EP4225571A1 - Texture fibreuse non tissee avec embuvage - Google Patents

Texture fibreuse non tissee avec embuvage

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Publication number
EP4225571A1
EP4225571A1 EP21810066.7A EP21810066A EP4225571A1 EP 4225571 A1 EP4225571 A1 EP 4225571A1 EP 21810066 A EP21810066 A EP 21810066A EP 4225571 A1 EP4225571 A1 EP 4225571A1
Authority
EP
European Patent Office
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rovings
wicks
texture
ply
directions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21810066.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Aline Planckeel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Ceramics SA
Original Assignee
Safran Ceramics SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Ceramics SA filed Critical Safran Ceramics SA
Publication of EP4225571A1 publication Critical patent/EP4225571A1/fr
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    • D10B2101/08—Ceramic

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of composite material parts obtained by injecting a liquid phase, loaded or not, into a fibrous reinforcement.
  • the invention relates in particular to the manufacture of so-called “thermostructural” composite materials, namely materials having good mechanical properties and the ability to retain these properties at high temperature, such as carbon/carbon (C/C) composite materials formed from a carbon fiber reinforcement densified by a carbon matrix, ceramic matrix composite materials (CMC) formed of a refractory fiber reinforcement (carbon or ceramic) densified by an at least partially ceramic matrix and composite materials of the oxide/oxide formed from a reinforcement of oxide fibers (alumina) densified by an at least partially oxide matrix.
  • CMC carbon/carbon
  • CMC ceramic matrix composite materials
  • composite materials of the oxide/oxide formed from a reinforcement of oxide fibers (alumina) densified by an at least partially oxide matrix such as carbon/carbon (C/C) composite materials formed from a carbon fiber reinforcement densified by a carbon matrix, ceramic matrix composite materials (CMC) formed of a refractory fiber reinforcement (carbon or ceramic) densified by an at least partially ceramic matrix and composite materials of the oxide/oxide formed from
  • a usual method for obtaining parts made of composite material is the liquid process.
  • the liquid method consists in producing a fibrous preform having substantially the shape of a part to be produced, and intended to constitute the reinforcement of the composite material, and in impregnating this preform with a liquid composition containing a precursor of the material of the matrix.
  • the precursor usually comes in the form of a polymer, such as a resin, optionally diluted in a solvent or of a filler suspended in a slip.
  • the transformation of the precursor into a matrix is carried out by heat treatment (polymerization, sintering, etc.). Several successive impregnation cycles can be carried out to achieve the desired degree of densification.
  • the carbon fiber reinforcement can be impregnated with liquid carbon precursors such as resins with a relatively high coke content, such as phenolic resins.
  • liquid carbon precursors such as resins with a relatively high coke content, such as phenolic resins.
  • composite materials with an organic matrix (CMC) a thermoplastic or thermosetting resin is used to impregnate the fiber preform.
  • the parts are generally produced using filtered injection technology of aqueous suspensions loaded with ceramic or oxide particles.
  • the fibrous reinforcement consists of a fibrous texture obtained by two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) weaving, braiding, fiber placement, filament winding, lapping, needling.
  • the impregnation of the fibrous preform by a precursor liquid composition of the material of the matrix is an important step in that it then conditions the homogeneity and the rate of matrix present in the resulting material and, consequently, the properties mechanics of the material.
  • the level of macroporosity present in the final material directly influences the mechanical properties of the material.
  • the main purpose of the present invention is therefore to provide a fibrous texture comprising unidirectional plies which has a suitable permeability for the injection of a liquid composition, charged or not, within the texture.
  • this object is achieved thanks to a fibrous texture comprising a stack of at least first, second, third and fourth unidirectional plies, characterized in that the first ply comprises a first plurality of rovings aligned along a first direction, the strands of the first plurality of strands being spaced from each other by a determined distance along a direction perpendicular to the first direction, in that the second ply comprises a second plurality of strands aligned along a second direction different from the first direction, the locks of the second plurality of locks being spaced from each other by a determined distance in a direction perpendicular to the second direction, in that the third ply comprises a third plurality of locks aligned in a third direction different from the second direction, the strands of the third plurality of strands being spaced apart s from each other by a determined distance in a direction perpendicular to the third direction, the locks of the third plurality of locks being positioned at the level of the first ply comprises
  • the fibrous texture of the invention has a curling comparable to that present in 2D or 3D woven textures. Thanks to the presence of fogging, the fibrous structure comprises channels facilitating the infiltration of a liquid composition within the texture. This makes it possible to ensure homogeneous and complete impregnation of the fibrous texture even though it consists of a stack of unidirectional plies.
  • the fibrous texture of the invention also has a different compaction behavior from a texture comprising unidirectional plies of the prior art. In fact, under the effect of compaction, the excess length of the rovings is absorbed by internal reorganization of the shrinking of the yarns.
  • the interlacing of the rovings reinforces the ply-to-ply bond, which makes it possible to obtain CMC parts that are more resistant to delamination caused by perforation (acoustic perforation type).
  • the determined distances along which the locks respectively of the first, second, third and fourth plurality of locks are spaced from each other are each greater than the size of a lock of said first, second , third and fourth pluralities of wicks.
  • the second and fourth directions are perpendicular to the first and third directions.
  • the first and third directions can be parallel to a reference direction of the fibrous texture while the second and fourth directions are perpendicular to the reference direction.
  • the first and third directions can also form an angle of +45° with a reference direction of the fibrous texture while the second and fourth directions form an angle of ⁇ 45° with the reference direction.
  • the first and third directions form an angle a with a reference direction of the fibrous texture while the second and fourth directions form an angle P with the reference direction.
  • the angles a and P can be identical or different.
  • the invention also relates to a process for manufacturing a fibrous texture comprising at least:
  • the determined distances along which the rovings respectively of the first, second, third and fourth plurality of rovings are spaced from each other are each greater than the size of a wick of said first, second, third and fourth plurality of wicks.
  • the second and fourth directions are perpendicular to the first and third directions.
  • the first and third directions can be parallel to a reference direction of the fibrous texture while the second and fourth directions are perpendicular to the reference direction.
  • the first and third directions can also form an angle of +45° with a reference direction of the fibrous texture while the second and fourth directions form an angle of -45° with the reference direction.
  • the first and third directions form an angle ⁇ with a reference direction of the fibrous texture while the second and fourth directions form an angle P with the reference direction.
  • the angles a and P can be identical or different.
