BR112018006996B1

BR112018006996B1 - Métodos para fabricar um conjunto de fibras impregnadas e uma peça de material compósito

Info

Publication number: BR112018006996B1
Application number: BR112018006996-5A
Authority: BR
Inventors: Thierry Claude Henri Godon; Michael PODGORSKI
Original assignee: Safran Aircraft Engines; Safran
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2022-07-12
Also published as: BR112018006996A2; EP3359507A1; EP3359507B1; WO2017060615A9; RU2018116936A; CN108137416B; CA3001072A1; RU2018116936A3; FR3042188B1; RU2723830C2; WO2017060615A1; FR3042188A1; US10836072B2; CN108137416A; US20180281228A1; CA3001072C

Abstract

MÉTODOS PARA FABRICAR UM CONJUNTO DE FIBRAS IMPREGNADAS E UMA PEÇA DE MATERIAL COMPÓSITO. A presente invenção refere-se em particular a um processo para fabricação de um conjunto fibroso impregnado, o processo compreendendo pelo menos as seguintes etapas: - introduzir uma primeira suspensão (10) compreendendo um primeiro pó de partículas sólidas em um volume interno (2) delimitado por uma face interna (1a) de uma primeira textura fibrosa (1) de formato oco posicionada em um molde, em face externa (1b) da textura fibrosa (1) estando presente voltada para uma parede (3) do molde, - impregnar por ação da força centrífuga, a primeira textura fibrosa (1) com a primeira suspensão (10) girando o molde em torno de si mesmo, - posicionar, após a impregnação da primeira textura (1) com a primeira suspensão, uma segunda textura fibrosa na face interna (1a) da primeira textura fibrosa (1) de modo a obter um conjunto fibroso, - introduzir uma segunda suspensão compreendendo um segundo pó de partículas sólidas no volume interno (2) após o posicionamento da segunda textura fibrosa e - impregnar, por ação da força centrífuga, a segunda textura fibrosa com a segunda suspensão girando o molde em torno de si mesmo de modo a obter o conjunto fibroso impregnado.

Description

Fundamentos da invenção

[001] A invenção refere-se a um método para fabricação de um conjunto de fibras impregnadas.

[002] Os materiais compósitos e, em particular, os compósitos óxido/óxido, podem ser preparados de maneira conhecida, empilhando camadas pré-impregnadas por tecelagem bidimensional. Esse tipo de método pode levar, não obstante, a materiais compósitos obtidos que são estratificados e sensíveis ao fenômeno de delaminação quando submetidos a tensão mecânica.

[003] A fim de aperfeiçoar a capacidade dos materiais compósitos de resistir à delaminação, foram feitas tentativas para evitar a obtenção de interfaces entre as camadas bidimensionais, e utilizar possivelmente um ou mais tecidos tridimensionais em vez de tecidos bidimensionais a fim de constituir o reforço de fibra da peça a ser obtida. Foram feitas propostas para formar a matriz introduzindo partículas sólidas no reforço de fibra seguido por sinterização dessas partículas. A fim de introduzir partículas no reforço de fibra, foram usados vários métodos conhecidos, tais como aspiração de pó submicrônico (APS). Nestes métodos, o reforço de fibra é impregnado com uma pasta compreendendo, em particular, o pó de partículas em suspensão em um meio líquido, a pasta incluindo possivelmente também um aglutinante orgânico e também um agente dispersante.

[004] Não obstante, constatou-se que esses métodos podem levar a resultados que não são totalmente satisfatórios quando o reforço de fibra apresenta formato complexo, em particular, um formato oco, possivelmente de espessura relativamente grande ou com zonas de espessura extra. Especificamente, nestas circunstâncias, esses métodos podem ser relativamente longos e de difícil realização a fim de obter a distribuição desejada de partículas dentro do reforço de fibra. Em particular, para uma peça que apresenta a forma de um cone oco, a fim de evitar dobras no tecido(s), pode ser necessário usar ferramentaria relativamente complexa e constituída de uma pluralidade de porções, juntamente com sequências complexas para preparação de moldagem e desmoldagem.

[005] Existe, portanto, a necessidade de um método que torne possível obter de maneira simples uma distribuição controlada de partículas sólidas dentro do reforço de fibra de formato oco e que apresente espessura relativamente grande e, possivelmente, zonas de espessura extra.

[006] Em particular, existe uma necessidade de um método que torne possível obter de maneira simples uma distribuição uniforme de partículas sólidas dentro deste reforço.

Objeto e sumário da invenção

[007] Em um primeiro aspecto, a invenção provê um método para fabricação de um conjunto de fibras impregnadas, o método compreendendo pelo menos as seguintes etapas: - introduzir uma primeira suspensão compreendendo um primeiro pó de partículas sólidas de material cerâmico, de material metálico, ou de material de carbono em um volume interno definido por uma face interna de uma primeira textura fibrosa de formato oco posicionada em um molde, uma face externa da primeira textura fibrosa estando presente voltada para uma parede do molde; - utilizar a ação da força centrífuga para impregnar a primeira textura fibrosa com a primeira suspensão girando o molde; - após impregnar a primeira textura com a primeira suspensão, posicionar uma segunda textura fibrosa na face interna da primeira textura fibrosa a fim de obter um conjunto de fibras; - introduzir uma segunda suspensão compreendendo um segundo pó de partículas sólidas feitas de material cerâmico, de material metálico, ou de carbono, no volume interno) depois de posicionar a segunda textura fibrosa na posição; e - utilizar a ação da força centrífuga para impregnar a segunda textura fibrosa com a segunda suspensão girando o molde de modo a obter um conjunto de fibras impregnadas.

