendendo 10 dispositivos de carregamento na forma de paralelepípedos retangulares, cada qual contendo 10 pré-formas de pá;• em um volume de carregamento funcional com uma altura de 0,74 m, uma largura de 1 m e um comprimento de 2,5 m é possível por meio da presente invenção carregar 3300 pré-formas de pá usando três fileiras de 11 pilhas, cada qual compreendendo 10 dispositivos de carregamento na forma de paralelepípedos retangulares, cada qual contendo 10 pré-formas de pá.

[0048] O limite na largura da câmara de reação com o propósito de controlar a uniformidade de temperatura ao longo desta dimensão do volume de carregamento funcional pode ser rechaçado interpondo, como na instalação de infiltração química em fase vapor 700 mostrada na figura 9, uma parede do aquecedor 716 entre duas fileiras 810 e 820, cada qual constituída de pilhas 900 de dispositivos de carregamento de paralelepípedo 90 que são similares 17 / 17aos dispositivos de carregamento supradescritos 10. A parede 716 é aquecida pelo dispositivo de aquecimento, especificamente resistências elétricas 717 embutidas na parede 716. O volume de carregamento funcional da câmara de reação 710 é também aquecido pelas paredes laterais 711, 714 que têm resistência elétrica 715 embutida nelas.

[0049] Em uma implementação variante, os dispositivos deaquecimento, tais como resistências elétricas, estão também presentes na parede de topo e/ou na parede de base da câmara de reação. 1 / 2

Claims (7)

1. Instalação (600) para infiltração química em fase vapor de pré-formas porosas (20) de forma tridimensional estendendo-se principalmente em uma direção longitudinal, a instalação compreendendo:• uma câmara de reação (610) de forma paralepipédrica, as paredes laterais (611-614) da câmara de reação incluindo um dispositivo de aquecimento (615); e• uma pluralidade de pilhas (50) de dispositivos de carregamento (10) arranjadas na câmara de reação (610), cada dispositivo de carregamento (10) sendo na forma de um encerramento (11) de forma paralepipédrica provido com elementos de suporte (1100, 1110) para receber pré-formas de fibra porosas (20) para pás de aeromotor para infiltração, caracterizada pelo fato de que: o encerramento tem duas paredes longitudinais (110, 111) e duas paredes transversais (112, 113), as paredes longitudinais (110, 111) definindo entre si um espaço de carregamento (16) para as pré- formas de pá (20); em cada pilha, os dispositivos de carregamento (10) cooperam um com o outro para formar um volume de carregamento que estende-se em uma direção vertical na câmara de reação, assim permitindo que o fluxo de gás reagente ocorra de uma maneira retilínea em cada pilha; e, em cada dispositivo de carregamento (10), as pré-formas de pá de fibra (20) ficam em alinhamento uma ao lado da outra com suas faces do lado de pressão (123) ou faces do lado de sucção (122) orientadas em uma direção comum.

2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a câmara de reação (610) é de forma paralepipédrica retangular, e inclui pelo menos uma fileira (510) de uma pluralidade de pilhas (50) de dispositivos de carregamento (10), a fileira estendendo-se na direção longitudinal da câmara de reação.

3. Instalação de acordo com a reivindicação 2, caracterizadaPetição 870190139490, de 26/12/2019, pág. 7/32 2 / 2pelo fato de que cada dispositivo de carregamento (10) é formado por um encerramento (11) de forma paralepipédrica retangular, as pilhas (50) sendo posicionadas na câmara (610) de uma maneira tal que cada dispositivo de carregamento (10) estende-se longitudinalmente na câmara de reação em uma direção perpendicular à direção longitudinal da câmara.

4. Instalação de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a câmara de reação (10) tem uma pluralidade de fileiras (510, 520, 530) de pilhas (50) de dispositivos de carregamento (10) estendendo-se na direção longitudinal da câmara de reação, e os dispositivos de aquecimento (717) são arranjados entre duas fileiras de pilhas de dispositivos de carregamento.

5. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada pilha (50) inclui em cada uma de suas extremidades um respectivo tampão (540; 550) que deve ser vazio de substratos porosos para densificação.

6. Instalação de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que as paredes horizontais (620, 630) da câmara de reação incluem dispositivo de aquecimento.

7. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que, em cada pilha (50) de dispositivos de carregamento (10), as pré-formas de fibra (20) de um primeiro dispositivo de carregamento ficam em alinhamento uma ao lado da outra com suas faces do lado de pressão (123) ou suas faces do lado de sucção (122) orientadas em uma primeira direção, enquanto as pré-formas de fibra (20) de um segundo dispositivo de carregamento (10) adjacentes ao primeiro dispositivo ficam em alinhamento uma ao lado da outra com suas faces do lado de pressão (123) ou faces do lado de sucção (122) orientadas em uma segunda direção oposta à primeira direção.

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