  • the invention also relates to a process for manufacturing a part made of composite material comprising the following steps: forming a fibrous texture from refractory ceramic fibers according to the process for manufacturing a fibrous texture of the invention, placing the fibrous texture in a mold comprising in its lower part a piece of porous material on which rests a first face of said texture, closing of the mold with a counter-mold or a cover placed opposite a second face of the fibrous texture, injection under pressure of a liquid containing a powder of refractory ceramic particles or of particles of a refractory ceramic precursor into the fibrous texture, drainage by the piece of porous material of the liquid having passed through the fibrous texture and retention of the powder of particles refractory ceramics or particles of a refractory ceramic precursor inside said texture by said maté piece porous material so as to obtain a fibrous preform loaded with refractory ceramic particles or particles of a refractory ceramic precursor, the liquid being evacuated through at least one vent present on the bottom of the mould, drying
  • Figure 1 is a schematic perspective view showing the formation of a first unidirectional ply of a fibrous texture in accordance with one embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic perspective view showing the formation of a second unidirectional ply on the first ply of Figure 1 in accordance with one embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing the formation of a third unidirectional ply on the second ply of Figure 2 in accordance with one embodiment of the invention
  • Figure 4 is a schematic perspective view showing the formation of a fourth unidirectional ply on the third ply of Figure 3 to obtain a fibrous texture in accordance with one embodiment of the invention
  • Figure 5 is a schematic perspective view showing the formation of a fifth unidirectional ply on the fourth ply of the fibrous texture in Figure 4 in accordance with another embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a schematic exploded perspective view of an injection tool used to impregnate the fibrous texture of Figure 4 according to one embodiment of the invention
  • Figure 7 is a schematic sectional view showing the tooling of Figure 6 closed with a fiber texture positioned therein,
  • Figure 8 is a schematic sectional view showing the stages of impregnation of a fibrous texture with a slip loaded in the tool of figure 7.
  • the invention applies to the production of fibrous textures comprising unidirectional plies, these textures being intended to be impregnated by injection with a liquid composition, filled or not, for the manufacture of parts made of composite material.
  • a fibrous texture according to one embodiment of the invention is described.
  • a first unidirectional ply 10 is formed by draping a first plurality of rovings 11 on a support 1 of a draping tool.
  • unidirectional fold is meant here “unidirectional half-folds” in which the locks are spaced from each other, unlike a unidirectional fold in which all the locks are juxtaposed against each other.
  • the production of the fiber texture is carried out using the automatic fiber placement process AFP (for “Automated Fiber Placement”).
  • AFP for “Automated Fiber Placement”.
  • the AFP process consists of juxtaposing several fiber rovings, strands or ribbons using a laying head. Each wick is applied and cut independently of the others, allowing precise placement of each wick under any support geometry.
  • the fibers used to form the rovings to be deposited may in particular be glass, carbon, silicon carbide or oxide fibers, or even a mixture of these fibers.
  • the locks 11 are draped (ie deposited) so as to be aligned in a first direction D A11 .
  • the wicks 1 1 are spaced from each other by a determined distance Du in a direction perpendicular to the first direction DAH , the determined distance Du being preferably greater than the size or width of a single wick 1 1 .
  • a second unidirectional ply 20 is formed by draping a second plurality of rovings 21 over the first unidirectional ply 10.
  • the rovings 21 are draped so as to be aligned in a second direction D A 2i different from the first alignment direction D A n.
  • the second alignment direction D 2 I is perpendicular to the first alignment direction D A11 .
  • the wicks 21 are spaced from each other by a determined distance D 2 I in a direction perpendicular to the second direction D A2 I , the determined distance D 2 I preferably being greater than the size or width of a single wick 21 .
  • a third unidirectional ply 30 is formed by draping a third plurality of rovings 31 over the second unidirectional ply 20.
  • the rovings 31 are draped so as to be aligned in a third direction D A3 I different from the second alignment direction D A2 I .
  • the third alignment direction D 3i is perpendicular to second alignment direction D A21 .
  • the wicks 31 are spaced from each other by a determined distance D31 in a direction perpendicular to the third direction D A3 I , the determined distance D 3 I preferably being greater than the size or width of a single wick 31 .
  • the rovings 31 are positioned at the level of the spaces En present between the rovings 11 of the first plurality of rovings of the first unidirectional ply 10.
  • a fourth unidirectional ply 40 is formed by draping a fourth plurality of rovings 41 over the third unidirectional ply 30.
  • the rovings 41 are draped so as to be aligned in a fourth direction D A41 different from the third direction alignment D A3 I.
  • the fourth alignment direction D A4 I is perpendicular to the third alignment direction D A31 .
  • the wicks 41 are spaced from each other by a determined distance D 41 along a direction perpendicular to the fourth direction D A41 , the determined distance D 4 I preferably being greater than the size or width of a single wick 41 .
  • the rovings 41 are positioned at the level of the spaces E 2 I present between the rovings 21 of the second plurality of rovings of the second unidirectional ply 20.
  • a nonwoven fibrous texture 50 is then obtained comprising a stack of four unidirectional plies 10, 20, 30 and 40. As in each unidirectional ply, the rovings are spaced apart from each other by a determined distance, the fibrous texture 50 exhibits camber comparable to that present in 2D or 3D woven textures. More precisely, a first steaming is carried out with the wicks 21 of the second unidirectional ply 20 which, when they are deposited on the first unidirectional ply 10, present an undulation due to the spaces En present between the wicks 11 of the first ply 10.
  • a second embuvage is carried out with the wicks 31 of the third unidirectional ply 30 which, when they are deposited on the second unidirectional ply 20, present an undulation because of the spaces En and E 21 present respectively between the wicks 1 1 of the first ply 10 and the rovings 21 of the second ply 20.
  • wrapping is meant here the undulation presented by the yarns of a unidirectional ply when they cross the yarns of one or more other underlying unidirectional plys. Thanks to the presence of fogging, the fibrous structure 50 comprises channels facilitating the infiltration of a liquid composition within the texture. This makes it possible to ensure homogeneous and complete impregnation of the fibrous texture even though it consists of a stack of unidirectional plies.
  • the spacing distance between the strands in each one-way ply is defined in particular as a function of the desired level or angle of demisting.
  • the spacing distance is preferably at least equal to the size (diameter, width, section, etc.) of the rovings used in the fibrous texture.
  • the unidirectional folds of the fibrous texture comprise one out of two rovings compared to a usual unidirectional fold.
  • the spacing distances Du, D 2 I, D 3 I and D 4 I are equal to 10.35 mm, the locks having a size of 6 mm.