[008] Em um segundo aspecto, a invenção provê um método para fabricação de um conjunto de fibras impregnadas, o método compreendendo pelo menos as seguintes etapas: - introduzir uma primeira suspensão compreendendo um primeiro pó de partículas sólidas de material cerâmico, de material metálico, ou de material de carbono em um volume interno definido por uma face interna de uma primeira textura fibrosa de formato oco posicionada em um molde, uma face externa da primeira textura fibrosa estando presente voltada para uma parede do molde; - utilizar a ação da força centrífuga para impregnar a primeira textura fibrosa com a primeira suspensão girando o molde de modo a encher os poros da primeira textura fibrosa em parte com o primeiro pó; - após impregnar a primeira textura com a primeira suspensão, remover uma primeira porção do molde situado em uma primeira região voltada para a face externa da primeira textura fibrosa; - posicionar uma segunda textura fibrosa na face externa da primeira textura fibrosa na primeira região, a fim de obter um conjunto de fibras; - posicionar uma segunda porção de molde na primeira região, a segunda porção de molde, uma vez em posição, situada voltada para uma face externa da segunda textura fibrosa; - introduzir uma segunda suspensão compreendendo um segundo pó de partículas sólidas feitas de material cerâmico, de material metálico ou de carbono no volume interno; por exemplo, após colocar a segunda textura fibrosa e a segunda porção de molde na posição; e - utilizar a ação da força centrífuga para impregnar as primeira e segunda texturas fibrosas com a segunda suspensão girando o molde encaixado com a segunda porção de molde a fim de obter o conjunto de fibras impregnadas, a segunda suspensão passando através da primeira textura a fim de alcançara a segunda textura durante esta etapa de impregnação.

[009] O conjunto de fibras constitui o reforço de fibra de uma peça de material compósito.

[0010] O segundo pó pode ser diferente do primeiro pó. Assim, em um aspecto, o material constituinte das partículas do segundo pó pode ser diferente do material constituinte das partículas do primeiro pó. Em uma variante, o tamanho médio das partículas do primeiro pó pode ser diferente do tamanho médio das partículas do segundo pó. A menos que do contrário especificado, o termo “tamanho médio” é utilizado para designar o tamanho dado pela metade da distribuição de tamanho de partícula de estatística populacional, referenciado com D50. Também é possível que o primeiro e segundo pós difira no que se refere à distribuição de tamanho de partícula. Em outra variante, as partículas do primeiro pó podem ser diferentes de um formato diferente das partículas do segundo pó. Em uma variante ou em combinação, a concentração de partículas sólidas do primeiro pó na primeira suspensão pode ser diferente da concentração das partículas sólidas do segundo pó na segunda suspensão.

[0011] Em uma variante, o primeiro pó pode ser idêntico ao segundo pó.

[0012] No primeiro aspecto, toda ou alguma porosidade da primeira textura fibrosa pode ser preenchida com o primeiro pó após impregnação com a primeira suspensão. Além do mais, é possível que a segunda suspensão impregne ambas as primeira e segunda texturas fibrosas no conjunto de fibras impregnadas que é obtido usando o primeiro aspecto.

[0013] Em um segundo aspecto, apenas alguma porosidade da primeira textura é preenchida com as partículas do primeiro pó em consequência da impregnação com a primeira suspensão. Este enchimento parcial possibilita à segunda suspensão passar através da primeira textura a fim de impregnar a segunda textura. A fim de preencher a porosidade da primeira textura apenas em parte, a primeira suspensão pode apresentar vantajosamente um teor relativamente baixo de partículas do primeiro pó, por exemplo, menor que ou igual a 20% (fração de volume), e/ou a duração de impregnação com a primeira suspensão pode ser relativamente limitada. O teor de volume de partículas do primeiro pó na primeira suspensão pode ser, por exemplo, igual a 20%. Também é possível buscar implementar a impregnação local da primeira textura com a primeira suspensão de modo a deixar uma ou mais zonas da primeira textura pouco impregnadas ou sem qualquer impregnação. Estas zonas possibilitando que a segunda suspensão passe através a primeira textura a fim de alcançar a segunda textura.

[0014] A espessura da primeira textura pode ser maior que ou igual a 0,5 milímetros (mm), por exemplo, situando na faixa de 0,5 mm a 10 mm. A espessura da segunda textura pode ser maior que ou igual a 0,5 mm, por exemplo, situando na faixa de 0,5 mm a 10 mm. Assim, a espessura do conjunto de fibras pode ser maior que ou igual a 1 mm, por exemplo, situando na faixa de 1 mm a 20 mm. A espessura de uma textura fibrosa ou de um conjunto de fibras corresponde a sua menor dimensão transversa.

[0015] No primeiro e segundo aspectos acima mencionados, girar o molde faz com que a força centrífuga seja aplicada sobre a primeira suspensão a fim de impregnar a primeira textura fibrosa. Uma vez que a primeira textura fibrosa é impregnada, o meio líquido da primeira suspensão pode ser eliminado como opção. Após a impregnação da primeira textura fibrosa, e opcionalmente após a eliminação do meio líquido da primeira suspensão, o molde é set em rotação mais uma vez a fim de aplicar força centrífuga sobre a segunda suspensão e, desse modo, impregnar pelo menos a segunda textura fibrosa com a segunda suspensão.

[0016] Cada um dos dois aspectos da invenção torna possível, sob a ação da força centrífuga gerada girando o molde, obter um conjunto de fibras tendo a primeira e segunda texturas fibrosas em que as partículas sólidas estão presentes. As partículas são introduzidas em “porções” inicialmente introduzindo as partículas na primeira porção do conjunto constituído pela primeira textura fibrosa, e subsequentemente na segunda porção do conjunto constituído pela segunda textura fibrosa.

[0017] A invenção propõe assim um método que é relativamente simples, possibilitando que sejam obtidos conjuntos de fibra impregnada de maneira controlada, cujos conjuntos possuem formato relativamente complexo, são de espessura significativa, e possivelmente zonas presentes de espessura extra.

[0018] Em ambos os aspectos acima descritos, o fato de realizar impregnação por “porções” torna possível controlar de maneira satisfatória o modo como as partículas são distribuídas em um conjunto de fibras de formato complexo e que apresenta espessura relativamente grande, e em particular, obter uma distribuição uniforme de partículas, deve ser o esperado. Ao contrário da situação em que o reforço de fibra de espessura relativamente grande é impregnado centrifugando com uma fase continua, tal como uma resina, o fato de introduzir partículas sólidas neste reforço de fibra apresenta uma dificuldade adicional associada com o fato de gerenciar o transporte dessas partículas através do agrupamento de poros. Embora seja possível obter um resultado satisfatório ao impregnar reforço de fibra relativamente expresso com uma resina pela ação da força centrífuga, resultados com esta qualidade nem sempre são obtidos quando a resina é substituída por uma suspensão de partículas.

[0019] A invenção propõe assim uma solução para resolver o problema específico de introduzir partículas sólidas nos poros de reforço de fibra que é relativamente espesso, esta solução situando no fato de a impregnação do reforço de fibra ser realizado em “porções” sob a ação da força centrífuga.

[0020] Em uma implementação, a impregnação com a primeira suspensão e a impregnação com a segunda suspensão são executadas a velocidades de rotação diferentes do molde.

[0021] Em uma implementação, a impregnação com a primeira suspensão pode ser realizada conferindo uma primeira velocidade de rotação constante diferente de zero ao molde e depois a impregnação com a segunda suspensão pode ser realizada conferindo uma segunda velocidade de rotação constante diferente de zero ao molde, a segunda velocidade de rotação sendo diferente da primeira velocidade de rotação.

[0022] Em uma implementação, e em particular, no primeiro aspecto, a primeira velocidade de rotação pode ser maior que a segunda velocidade de rotação.

[0023] Em uma variante, e em particular, no segundo aspecto, a primeira velocidade de rotação pode ser menor que a segunda velocidade de rotação.

[0024] Em uma implementação, a direção de rotação do molde pode ser revertida uma ou mais vezes durante a impregnação com a primeira suspensão e/ou durante a impregnação com a segunda suspensão.

[0025] Esta implementação é vantajosa por tornar uniforme a distribuição de partículas no conjunto de fibras, quando isso é desejado.

[0026] Em uma variante, a direção de rotação do molde não precisa ser modificada por toda a impregnação com a primeira suspensão e/ou por toda a impregnação com a segunda suspensão.

[0027] Em uma implementação, a primeira e/ou segunda suspensão pode ser introduzida no volume interno pulverizando via um ou mais dispositivos de pulverização, o dispositivo(s) de pulverização pode ser acionado com o movimento de translação e/ou rotação durante a pulverização.

[0028] Em uma implementação, a primeira textura fibrosa pode ser axissimétrica. Em uma variante ou em combinação, a segunda textura fibrosa pode ser axissimétrica.

[0029] A título de exemplo, a primeira e/ou segunda textura fibrosa pode ter formato frustocônico. Em uma variante, a primeira e/ou segunda textura fibrosa pode ter formato cilíndrico.

[0030] Em uma implementação, a primeira textura fibrosa pode ser obtida por tecelagem bidimensional ou por tecelagem tridimensional. Nestas circunstâncias, a segunda textura fibrosa também pode ser obtida por tecelagem bidimensional ou por tecelagem tridimensional.

[0031] Em uma implementação, as partículas do primeiro pó podem ser feitas de material cerâmico, por exemplo, do tipo carboneto, boreto, óxido, ou nitreto, de carbono, de metal, ou de liga metálica. Independentemente ou em combinação, as partículas do segundo pó pode ser feita de material cerâmico, por exemplo, do tipo carboneto, óxido ou nitreto, de carbono, de metal, ou de liga metálica. A título de exemplo, as partículas do primeiro e segundo pós podem ser formadas por um material metálico selecionado de: alumínio, silício, titânio, zircônio e ligas dos mesmos. Quando as partículas são feitas de um material metálico, o material pode ser adequado para oxidação durante tratamento por calor, a fim de formar partículas de óxidos metálicos que podem então formar a matriz da peça por sinterização.

[0032] Os fios formadores da primeira textura fibrosa pode ser feito de material refratário. A primeira textura fibrosa pode compreender fios feitos de materiais cerâmicos, por exemplo, do tipo carboneto, boreto, óxido ou nitreto, de carbono, ou de uma liga metálica. Em uma implementação, a primeira textura fibrosa pode compreender fios de cerâmica de óxido refratário e as partículas do primeiro pó podem ser partículas de cerâmica de óxido refratário.

[0033] Os fios formadores da segunda textura fibrosa podem ser feitos de material refratário. A segunda textura fibrosa pode compreender fios feitos de material cerâmico, por exemplo, do tipo carboneto, óxido ou nitreto, de carbono, ou de liga metálica. Em particular, a segunda textura fibrosa pode compreender fios de cerâmica de óxido refratário e as partículas do segundo pó podem ser opcionalmente partículas de cerâmica de óxido refratário.

[0034] A presente invenção também provê um método para fabricar uma peça de material compósito, o método compreendendo pelo menos as seguintes etapas: - fabricar um conjunto de fibras impregnado realizando um método como descrito acima; e depois: - formar uma fase de matriz a partir das partículas do primeiro e segundo pós, desse modo densificando o conjunto de fibras a fim de obter a peça de material compósito.

[0035] A peça de material compósito conforme obtida deste modo pode ser um tubo, um revestimento, ou um anel de turbina.

[0036] Antes de formar a fase de matriz, é possível eliminar o meio líquido da primeira e/ou segunda suspensões impregnando o conjunto de fibras.

[0037] Em uma implementação, a fase de matriz pode ser formada totalmente ou em parte mediante sinterização das partículas do primeiro e segundo pós.

[0038] Uma vez que a peça foi obtida, ela pode ser submetida de maneira convencional a uma etapa de usinagem a fim de dar a ela as dimensões desejadas e/ou uma etapa de cobertura em que ela é recoberta com uma barreira térmica ou com uma barreira ambiente, por exemplo.