  • the strand alignment direction of a one-way ply is different from the strand-alignment direction of the underlying one-way ply (N-1 ply).
  • the directions of alignment of the rovings of two adjacent unidirectional plies can be perpendicular to each other or not perpendicular, that is to say that the two directions of alignment form an angle between them different from 90 °.
  • the alignment directions D A11 and D A 3i of the first and third unidirectional plies 10 and 30 are parallel to a reference direction D RE F while the directions d alignment D A2 I and D A4 I of the second and third unidirectional folds 20 and 40 (folds N+1 and N+3) are perpendicular to the reference direction D REF .
  • the fiber texture 50 is a layup of four unidirectional 0°/90°/0790° plies.
  • the fibrous texture may comprise a stack of unidirectional plies in which the directions of alignment of the rovings of the plies N and N+2 are perpendicular with the directions of alignment of the rovings of the plies N+1 and N+ 3, the directions of alignment of the rovings of the plies N and N+2 forming an angle of +45° with a reference direction while the directions of alignment of the rovings of the plies N+1 and N+3 form a angle of -45° with the reference direction or vice versa.
  • the fiber texture is a draping of at least four unidirectional plies in +45°/-45°/+45°/- 45° or -45o /+45°/ -45o /+45°.
  • FIG. 5 illustrates the formation of a fifth unidirectional ply 60 on the fibrous fabric 50 formed by draping a fifth plurality of rovings 61 over the fourth unidirectional ply 40.
  • the rovings 61 are draped so as to be aligned in a second direction D A 6i different from the fourth alignment direction D A41 .
  • the fifth alignment direction D 6 I forms an angle of -45° with the reference direction D REF .
  • the rovings 61 are spaced from each other by a determined distance d61 in a direction perpendicular to the second direction D A6 I.
  • a fibrous texture is obtained consisting of a draping of five unidirectional plies at 0°/90 o /0°/90 o /-45 o .
  • the fibrous structure can comprise one or more unidirectional plies, the direction of alignment of the rovings of which has a variable angle with respect to the reference direction.
  • the alignment directions D A11 and D A31 of the first and third unidirectional folds 10 and 30 form an angle a with the reference direction D RE F while the alignment directions D A2 I and D A4 I of the second and third unidirectional folds 20 and 40 form an angle P with the reference direction D REF .
  • the angles a and P can be identical or different.
  • the angle a or P can be zero so that the alignment directions D A11 and D A31 or the alignment directions D A2 I and D A4 I are parallel to the reference direction D REF .
  • the fibrous texture according to the invention comprises four or more unidirectional plies whose rovings are oriented according to the following configurations:
  • the rovings used to produce the fibrous texture according to the invention are preferably coated with a fugitive binder, for example a tackifying material capable of being eliminated by rinsing with water.
  • CMC ceramic matrix composite
  • a fibrous texture 50 is placed in a tool 100 which comprises a mold 110 and a counter-mold 120.
  • the mold 110 comprises a bottom 111 provided with a vent 112.
  • the mold 110 also comprises a side wall 113 which forms with the bottom 111 a molding cavity 114.
  • the tool 100 in which the fiber texture 50 is present is closed in its lower part by the mold 110 and is closed in its upper part by the counter-mold 120 forming a lid closing the tool 100.
  • the mold 110 and the counter-mold 120 are used to size the preform and therefore the part to be obtained as well as to adjust the fiber content in the part to be obtained .
  • the counter-mold 120 comprises a plurality of injection ports 121 through which a liquid laden with refractory ceramic particles or particles of a refractory ceramic precursor is intended to be injected in order to penetrate into the porosity of the fibrous texture 50 through the first face 50a of the fibrous texture 1 .
  • the loaded liquid is intended to be injected through a plurality of injection ports 121 opening out into different zones of the molding cavity.
  • the mold 110 comprises, for its part, an evacuation vent 112 of the liquid.
  • a piece of porous material 130 is present in the molding cavity 114 between the mold 110 and the fibrous texture 50.
  • the piece of porous material 130 has an upper face 130a in contact with the second face 10b of the texture. fibrous 50 through which the drainage of the liquid is intended to be carried out.
  • the second face 50b of the fibrous texture 50 is, in the example illustrated in FIGS. 6 and 7, located on the side opposite the first face 50a through which the slip is intended to penetrate into the texture 50.
  • the liquid charged with Refractory ceramic particles can also be injected into the sides of the preform.
  • the porous material part 130 can for example be made of microporous polytetrafluoroethylene (PTFE) such as the “microporous PTFE” products sold by Porex®.
  • PTFE microporous polytetrafluoroethylene
  • the piece of porous material 130 allows the drainage of the liquid outside the fibrous fabric 50 and its evacuation through the outlet vent 112 due to the application of a pressure gradient between the outlet vent 1 12 and injection ports 121 .
  • the porous material part 130 may have a thickness greater than or equal to 1 mm, or even several millimeters.
  • the average porosity rate of the part made of porous material 130 can be around 30%.
  • the average pore size (D50) of the porous material part can for example be between 1 ⁇ m and 2 ⁇ m.
  • the porous material part 130 may be rigid and have a shape corresponding to the shape of the preform and of the composite material part to be obtained.
  • the part made of porous material can for example be produced by thermoforming.
  • the porous material part can be deformable and can take the shape of the mold which corresponds to the shape of the preform and of the composite material part to be obtained.
  • a compaction pressure making it possible to compact the fibrous texture 50 between the mold 110 and the counter-mold 120 can be applied by tightening the mold or by means of a press, this compaction pressure being able to be maintained during the injection.
  • the compaction pressure can be applied after the start of the injection of the charged liquid and can then be maintained. Applying compaction pressure can help compact the texture to help draining the liquid and reaching a target thickness for the fiber preform without damaging it.
  • the charged liquid corresponds to a slurry containing refractory ceramic particles.
  • Figure 8 illustrates the configuration obtained during the injection of a slip 150 and the drainage of the liquid medium from it.
  • the slip 150 was injected under pressure through the injection ports 121 so as to penetrate into the fibrous texture 50 through its first face 50a.
  • the refractory ceramic particles 1500 present in the slip 150 are intended to allow the formation of a refractory ceramic matrix in the porosity of the fibrous texture 50.
  • the slurry can for example be a suspension of SiC powder in water.
  • the average particle size (D50) of the alumina powder can be between 0.1 ⁇ m and 0.3 ⁇ m.