Breve descrição dos desenhos

[0039] Outras características e vantagens da invenção surgem da descrição a seguir de implementações particulares da invenção dadas como exemplos não limitativos e com referência aos desenhos anexos, em que: - a Figura 1 mostra uma textura fibrosa oca posicionada em um molde a fim de ser processada por um método da invenção; - a Figura 2 é uma seção em II-II da Figura 1; - a Figura 3 mostra o molde das Figuras 1 e 2 provido com um dispositivo de pulverização para o propósito de introduzir uma suspensão de partículas no volume interno; - a Figura 4 mostra a implementação de uma etapa de impregnação de exemplo da primeira textura fibrosa como realizado no contexto de um método da invenção; - a Figura 5 mostra o posicionamento de uma segunda textura fibrosa contra a face interna da primeira textura fibrosa; - a Figura 6 mostra como a velocidade de rotação conferida ao molde vara durante um método de exemplo da invenção; - as Figuras 7A a 7C mostram uma variante da invenção em que a segunda textura fibrosa é posicionada na superfície externa da primeira textura fibrosa; e - as Figuras 8 e 9 mostram o desempenho de diferentes variantes da etapa de impregnação da primeira textura fibrosa de acordo com a invenção.

[0040] Nas Figuras, as dimensões relativas dos vários elementos não estão necessariamente em escala, por razões de melhor legibilidade.

Descrição detalhada das implementações

[0041] Exemplos de meios adequados para utilização na formação da primeira e segunda texturas fibrosas que são para serem usados no contexto de um método da invenção estão descritos inicialmente.

[0042] Estas texturas podem ser obtidas por tecelagem de múltiplas camadas entre uma pluralidade de camadas de fios de urdidura e uma pluralidade de camadas de fios de trama. A tecelagem de múltiplas camadas que é realizada pode ser, em particular, uma tecedura por entrelaçamento, ou seja, uma tecedura em que cada camada de fios de trama interconecta uma pluralidade de camadas de fios de urdidura com todos os fios em uma dada coluna de trama tendo o mesmo movimento no plano de tecedura. Naturalmente, outros tipos de tecelagem de múltiplas camadas poderiam ser usados.

[0043] Quando as texturas fibrosas são feitas por tecelagem, a tecelagem pode ser realizada usando fios de urdidura que se estendem na direção longitudinal das texturas fibrosas, ficando compreendido que também é possível a tecelagem com fios de trama estendendo-se nesta direção.

[0044] Em uma implementação, os fios usados podem ser fios de cerâmica de óxido refratário, silício fios de carboneto de silício, ou fios de carbono. Vários modos adequados de realizar a tecelagem de múltiplas camadas são descritos no Documento WO 2006/136755.

[0045] As texturas também podem ser obtidas montando juntas pelo menos duas estruturas fibrosas. Nestas circunstâncias, as duas estruturas fibrosas podem ser unidas em conjunto, por exemplo, por costura ou por agulhamento. Em particular, cada uma das estruturas fibrosas pode ser obtida a partir de uma camada ou uma pilha compreendendo uma pluralidade de camadas de: - um tecido unidimensional (1D); - um tecido bidimensional (2D); - um trançado; - uma malha; - um feltro; - uma folha unidimensional (1D) de fios ou fibras ou folhas multidimensionais (nD) obtidas sobrepondo uma pluralidade de folhas 1D em diferentes direções e unindo juntas as folhas 1D, por exemplo, por costura, por um agente aglutinante químico, ou por agulhamento.

[0046] Com uma pilha de uma pluralidade de camadas, as camadas podem ser unidas juntas, por exemplo, por costura, implantando fios ou elementos rígidos, ou por agulhamento.

[0047] Uma vez que a primeira textura oca 1 foi fabricada, ela é então posicionada em um molde posicionando a face externa 1b da primeira textura 1 voltada para uma parede lateral 3 do molde, como mostrado nas Figuras 1 e 2. Como mostrado, a primeira textura fibrosa 1 é oca e define um volume interno 2. No exemplo mostrado, o molde e a primeira textura 1 possuem um formato axissimétrico, neste exemplo, especificamente frustocônico. Não ultrapassaria o âmbito da invenção se o molde e a primeira textura tivessem qualquer outro tipo de formato, tal como, por exemplo, um formato cilíndrico. A face interna 1a da primeira textura 1 presente no molde define um volume interno 2 no qual a primeira e segunda suspensões são para serem introduzidas. Antes de realizar a etapa de impregnação, a primeira textura 1 presente no molde pode ser seca e não precisar opcionalmente conter quaisquer partículas sólidas em seus poros internos. Em uma variante, antes de ser posicionada no molde, a primeira textura 1 pode ser submetida a uma etapa de impregnação que leva faz com que as partículas sólidas sejam introduzidas em seus poros internos.

[0048] Uma vez que a primeira textura 1 foi introduzida no molde, o molde é fechado em uma de suas extremidades por uma parede de extremidade 4. A primeira textura 1 pode ser introduzida no molde manualmente. Uma vez que a primeira textura 1 foi introduzida no molde, ela é retida na posição no molde, por exemplo, fixando as bordas da primeira textura 1 ao molde. Esta fixação pode ser realizada por encaixes, tais como parafusos ou por fita adesiva (Scotch®). Também é possível reter a primeira textura 1 no molde através de um núcleo central oco perfurado, por exemplo, na forma de uma grade que é posicionada voltada para a face interna 1a da primeira textura 1. Este núcleo central apresenta uma pluralidade de perfurações que possibilitam que um meio líquido passe através dele a fim de impregnar a primeira textura 1.

[0049] A espessura e1 da primeira textura 1 pode ser maior que ou igual a 0,5 mm, por exemplo, situando na faixa de 0,5 mm a 10 mm.

[0050] O molde é conectado a um sistema de rotação (não mostrado) que possibilita ao molde ser posto em rotação sobre seu eixo de rotação X que, no exemplo mostrado, também corresponde ao eixo longitudinal da primeira textura 1.

[0051] Uma vez que a primeira textura 1 foi posicionada no molde, um dispositivo de pulverização 7 para pulverizar uma suspensão de partículas sólidas é então introduzido no molde através da extremidade 5 do molde que está situado distante da parede de extremidade 4, como mostrado na Figura 3. O dispositivo de pulverização 7 apresenta uma pluralidade de orifícios 8 em sua superfície através dos quais uma primeira suspensão de partículas sólidas é para ser introduzida no volume interno 2.

[0052] A fim de impregnar a primeira textura 1, o molde é fechado em sua extremidade 5 pela tampa 9. Em seguida, a primeira suspensão 10 compreendendo um primeiro pó de partículas sólidas em suspensão em um meio líquido é introduzida no volume interno 2, como mostrado na Figura 4. As partículas do primeiro pó podem ser feitas de material cerâmico, de material metálico, ou de carbono. No exemplo mostrado, a primeira suspensão 10 é introduzida no volume interno 2 mediante pulverização usando o dispositivo de pulverização 7.

[0053] São possíveis variantes diferentes dessas mostradas na Figura 4 para os fins de introduzir uma suspensão de partículas sólidas no volume interno 2, como descrito abaixo.

[0054] O molde é posto em rotação sobre o eixo de rotação X em uma velocidade de rotação diferente de zero a fim de impregnar a primeira textura 1 com a primeira suspensão 10 sob a ação da força centrífuga. A rotação do molde pode ser iniciada antes ou ao introduzir a primeira suspensão 10 no volume interno 2. Em uma implementação, o molde pode ser acionado a uma velocidade de rotação constante diferente de zero ao impregnar a primeira textura com a primeira suspensão. Em uma variante, a velocidade de rotação do molde pode ser alterada ao impregnar a primeira textura com a primeira suspensão.

[0055] É possível impregnar a primeira textura 1 com a primeira suspensão até a saturação (ou seja, até que ela esteja completamente preenchida). Nestas circunstâncias, a rotação do molde é interrompida após a primeira textura ter sido completamente preenchida. Em uma variante, é possível preencher a primeira textura com a primeira suspensão apenas parcialmente, e subsequentemente introduzir uma terceira suspensão diferente da primeira suspensão no volume interno e depois proceder com a impregnação da primeira textura com a terceira suspensão rotacionando o molde. Nestas circunstâncias, a impregnação da primeira textura com a terceira suspensão pode ser realizada opcionalmente até que ela esteja completamente preenchida. Quando é usada uma terceira suspensão, o método é então prosseguido posicionando a segunda textura e impregnando-a com a segunda suspensão.

[0056] Após a primeira textura 1 ter sido impregnada com a primeira suspensão, uma segunda textura fibrosa 20 pode ser fixada contra a face interna 1a da primeira textura fibrosa 1 a fim de obter um conjunto de fibras (ver Figura 5). A primeira suspensão que impregna a primeira textura 1 pode apresentar pó adesivo suficiente para possibilitar que a segunda textura 2 seja fixada à face interna 1a da primeira textura 1. Em uma variante, a segunda textura 20 pode ser fixada à primeira textura 1 usando um elemento adesivo adicional, por exemplo, uma fita adesiva (Scotch®), ou mediante uma operação têxtil, tal como agulhamento.

[0057] A segunda textura 20 pode ser retida na posição no molde mais firmemente fixando as bordas da segunda textura ao molde através de fita adesiva ou usando um núcleo central oco perfurado, como mencionado acima para a primeira textura.

[0058] O conjunto de fibras compreende pelo menos a primeira e segunda texturas fibrosas 1 e 20. A título de exemplo, a segunda textura 20 pode ser para formar uma zona de espessura extra no conjunto de fibras, como mostrado na Figura 5. A segunda textura fibrosa 20 pode ser fabricada da mesma maneira como descrito acima para a primeira textura fibrosa 1. A segunda textura fibrosa 20 pode ter a espessura e2 maior que ou igual a 0,5 mm, por exemplo, situando na faixa de 0,5 mm a 10 mm.

[0059] No exemplo da Figura 5, uma membrana impermeável 22 também é posicionada contra a face interna 1a da primeira textura 1 em uma ou mais zonas diferentes da zona em que a segunda textura 20 está presente. Esta membrana 22 serve para evitar que a segunda suspensão penetre na primeira textura fibrosa 1 quando o molde é posto em rotação. Naturalmente, não ultrapassaria o âmbito da invenção se uma membrana impermeável não fosse utilizada. A membrana impermeável 22 pode ser retida na posição no molde da mesma maneira que a primeira e segunda texturas. No exemplo mostrado, a segunda textura 20 estende-se por apenas uma porção da face interna 1a da primeira textura 1. Em uma variante que não está mostrada, a segunda textura estende-se por toda a face interna da primeira textura.

[0060] Uma vez que a segunda textura 20 está na posição na face interna 1a, uma segunda suspensão compreendendo um segundo pó de partículas sólidas em suspensão em um meio líquido é introduzida no volume interno. As partículas do segundo pó podem ser feitas de material cerâmico, de material metálico, ou de carbono. O molde é colocado em rotação sobre o eixo de rotação X a uma velocidade diferente de zero a fim de impregnar a segunda textura 20 com a segunda suspensão pela ação da força centrífuga. A segunda textura fibrosa pode ser impregnada com a segunda suspensão usando o dispositivo de pulverização 7, como descrito acima.

[0061] Após ser impregnada com a segunda suspensão, a primeira textura pode incluir partículas do primeiro e segundo pós.

[0062] A velocidade de rotação do molde usada durante a impregnação da primeira textura pode ser diferente da velocidade usada durante a impregnação da segunda textura. O gráfico da Figura 6 mostra como a velocidade de rotação conferida ao molde pode variar.

[0063] Durante a impregnação da primeira textura, é possível assim fazer o molde girar a uma primeira velocidade de rotação constante v1 e depois reduzir a velocidade de rotação do molde continuamente até o molde ser interrompido. A segunda textura 20 pode ser então colocado na posição contra a face interna 1a da primeira textura 1, como mostrado na Figura 5. A rotação do molde é então reiniciada com uma segunda velocidade de rotação constante v2 sendo conferida a fim de impregnar a segunda textura 20 com a segunda suspensão. A duração do primeiro estágio de impregnação (impregnando a primeira textura) pode ser mais longa que, igual a ou mais curta que a duração do segundo estágio de impregnação (impregnando a segunda textura). Modificar o perfil de velocidade da rotação conferida ao molde torna possível, quando assim desejado, obter uma distribuição uniforme de partículas através da espessura do conjunto de fibras compreendendo a primeira e segunda texturas.