  • the alumina powder used may be an alpha alumina powder marketed by the company Baikowski under the name SM8.
  • the liquid medium of the slip may, for example, comprise an aqueous phase having an acid pH (i.e. a pH less than 7) and/or an alcoholic phase comprising, for example, ethanol.
  • the slip may comprise an acidifier such as nitric acid and the pH of the liquid medium may for example be between 1.5 and 4.
  • the slip may also comprise an organic binder such as polyvinyl alcohol (PVA ) which is in particular soluble in water.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the refractory ceramic particles 1500 are present after injection of the slip 150 into the pores of the fibrous texture 10.
  • the arrows 151 represent the movement of the slip 150 injected into the fibrous texture 10.
  • the arrows 152 represent as for them, the movement of the medium or liquid phase of the slip drained by the piece of porous material 130.
  • the counter-mold 120 exerts pressure on the fibrous texture 10 during and after the injection step.
  • a pumping P can, moreover, be carried out at the level of the outlet vent 112 during drainage, for example by means of a primary vacuum pump. Carrying out such pumping makes it possible to improve drainage and to dry the fibrous texture more quickly.
  • the temperature of the liquid medium can be raised to a temperature between 80°C and 105°C.
  • the piece of porous material 130 makes it possible to retain in the fibrous texture 50 the refractory ceramic particles 1500 initially present in the slip and that all or part of these particles are deposited by filtration in the fibrous texture 50.
  • a fibrous preform 55 loaded with refractory ceramic particles for example refractory ceramic oxide particles, for example alumina.
  • the preform obtained is then dried and then demolded, the preform being able to retain after demolding the shape adopted in the molding cavity, for example its shape adopted after compaction between the mold and the counter-mold thanks to the presence of a binder in the slip. such as PVA.
  • the preform is then subjected to heat treatment, here sintering, for example in air at a temperature between 1000° C. and 1200° C. in order to sinter the refractory ceramic particles and thus form a refractory ceramic matrix in the porosity of the preform fibrous.
  • a CMC composite material part is then obtained provided with a fibrous reinforcement formed by the fibrous preform and having a high matrix volume ratio with a homogeneous distribution of the refractory ceramic matrix throughout the fibrous reinforcement.
  • the charged liquid injected into the preform may, as a variant, comprise particles of a refractory ceramic precursor, for example of the sol-gel or polymeric type.
  • the heat treatment includes at least one step of transforming the refractory ceramic precursor into a ceramic material (step called ceramization) possibly followed by an additional sintering step in order to further densify the composite material part.
  • a fibrous texture is made of carbon fibers and the latter is impregnated with a liquid carbon precursor such as a phenolic resin.
  • a fibrous texture is produced for example with carbon or glass fibers and this is impregnated with an epoxy resin.

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Abstract

Une texture fibreuse (50) comprend un empilement d'au moins des première, deuxième, troisième et quatrième plis unidirectionnels (10, 20, 30, 40). Les premier deuxième, troisième et quatrième plis (10, 20, 30, 40) comprennent chacun respectivement une première pluralité de mèches (11) alignées suivant une première direction (DA11), une deuxième pluralité de mèches (21) alignées suivant une deuxième direction (DA21) différente de la première direction (DA11), une troisième pluralité de mèches (31) alignées suivant une troisième direction (DA31) différente de la deuxième direction (DA21)et une quatrième pluralité de mèches (41) alignées suivant une quatrième direction (DA41) différente de la troisième direction (DA31). Les mèches de la première pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D11) suivant une direction perpendiculaire à la première direction. Les mèches de la deuxième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D21) suivant une direction perpendiculaire à la deuxième direction. Les mèches de la troisième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D31) suivant une direction perpendiculaire à la troisième direction, les mèches (31) de la troisième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces présents entre les mèches (11) de la première pluralité de mèches du premier pli (10). Les mèches de la quatrième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D41) suivant une direction perpendiculaire à la quatrième direction, les mèches (41) de la quatrième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces présents entre les mèches (21) de la deuxième pluralité de mèches du deuxième pli (20).

Description

Description
Titre de l'invention : Texture fibreuse non tissée avec embuvage
Domaine Technique
La présente invention concerne la fabrication des pièces en matériau composite obtenues par injection d’une phase liquide chargée ou non dans un renfort fibreux.
Technique antérieure
L’invention concerne notamment la fabrication des matériaux composites dits « thermostructuraux », à savoir des matériaux ayant de bonnes propriétés mécaniques et la capacité à conserver ces propriétés à température élevée, tels que les matériaux composites carbone/carbone (C/C) formés d'un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice en carbone, les matériaux composites à matrice céramique (CMC) formés d'un renfort en fibres réfractaires (carbone ou céramique) densifiés par une matrice au moins partiellement céramique et les matériaux composites de type oxyde/oxyde formés d'un renfort en fibres oxyde (alumine) densifiés par une matrice au moins partiellement oxyde. L’invention concerne également la fabrication des matériaux composites à matrice organique (CMC), c’est-à-dire comportant un renfort fibreux densifié par une matrice de nature organique.
Un procédé usuel d'obtention de pièces en matériau composite est le procédé par voie liquide. Le procédé par voie liquide consiste à réaliser une préforme fibreuse ayant sensiblement la forme d'une pièce à réaliser, et destinée à constituer le renfort du matériau composite, et à imprégner cette préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine, éventuellement dilué dans un solvant ou d’une charge en suspension dans une barbotine. La transformation du précurseur en matrice est réalisée par traitement thermique (polymérisation, frittage, etc). Plusieurs cycles d'imprégnation successifs peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité. Concernant les matériaux C/C, le renfort en fibres de carbone peut être imprégné avec des précurseurs liquides de carbone comme des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques. Concernant les matériaux composites à matrice organique (CMC), on utilise une résine thermoplastique ou thermodurcissable pour imprégner la préforme fibreuse.
Concernant les matériaux CMC ou oxyde/oxyde, les pièces sont généralement élaborées avec la technologie d’injection filtrée de suspensions aqueuses chargées en particules céramique ou d’oxyde.
Pour l’injection, le renfort fibreux est constitué d’une texture fibreuse obtenue par tissage bidimensionnel (2D) ou tridimensionnel (3D), tressage, placement de fibres, enroulement filamentaire, nappage, aiguilletage.
Dans le cas d’une texture fibreuse tissée 2D ou 3D, celle-ci présente un réseau de canaux formé notamment en raison de la présence d’un embuvage. Ces canaux permettent à la composition liquide (chargée ou non) précurseur de matrice de circuler dans l’ensemble de la texture.