[0064] Em uma implementação, o molde pode ser acionado a uma velocidade de rotação constante diferente de zero durante a impregnação da segunda textura com a segunda suspensão. Em uma variante, a velocidade de rotação do molde durante a impregnação da segunda textura com a segunda suspensão pode ser alterada. Durante a impregnação da segunda textura com a segunda suspensão, é possível conferir uma velocidade de rotação ao molde que é menor que ou igual a ou maior que a velocidade de rotação que foi conferida ao molde durante a impregnação da primeira textura com a primeira suspensão.

[0065] A título de exemplo, a velocidade de rotação conferida ao molde durante toda ou parte da impregnação com a primeira suspensão e/ou com a segunda suspensão pode ser maior que ou igual a 1 revolução por minuto (rpm), por exemplo, situando na faixa de 1 rpm a 5000 rpm.

[0066] Independentemente do perfil utilizado para variar a velocidade de rotação do molde e independentemente do aspecto da invenção em consideração, o dispositivo de pulverização 7 pode ser movido em translação ao longo do eixo de rotação X durante a impregnação da primeira e/ou segunda textura 1 e/ou 20. A extremidade 15 do dispositivo de pulverização 7 pode realizar assim diversos movimentos de ida e volta entre duas posições distintas distanciadas ao longo do eixo de rotação X. Independentemente do movimento em translação como descrito acima, ou em combinação com o mesmo, o dispositivo de pulverização 7 pode ser levado a mover-se em rotação durante a impregnação da primeira e/ou segunda textura 1 e/ou 20. Nestas circunstâncias, o dispositivo de pulverização 7 pode girar na mesma direção de rotação do molde ou na direção oposta, na mesma velocidade de rotação do molde ou em uma velocidade de rotação diferente. A imposição de movimento em translação e/ou em rotação ao dispositivo de pulverização 7 pode servir vantajosamente para aperfeiçoar mais a natureza uniforme da impregnação realizada. Em uma variante, o dispositivo de pulverização 7 permanece estacionário durante a impregnação da primeira e segunda texturas.

[0067] A Figura 3 mostra um dispositivo de pulverização 7 com uma distribuição uniforme de orifícios 8, todos estes orifícios 8 sendo do mesmo tamanho. Naturalmente, não ultrapassaria o âmbito da invenção se esse não fosse o caso. Especificamente, em uma variante, o dispositivo de pulverização pode apresentar um primeiro jogo de orifícios apresentando um primeiro tamanho e um segundo jogo de orifícios apresentando um segundo tamanho diferente do primeiro. O primeiro jogo de orifícios pode estar situado em uma primeira região do dispositivo de pulverização que é diferente de, e possivelmente separado de uma segunda região do dispositivo de pulverização contendo o segundo jogo de orifícios. A primeira e segunda regiões podem ser deslocadas ao longo do eixo de rotação X. Por exemplo, o primeiro tamanho pode ser maior que o segundo tamanho e o primeiro jogo de orifícios pode estar situado voltado para uma zona da primeira textura fibrosa que possui diâmetro maior que a zona da primeira textura fibrosa situada voltada para o segundo jogo de orifícios. Em uma variante, os orifícios do primeiro jogo e os orifícios do segundo jogo podem ser misturados em conjunto na superfície do dispositivo de pulverização.

[0068] Em uma variante ou em combinação com a característica acima relacionada ao tamanho dos orifícios, a densidade dos orifícios pode variar por seguir ao longo da superfície do dispositivo de pulverização. Assim, o dispositivo de pulverização pode apresentar orifícios em uma primeira densidade em uma primeira região e pode apresentar orifícios a uma segunda densidade que é diferente da primeira em uma segunda região que é diferente da primeira. A primeira e segunda regiões podem ser deslocadas ao longo do eixo de rotação X. Por exemplo, a primeira densidade pode ser maior que a segunda densidade e a primeira região pode estar situada voltada para uma zona da primeira textura fibrosa que possui diâmetro maior que a zona da primeira textura fibrosa situada voltada para a segunda região.

[0069] Em uma variante, ou em combinação com as características acima, a distribuição geométrica dos orifícios no dispositivo de pulverização pode variar por seguir ao longo do eixo de rotação X, com os orifícios estando arranjados em uma configuração escalonada, por exemplo.

[0070] Em uma concretização, uma camada de material poroso (não mostrada) pode estar presente entre a face externa 1b da primeira textura fibrosa 1 e a parede lateral 3 do molde. Esta camada de material poroso serve para drenar o meio líquido da suspensão introduzida na primeira textura fibrosa ao mesmo tempo que possibilita que as partículas sólidas que foram introduzidas sejam retidas na primeira textura fibrosa. Usando uma camada de material poroso que provenha drenagem seletiva do meio líquido, é possível acumular partículas sólidas na primeira textura fibrosa e assim aumentar a fração de volume da matriz obtida no final do método.

[0071] Uma vez que a impregnação da primeira e segunda texturas foi concluída, o meio líquido da primeira suspensão e da segunda suspensão pode ser eliminado. Esta eliminação pode ser realizada mediante aquecimento ou mediante aspiração (evacuação). Assim, o molde pode ser provido com um membro aquecedor ou ele pode ser posicionado em um invólucro aquecido, ou ele pode ser conectado a um dispositivo de bombeamento que serve para evaporar o meio líquido. Em uma variante, após impregnar a primeira textura fibrosa com a primeira suspensão, é possível eliminar o meio líquido da primeira suspensão e depois impregnar a segunda textura fibrosa com a segunda suspensão, e depois eliminar o meio líquido da segunda suspensão.

[0072] A viscosidade da primeira suspensão e/ou da segunda suspensão pode ser de cerca de 30 milipascal-segundos (mPa.s) quando medida usando um medidor de viscosidade do tipo Brookfield a uma temperatura de 20°C.

[0073] De maneira conhecida, a primeira suspensão e/ou a segunda suspensão pode incluir um aglutinante orgânico.