Cependant, dans le cas d’une texture fibreuse formée de plis unidirectionnels obtenus généralement par la technique de placement automatique de fibres (AFP), il n’y a pas de canal de circulation. Cela réduit considérablement la perméabilité des renforts à densifier, ce qui complique, voire empêche, l’infiltration du renfort avec une composition liquide. Dans le cas de la réalisation d’une pièce en matériau CMC ou oxyde/oxyde, cette faible perméabilité peut empêcher la diffusion inter-mèches et/ou intra-mèches des particules céramique.
Or, l’imprégnation de la préforme fibreuse par une composition liquide précurseur du matériau de la matrice est une étape importante en ce qu’elle conditionne ensuite l’homogénéité et le taux de matrice présent dans le matériau résultant et, par conséquent, les propriétés mécaniques du matériau. En effet, le taux de macroporosité présent dans le matériau final influence directement les propriétés mécaniques du matériau.
Exposé de l’invention La présente invention a donc pour but principal de proposer une texture fibreuse comprenant des plis unidirectionnels qui présente une perméabilité adaptée pour l’injection d’une composition liquide chargée ou non au sein de la texture.
Conformément à l’invention, ce but est atteint grâce à une texture fibreuse comprenant un empilement d’au moins des première, deuxième, troisième et quatrième plis unidirectionnels, caractérisée en ce que le premier pli comprend une première pluralité de mèches alignées suivant une première direction, les mèches de la première pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la première direction, en ce que le deuxième pli comprend une deuxième pluralité de mèches alignées suivant une deuxième direction différente de la première direction, les mèches de la deuxième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la deuxième direction, en ce que le troisième pli comprend une troisième pluralité de mèches alignées suivant une troisième direction différente de la deuxième direction, les mèches de la troisième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la troisième direction, les mèches de la troisième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces présents entre les mèches de la première pluralité de mèches du premier pli, et en ce que le quatrième pli comprend une quatrième pluralité de mèches alignées suivant une quatrième direction différente de la troisième direction, les mèches de la quatrième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la quatrième direction, les mèches de la quatrième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces présents entre les mèches de la deuxième pluralité de mèches du deuxième pli.
Comme dans chaque pli unidirectionnel, les mèches sont espacées l’une de l’autre d’une distance déterminée, la texture fibreuse de l’invention présente un embuvage comparable à celui présent dans des textures tissées 2D ou 3D. Grâce à la présence d’embuvage, la structure fibreuse comporte des canaux facilitant l’infiltration d’une composition liquide au sein de la texture. Cela permet d’assurer une imprégnation homogène et complète de la texture fibreuse bien qu’elle soit constituée d’un empilement de plis unidirectionnels. La texture fibreuse de l’invention a également un comportement à la compaction différent d’une texture comprenant des plis unidirectionnels de l’art antérieur. En effet, sous l’effet d’une compaction, la sur-longueur des mèches est absorbée par réorganisation interne de l’embuvage des fils.
En outre, l’entrecroisement des mèches renforce la liaison pli à pli, ce qui permet d’obtenir des pièces en CMC plus résistantes aux délaminages provoqués par de la perforation (type perforation acoustique).
Selon une caractéristique de la texture de l’invention, les distances déterminées suivant lesquelles les mèches respectivement des première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches sont espacées les unes des autres sont chacune supérieures à la taille d’une mèche desdites première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches.
Selon une autre caractéristique de la texture de l’invention, les deuxième et quatrième directions sont perpendiculaires aux première et troisième directions. Les première et troisième directions peuvent être parallèles à une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions sont perpendiculaires à la direction de référence. Les première et troisième directions peuvent également former un angle de +45° avec unedirection de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle de -45° avec la direction de référence.
Selon une autre caractéristique de la texture de l’invention, les première et troisième directions forment un angle a avec une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle P avec la direction de référence. Les angles a et P peuvent être identiques ou différents.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une texture fibreuse comprenant au moins :
- la réalisation d’un premier pli unidirectionnel par drapage d’une première pluralité de mèches alignées suivant une première direction, les mèches de la première pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la première direction,
- la réalisation d’un deuxième pli unidirectionnel par drapage sur le premier pli d’une deuxième pluralité de mèches alignées suivant une deuxième direction différente de la première direction, les mèches de la deuxième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la deuxième direction,
- la réalisation d’un troisième pli unidirectionnel par drapage sur le deuxième pli d’une troisième pluralité de mèches alignées suivant une troisième direction différente de la deuxième direction, les mèches de la troisième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la troisième direction, les mèches de la troisième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces présents entre les mèches de la première pluralité de mèches du premier pli,
- la réalisation d’un quatrième pli unidirectionnel par drapage sur le troisième pli d’une quatrième pluralité de mèches alignées suivant une quatrième direction différente de la troisième direction, les mèches de la quatrième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d’une distance déterminée suivant une direction perpendiculaire à la quatrième direction, les mèches de la quatrième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces présents entre les mèches de la deuxième pluralité de mèches du deuxième pli.
Selon une caractéristique du procédé de fabrication d’une texture fibreuse de l’invention, les distances déterminées suivant lesquelles les mèches respectivement des première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches sont espacées les unes des autres sont chacune supérieures à la taille d’une mèche desdites première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches.
Selon une autre caractéristique du procédé de fabrication d’une texture fibreuse de l’invention, les deuxième et quatrième directions sont perpendiculaires aux première et troisième directions. Les première et troisième directions peuvent être parallèles à une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions sont perpendiculaires à la direction de référence. Les première et troisième directions peuvent également former un angle de +45° avec une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle de -45° avec la directbn de référence.
Selon une autre caractéristique du procédé de fabrication d'une texture fibreuse de l'invention, les première et troisième directions forment un angle a avec une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle P avec la direction de référence. Les angles a et P peuvent être identiques ou différents.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : formation d'une texture fibreuse à partir de fibres céramiques réfractaires selon le procédé de fabrication d’une texture fibreuse de l’invention, placement de la texture fibreuse dans un moule comportant dans sa partie inférieure une pièce en matériau poreux sur laquelle repose une première face de ladite texture, fermeture du moule avec un contre-moule ou un couvercle placé en regard d'une deuxième face de la texture fibreuse, injection sous pression d'un liquide contenant une poudre de particules céramiques réfractaires ou de particules d'un précurseur de céramique réfractaire dans la texture fibreuse, drainage par la pièce en matériau poreux du liquide ayant traversé la texture fibreuse et rétention de la poudre de particules céramiques réfractaires ou de particules d'un précurseur de céramique réfractaire à l’intérieur de ladite texture par ladite pièce en matériau poreux de manière à obtenir une préforme fibreuse chargée de particules céramiques réfractaires ou de particules d'un précurseur de céramique réfractaire, le liquide étant évacué par au moins un évent présent sur le fond du moule, séchage de la préforme fibreuse, démoulage de la préforme fibreuse, et traitement thermique des particules céramiques réfractaires ou des particules d’un précurseur de céramique réfractaire présentes dans la préforme fibreuse afin de former une matrice céramique réfractaire dans ladite préforme.