[0074] O teor de volume de partículas sólidas na primeira suspensão e/ou na segunda suspensão pode ser menor que ou igual a 40%. O teor de volume de partículas sólidas na primeira suspensão e/ou na segunda suspensão pode ser maior que ou igual a 20%, por exemplo, ele pode situar-se na faixa de 20% a 40%. A invenção pode ser usada vantajosamente com suspensões que possuem um teor relativamente grande de partículas sólidas, uma vez que embora estas suspensões apresentem viscosidade relativamente alta, ainda é possível realizar impregnação com suspensões deste tipo aumentando a velocidade de rotação do molde.

[0075] Então é possível obter uma peça de material compósito na qual o conjunto compreendendo a primeira e segunda texturas se constitui no reforço de fibra formando uma fase de matriz de densificação, por exemplo, sinterizando as partículas sólidas presentes no conjunto de fibras. Em uma variante, por exemplo, se as partículas sólidas que foram introduzidas forem partículas de carbono, é possível formar uma fase de matriz infiltrando no conjunto de fibras uma composição derretida com base em silício a fim de formar uma fase de matriz de carboneto de silício por reação entre o carbono que foi introduzido e o silício derretido. Esta implementação em que é formada uma fase de matriz infiltrando uma composição no estado derretido também pode ser realizada quando as partículas sólidas introduzidas por centrifugação são partículas cerâmicas, por exemplo, partículas de carboneto e/ou nitreto. A formação da matriz de densificação serve para aperfeiçoar mais a coesão entre a primeira e segunda texturas.

[0076] As Figuras 7A a 7C mostram uma variante em que, após impregnar a primeira textura 1 com a primeira suspensão, uma primeira porção 24 do molde que é situado em uma primeira região voltada para a face externa 1b da primeira textura 1 é removida. Em seguida, a segunda textura 20 é posicionada na face externa 1b da primeira textura 1 na primeira região (ver Figura 7B). Uma segunda porção de molde 28 é então fixada sobre a primeira região voltada para uma face externa 20b da segunda textura fibrosa 20 (ver Figura 7C). Como mostrado, a segunda porção de molde 28 pode ser de um formato que é diferente do formato da primeira porção de molde 24. Em seguida, a segunda suspensão é introduzida no volume interno e a segunda textura é impregnada com a segunda suspensão girando o molde encaixado com a segunda porção de molde. Neste aspecto, a porosidade da primeira textura é preenchida apenas em parte com partículas do primeiro pó em consequência de impregnação com a primeira suspensão de modo a permitir que a segunda suspensão passe através da primeira textura a fim de alcançar a segunda textura. É possível assim modificar o formato do molde ao realizar uma implementação do método da invenção.

[0077] Os meios descritos acima para introdução da primeira suspensão no volume interno podem ser utilizados para introduzir a segunda suspensão no volume interno. Em uma implementação, o molde pode ser acionado em uma velocidade de rotação diferente de zero que seja constante ao impregnar a segunda textura com a segunda suspensão. Em uma variante, a velocidade de rotação do molde pode ser variada ao impregnar a segunda textura com a segunda suspensão. Ao impregnar a segunda textura com a segunda suspensão, é possível conferir uma velocidade de rotação ao molde que seja maior que a velocidade de rotação conferida ao molde ao impregnar a primeira textura com a primeira suspensão.

[0078] Independentemente da implementação usada, a segunda textura fibrosa pode compreender fios feitos de material cerâmico, por exemplo, feitos de carboneto de silício, ou de óxido refratário, ou de carbono.

[0079] Não ultrapassaria o âmbito da invenção caso a direção de rotação do molde e/ou do dispositivo de pulverização 7 seja revertida uma ou mais vezes ao impregnar com a primeira suspensão e/ou com a segunda suspensão.

[0080] A Figura 8 mostra uma variante da etapa de impregnar a primeira textura 1, na qual são usados dois dispositivos de pulverização 7a e 7b. Cada um dos dispositivos 7a e 7b é posicionador através de uma extremidade oposta do molde. Este tipo de configuração pode ser usado no contexto do primeiro aspecto da invenção ou no segundo aspecto da invenção.

[0081] Da mesma maneira que a descrita acima, o dispositivo 7a e/ou o dispositivo 7b pode ser acionado com movimentos em rotação e/ou em translação durante a impregnação.

[0082] A Figura 9 mostra uma variante da impregnação método da invenção. No exemplo mostrado na Figura 9, a primeira suspensão 10 é introduzida por vazamento no volume interno. A suspensão é introduzida através da extremidade 5 que é situada distante da parede de extremidade 4 do molde. O molde é então posto em rotação, como descrito acima, a fim de impregnar a primeira textura 1 com a primeira suspensão 10. No exemplo mostrado na Figura 9, é possível vazar uma primeira fração da primeira suspensão no volume interno e depois colocar o molde em rotação a fim de impregnar a primeira textura 1 com dita primeira fração, e subsequentemente vazar uma segunda fração da primeira suspensão no volume interno a fim de impregnar a primeira textura 1 com a dita segunda fração enquanto o molde está girando. Como mostrado na Figura 9, a primeira suspensão que é introduzida pode preencher substancialmente todo o volume interno.

[0083] Em uma variante não mostrada, é possível usar o mesmo molde impregnar uma pluralidade de texturas fibrosas ocas simultaneamente com a mesma suspensão de partículas sólidas ou com suspensões diferentes. Nestas circunstâncias, pelo menos uma divisória de separação encontra-se presente no volume interno do molde, esta divisória de separação que define duas câmaras de processamento distintas, com uma textura fibrosa estando presente em cada uma das câmaras de processamento.

[0084] Em uma variante que não está mostrada, uma vez que a segunda textura fibrosa foi impregnada, é possível posicionar uma terceira textura fibrosa e proceder com a impregnação da mesma com uma suspensão de partículas girando o molde.

Exemplo

[0085] Uma primeira textura fibrosa de formato frustocônico apresentando um diâmetro pequeno de 10 centímetros (cm) e um diâmetro pequeno de 150 cm, e feita de fibras de alumina de “Nextel 610” conforme fornecida pelo fornecedor 3M foi colocada em um molde.