Brève description des dessins [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique en perspective montrant la formation d’un premier pli unidirectionnel d’une texture fibreuse conformément à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique en perspective montrant la formation d’un deuxième pli unidirectionnel sur le premier pli de la figure 1 conformément à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 3] La figure 3 est une vue schématique en perspective montrant la formation d’un troisième pli unidirectionnel sur le deuxième pli de la figure 2 conformément à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique en perspective montrant la formation d’un quatrième pli unidirectionnel sur le troisième pli de la figure 3 pour l’obtention d’une texture fibreuse conformément à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique en perspective montrant la formation d’un cinquième pli unidirectionnel sur le quatrième pli de la texture fibreuse la figure 4 conformément à un autre mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique en perspective éclatée d’un outillage d’injection utilisé pour imprégner la texture fibreuse de la figure 4 de conformément à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 7] La figure 7 est une vue schématique en coupe montrant l’outillage de la figure 6 fermé avec une texture fibreuse positionnée dans celui-ci,
[Fig. 8] La figure 8 est une vue schématique en coupe montrant les étapes d’imprégnation d’une texture fibreuse avec une barbotine chargée dans l’outillage de la figure 7.
Description des modes de réalisation
L’invention s’applique à la réalisation de textures fibreuses comprenant des plis unidirectionnels, ces textures étant destinées à être imprégnées par injection d’une composition liquide chargée ou non pour la fabrication de pièces en matériau composite. En référence aux figures 1 à 4, on décrit la réalisation d’une texture fibreuse conformément à un mode de réalisation de l’invention. Sur la figure 1 , un premier pli unidirectionnel 10 est formé par drapage d’une première pluralité de mèches 1 1 sur un support 1 d’un outillage de drapage. Par « pli unidirectionnel », on entend ici des « demi-plis unidirectionnels » dans lesquels les mèches sont espacées les unes des autres à la différence d’un pli unidirectionnel dans lequel toutes les mèches sont juxtaposées les unes contre les autres.
Dans l’exemple décrit ici, la réalisation de la texture fibreuse est réalisée en utilisant le procédé de placement de fibres automatique AFP (pour « Automated Fiber Placement). Le procédé AFP consiste à juxtaposer à l’aide d’une tête de dépose plusieurs mèches, torons ou rubans de fibres. Chaque mèche est appliquée et découpée indépendamment des autres, ce qui permet un placement précis de chacune des mèches sous toute géométrie de support. Les fibres utilisées pour constituer les mèches à déposer peuvent être notamment des fibres de verre, de carbone, de carbure de silicium, ou d’oxyde, ou encore un mélange de ces fibres.
Les mèches 11 sont drapées (i.e. déposées) de manière à être alignées suivant une première direction DA11. Les mèches 1 1 sont espacées les unes des autres d’une distance déterminée Du suivant une direction perpendiculaire à la première direction DAH , la distance déterminée Du étant de préférence supérieure à la taille ou largeur d’une seule mèche 1 1 .
Sur la figure 2, un deuxième pli unidirectionnel 20 est formé par drapage d’une deuxième pluralité de mèches 21 sur le premier pli unidirectionnel 10. Les mèches 21 sont drapées de manière à être alignées suivant une deuxième direction DA2i différente de la première direction d’alignement DAn. Dans l’exemple décrit ici, la deuxième direction d’alignement D 2I est perpendiculaire à la première direction d’alignement DA11. Les mèches 21 sont espacées les unes des autres d’une distance déterminée D2I suivant une direction perpendiculaire à la deuxième direction DA2I , la distance déterminée D2I étant de préférence supérieure à la taille ou largeur d’une seule mèche 21 .
Sur la figure 3, un troisième pli unidirectionnel 30 est formé par drapage d’une troisième pluralité de mèches 31 sur le deuxième pli unidirectionnel 20. Les mèches 31 sont drapées de manière à être alignées suivant une troisième direction DA3I différente de la deuxième direction d’alignement DA2I . Dans l’exemple décrit ici, la troisième direction d’alignement D 3i est perpendiculaire à la deuxième direction d’alignement DA21. Les mèches 31 sont espacées les unes des autres d’une distance déterminée D31 suivant une direction perpendiculaire à la troisième direction DA3I , la distance déterminée D3I étant de préférence supérieure à la taille ou largeur d’une seule mèche 31 . Les mèches 31 sont positionnées au niveau des espaces En présents entre les mèches 11 de la première pluralité de mèches du premier pli unidirectionnel 10.
Sur la figure 4, un quatrième pli unidirectionnel 40 est formé par drapage d’une quatrième pluralité de mèches 41 sur le troisième pli unidirectionnel 30. Les mèches 41 sont drapées de manière à être alignées suivant une quatrième direction DA41 différente de la troisième direction d’alignement DA3I. Dans l’exemple décrit ici, la quatrième direction d’alignement DA4I est perpendiculaire à la troisième direction d’alignement DA31. Les mèches 41 sont espacées les unes des autres d’une distance déterminée D41 suivant une direction perpendiculaire à la quatrième direction DA41, la distance déterminée D4I étant de préférence supérieure à la taille ou largeur d’une seule mèche 41 . Les mèches 41 sont positionnées au niveau des espaces E2I présents entre les mèches 21 de la deuxième pluralité de mèches du deuxième pli unidirectionnel 20.
On obtient alors une texture fibreuse 50 non tissée comprenant un empilement quatre plis unidirectionnels 10, 20, 30 et 40. Comme dans chaque pli unidirectionnel, les mèches sont espacées l’une de l’autre d’une distance déterminée, la texture fibreuse 50 présente un embuvage comparable à celui présent dans des textures tissées 2D ou 3D. Plus précisément, un premier embuvage est réalisé avec les mèches 21 du deuxième pli unidirectionnel 20 qui, lorsqu’elles sont déposées sur le premier pli unidirectionnel 10, présentent une ondulation en raison des espaces En présents entre les mèches 11 du premier pli 10. De même, un deuxième embuvage est réalisé avec les mèches 31 du troisième pli unidirectionnel 30 qui, lorsqu’elles sont déposées sur le deuxième pli unidirectionnel 20, présentent une ondulation en raison des espaces En et E21 présents respectivement entre les mèches 1 1 du premier pli 10 et les mèches 21 du deuxième pli 20. Par « embuvage >>, on entend ici l’ondulation présentée par les fils d’un pli unidirectionnel lorsqu’ils croisent les fils d’un ou plusieurs autres plis unidirectionnels sous-jacents. Grâce à la présence d’embuvage, la structure fibreuse 50 comporte des canaux facilitant l’infiltration d’une composition liquide au sein de la texture. Cela permet d’assurer une imprégnation homogène et complète de la texture fibreuse bien qu’elle soit constituée d’un empilement de plis unidirectionnels.
La distance d’espacement entre les mèches dans chaque pli unidirectionnel, comme ici les distances D11 ; D21, D31 et D41, est définie notamment en fonction du taux ou angle d’embuvage souhaité. La distance d’espacement est de préférence au moins égale à la taille (diamètre, largeur, section, etc.) des mèches utilisées dans la texture fibreuse. En d’autres termes, les plis unidirectionnels de la texture fibreuse comprennent une mèche sur deux par rapport à un pli unidirectionnel habituel. Dans l’exemple décrit ici, les distances d’espacement Du, D2I, D3I et D4I sont égales à 10,35mm, les mèches ayant une taille de 6mm.
La direction d’alignement des mèches d’un pli unidirectionnel (pli N) est différente de la direction d’alignement des mèches du pli unidirectionnel sous-jacent (pli N-1 ). Les directions d’alignement des mèches de deux plis unidirectionnels adjacents peuvent être perpendiculaires l’une par rapport à l’autre ou non perpendiculaires, c’est-à-dire que les deux directions d’alignement forment un angle entre elles différent de 90°.
Dans l’exemple décrit ici, les directions d’alignement DA11 et DA3i des premier et troisième plis unidirectionnels 10 et 30 (plis N et N+2) sont parallèles à une direction de référence DREF tandis que les directions d’alignement DA2I et DA4I des deuxième et troisième plis unidirectionnels 20 et 40 (plis N+1 et N+3) sont perpendiculaires à la direction de référence DREF. En d’autres termes, la texture fibreuse 50 est un drapage de quatre plis unidirectionnels en 0°/90°/0790°.
Selon une variante de réalisation, la texture fibreuse peut comporter un empilement de plis unidirectionnels dans laquelle les directions d’alignement des mèches des plis N et N+2 sont perpendiculaires avec les directions d’alignements des mèches des plis N+1 et N+3, les directions d’alignement des mèches des plis N et N+2 formant un angle de +45° avec une direction de réfé"ence tandis que les directions d’alignement des mèches des plis N+1 et N+3 forment un angle de -45° avec la direction de référence ou inversement. En d’autres termes, dans ce cas, la texture fibreuse est un drapage d’au moins quatre plis unidirectionnels en +45°/-45°/+45°/- 45° ou -45o/+45°/-45o/+45°. La figure 5 illustre la formation d’un cinquième pli unidirectionnel 60 sur la texture fibreuse 50 formée par drapage d’une cinquième pluralité de mèches 61 sur le quatrième pli unidirectionnel 40. Les mèches 61 sont drapées de manière à être alignées suivant une deuxième direction DA6i différente de la quatrième direction d’alignement DA41. Dans l’exemple décrit ici, la cinquième direction d’alignement D 6I forme un angle de -45° avec la direction de référence DREF. Les mèches 61 sont espacées les unes des autres d’une distance déterminée d61 suivant une direction perpendiculaire à la deuxième direction DA6I. On obtient dans ce cas une texture fibreuse constituée d’un drapage de cinq plis unidirectionnels en 0°/90o/0°/90o/-45o. On voit dans cet exemple que la structure fibreuse peut comprendre un ou plusieurs plis unidirectionnels dont la direction d’alignement des mèches présente un angle variable par rapport à la direction de référence.
D’une manière générale, les directions d’alignement DA11 et DA31 des premier et troisième plis unidirectionnels 10 et 30 forment un angle a avec la direction de référence DREF tandis que les directions d’alignement DA2I et DA4I des deuxième et troisième plis unidirectionnels 20 et 40 forment un angle P avec la direction de référence DREF. Les angles a et P peuvent être identiques ou différents. L’angle a ou P peut être nul de sorte à ce que les directions d’alignement DA11 et DA31 ou les directions d’alignement DA2I et DA4I sont parallèles à la direction de référence DREF.
A titre d’exemples non limitatifs, la texture fibreuse selon l’invention comprend quatre plis unidirectionnels ou plus dont les mèches sont orientées selon les configurations suivantes :
- quatre ou plus plis unidirectionnels en 0°/90°/0/90°/etc. (ou 90o/0°/90o/0°/etc.) ;
- quatre ou plus plis unidirectionnels en +45°/-45 +45o/-45°/etc. (ou -45°/+45% 45°/+45/etc.) ;
- quatre ou plus plis unidirectionnels en +30°/-30 +30o/-30°/etc. (ou -30°/+30% 30°/+30°/etc.) ;
- quatre ou plus plis unidirectionnels en 0°/-30°/0>/-30°/etc. (ou 0°/+30o/0°/+30o/etc)
- quatre ou plus plis unidirectionnels en 90° /-30°90° /-30° /etc. (ou 90o/+30°/90o/+30°/etc)
- quatre ou plus plis unidirectionnels en 0°/+45°/(57+45o/etc (ou 0°/-45o/0°/-45o/etc.) - 16 plis unidirectionnels en 0o/90o/0o/90o/-45o/-ë4/-45o/+45o/-45o/+45°/- 45°/+45o/90o/0o/90o/0°.
- 12 plis unidirectionnels en 0o/-30o/0o/-30o/9030o/90o/-30o/0o/45o/0°/45o ;
- etc.
Les mèches utilisées pour réaliser la texture fibreuse selon l’invention sont de préférence revêtues d’un liant fugitif, par exemple un matériau tackifiant apte à être éliminé par rinçage à l’eau.
On décrit maintenant la fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice céramique (CMC) à partir de la texture fibreuse 50 illustrée en figure 4. Dans l’exemple décrit la texture fibreuse 50 est réalisée avec des mèches en oxyde d’alumine.