[0086] Como mostrado na Figura 1, a face externa da primeira textura foi posicionada voltada para uma parede lateral do molde, com a face interna da primeira textura definindo um volume interno. Uma primeira suspensão de um pó de alumina do tipo SM8 constituindo-se de 20% por volume foi introduzida no volume interno. A fim de impregnar a primeira textura, a velocidade de rotação do molde foi ajustada a 500 rpm por 30 minutes (min).

[0087] Uma segunda textura fibrosa de formato frustocônico apresentando um diâmetro pequeno de 120 cm e um diâmetro grande de 130 cm e feito de fibras de alumina de “Nextel 610” foi então posicionada na face interna da primeira textura fibrosa impregnada a fim de obter um conjunto de fibras. Uma membrana impermeável foi aplicada contra as zonas da face interna da primeira textura fibrosa que não foram cobertas pela segunda textura fibrosa.

[0088] Uma segunda suspensão de um pó de alumina do tipo SM8 constituindo-se de 20% por volume foi introduzida no volume interno. A fim de impregnar a segunda textura, a velocidade de rotação do molde foi ajustada a 1000 rpm por 15 min.

[0089] Uma vez que o conjunto de fibras foi impregnado, o meio líquido da primeira e segunda suspensões foi eliminado por evaporação a vácuo a uma pressão inferior a ou igual a 23 milibares (mbares). As partículas de alumina foram então sinterizadas. Os volumes da primeira e segunda suspensões que foram introduzidas foram selecionados de modo a obter, após a sinterização, uma fração fibrosa de volume na peça de cerca de 50% e uma fração de volume de matriz de cerca de 32%.

[0090] O termo “situando na faixa de ... a ...” deve ser compreendido como incluindo os extremos.

Claims

1. Método para fabricar um conjunto de fibras impregnadas, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas de: - introduzir uma primeira suspensão (10) compreendendo um primeiro pó de partículas sólidas de material cerâmico, de material metálico ou de material de carbono em um volume interno (2) definido por uma face interna (1a) de uma primeira textura fibrosa (1) de formato oco posicionada em um molde, uma face externa (1b) da primeira textura fibrosa (1) estando presente voltada para uma parede (3) do molde; - utilizar a ação da força centrífuga para impregnar a primeira textura fibrosa (1) com a primeira suspensão (10) girando o molde; - após impregnar a primeira textura (1) com a primeira suspensão, posicionar uma segunda textura fibrosa (20) na face interna (1a) da primeira textura fibrosa (1) a fim de obter um conjunto de fibras; - introduzir uma segunda suspensão compreendendo um segundo pó de partículas sólidas feitas de material cerâmico, de material metálico, ou de carbono, no volume interno (2) depois de posicionar a segunda textura fibrosa (20) na posição; e - utilizar a ação de força centrífuga para impregnar a segunda textura fibrosa (20) com a segunda suspensão girando o molde de modo a obter um conjunto de fibras impregnadas, a impregnação com a primeira suspensão e a impregnação com a segunda suspensão sendo realizadas a diferentes velocidades de rotação do molde.

2. Método para fabricar um conjunto de fibras impregnadas, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas de: - introduzir uma primeira suspensão (10) compreendendo um primeiro pó de partículas sólidas de material cerâmico, de material metálico ou de material de carbono em um volume interno (2) definido por uma face interna (1a) de uma primeira textura fibrosa (1) de formato oco posicionada em um molde, uma face externa (1b) da primeira textura fibrosa (1) estando presente voltada para uma parede (3) do molde; - utilizar a ação da força centrífuga para impregnar a primeira textura fibrosa (1) com a primeira suspensão (10) girando o molde de modo a encher os poros da primeira textura fibrosa (1) em parte com o primeiro pó; - após impregnar a primeira textura (1) com a primeira suspensão, remover uma primeira porção (24) do molde situado em uma primeira região voltada para a face externa (1b) da primeira textura fibrosa (1); - posicionar uma segunda textura fibrosa (20) na face externa (1b) da primeira textura fibrosa (1) na primeira região, a fim de obter um conjunto de fibras; - posicionar uma segunda porção de molde (28) na primeira região, a segunda porção de molde (28), uma vez em posição, situada voltada para uma face externa (20b) da segunda textura fibrosa (20); - introduzir uma segunda suspensão compreendendo um segundo pó de partículas sólidas feitas de material cerâmico, de material metálico ou de carbono no volume interno (2); e - utilizar a ação da força centrífuga para impregnar a primeira e segunda texturas de fibra (1; 20) com a segunda suspensão girando o molde encaixado com a segunda porção de molde (28) a fim de obter o conjunto de fibras impregnadas, a segunda suspensão passando através da primeira textura para atingir a segunda textura durante esta etapa de impregnação, a impregnação com a primeira suspensão e a impregnação com a segunda suspensão sendo realizadas a diferentes velocidades de rotação do molde..

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a direção de rotação do molde é invertida uma ou mais vezes durante a impregnação com a primeira suspensão (10) e/ou durante a impregnação com a segunda suspensão.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a primeira e/ou segunda suspensão é introduzida no volume interno por pulverização através de um ou mais dispositivos de pulverização (7; 7a; 7b), o(s) dispositivo(s) de pulverização. (7; 7a; 7b) sendo acionado(s) com movimento em translação e/ou rotação durante a pulverização.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a primeira textura fibrosa (1) é axissimétrica.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira textura fibrosa (1) é obtida por tecelagem bidimensional ou por tecelagem tridimensional.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira textura fibrosa (1) compreende fios cerâmicos de óxido refratário e em que as partículas do primeiro pó são partículas cerâmicas de óxido refratário.

8. Método para fabricar uma peça de material compósito, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas de: - fabricar um conjunto de fibras impregnado executando um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7; e depois - formar uma fase de matriz a partir das partículas do primeiro e segundo pós, desse modo densificando o conjunto de fibras de modo a obter a peça de material compósito.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a fase da matriz é formada total ou parcialmente por sinterização das partículas do primeiro e segundo pós.