Comme illustrée sur les figures 6 et 7, une texture fibreuse 50 est placée dans un outillage 100 qui comprend un moule 110 et un contre-moule 120. Le moule 110 comprend un fond 111 muni d’un évent 112. Le moule 110 comprend également une paroi latérale 113 qui forme avec le fond 111 une cavité de moulage 114. Dans l’exemple illustré, l’outillage 100 dans lequel la texture fibreuse 50 est présente est fermé dans sa partie inférieure par le moule 110 et est fermé dans sa partie supérieure par le contre-moule 120 formant un couvercle refermant l’outillage 100. Le moule 110 et le contre-moule 120 servent à dimensionner la préforme et donc la pièce à obtenir ainsi qu’à ajuster le taux de fibres dans la pièce à obtenir.
Le contre-moule 120 comporte une pluralité de ports d’injection 121 au travers desquels un liquide chargé de particules céramiques réfractaires ou de particules d’un précurseur de céramique réfractaire est destiné à être injecté afin de pénétrer dans la porosité de la texture fibreuse 50 au travers de la première face 50a de la texture fibreuse 1 . Dans l’exemple illustré aux figures 6 et 7, le liquide chargé est destiné à être injecté au travers d’une pluralité de ports d’injection 121 débouchant dans des zones différentes de la cavité de moulage. Le moule 110 comporte, quant à lui, un évent d’évacuation 112 du liquide.
Une pièce en matériau poreux 130 est présente dans la cavité de moulage 114 entre le moule 110 et la texture fibreuse 50. La pièce en matériau poreux 130 présente une face supérieure 130a en contact avec la deuxième face 10b de la texture fibreuse 50 au travers de laquelle le drainage du liquide est destiné à être réalisé. La deuxième face 50b de la texture fibreuse 50 est, dans l’exemple illustré aux figures 6 et 7, située du côté opposé à la première face 50a au travers de laquelle la barbotine est destinée à pénétrer dans la texture 50. Le liquide chargé de particules céramiques réfractaires peut être également injecté sur les côtés de la préforme.
La pièce en matériau poreux 130 peut par exemple être réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE) microporeux comme les produits « microporous PTFE » vendus par la société Porex®. On peut par exemple utiliser pour réaliser la pièce en matériau poreux 130, le matériau PM 0130 commercialisé par la société Porex® présentant une taille de pores comprise entre 1 pm et 2 pm.
La pièce en matériau poreux 130 permet le drainage du liquide à l’extérieur de la texture fibreuse 50 et son évacuation par l’évent de sortie 112 du fait de l’application d’un gradient de pression entre l’évent de sortie 1 12 et les ports d’injection 121 .
A titre d’exemple, la pièce en matériau poreux 130 peut présenter une épaisseur supérieure ou égale à 1 mm, voire de plusieurs millimètres. Le taux moyen de porosité de la pièce en matériau poreux 130 peut être d’environ 30%. La taille moyenne des pores (D50) de la pièce en matériau poreux peut par exemple être comprise entre 1 pm et 2 pm.
Dans un exemple de réalisation, la pièce en matériau poreux 130 peut être rigide et présenter une forme correspondant à la forme de la préforme et de la pièce en matériau composite à obtenir. Dans ce cas, la pièce en matériau poreux peut par exemple être réalisée par thermoformage. En variante, la pièce en matériau poreux peut être déformable et peut prendre la forme du moule laquelle correspond à la forme de la préforme et de la pièce en matériau composite à obtenir.
Avant l’injection d’une barbotine dans la texture fibreuse 50, une pression de compaction permettant de compacter la texture fibreuse 50 entre le moule 110 et le contre-moule 120 peut être appliquée par serrage du moule ou au moyen d’une presse, cette pression de compaction pouvant être maintenue durant l’injection.
En variante, la pression de compaction peut être appliquée après le début de l’injection du liquide chargé et peut ensuite être maintenue. L’application d’une pression de compaction peut permettre de compacter la texture afin d’aider au drainage du liquide et d’atteindre une épaisseur cible pour la préforme fibreuse sans endommager celle-ci.
Dans l’exemple décrit ici, le liquide chargé correspond à une barbotine contenant des particules céramiques réfractaires. La figure 8 illustre la configuration obtenue durant l’injection d’une barbotine 150 et le drainage du milieu liquide de celle-ci. La barbotine 150 a été injectée sous pression par les ports d’injection 121 de manière à pénétrer dans la texture fibreuse 50 au travers de sa première face 50a. Les particules céramiques réfractaires 1500 présentes dans la barbotine 150 sont destinées à permettre la formation d’une matrice céramique réfractaire dans la porosité de la texture fibreuse 50.
La barbotine peut par exemple être une suspension d’une poudre de SiC dans de l’eau. La dimension particulaire moyenne (D50) de la poudre d’alumine peut être comprise entre 0,1 pm et 0,3 pm. La poudre d’alumine utilisée peut être une poudre d’alumine alpha commercialisée par la société Baikowski sous la dénomination SM8.
Le milieu liquide de la barbotine peut, par exemple, comporter une phase aqueuse présentant un pH acide (i.e. un pH inférieur à 7) et/ou une phase alcoolique comportant par exemple de l’éthanol. La barbotine peut comporter un acidifiant tel que de l’acide nitrique et le pH du milieu liquide peut par exemple être compris entre 1 ,5 et 4. La barbotine peut, en outre, comporter un liant organique comme de l’alcool polyvinylique (PVA) lequel est notamment soluble dans l’eau.
Comme illustré sur la figure 8, les particules céramiques réfractaires 1500 sont présentes après injection de la barbotine 150 dans la porosité de la texture fibreuse 10. Les flèches 151 représentent le mouvement de la barbotine 150 injectée dans la texture fibreuse 10. Les flèches 152 représentent quant à elles le mouvement du milieu ou phase liquide de la barbotine drainé par la pièce en matériau poreux 130.
Le contre-moule 120 exerce une pression sur la texture fibreuse 10 pendant et après l’étape d’injection.
Un pompage P peut, en outre, être réalisé au niveau de l’évent de sortie 112 durant le drainage, par exemple au moyen d’une pompe à vide primaire. La réalisation d’un tel pompage permet d’améliorer le drainage et de sécher plus rapidement la texture fibreuse. En alternative ou en combinaison, on peut durant le drainage chauffer le milieu liquide encore présent dans la porosité de la texture fibreuse afin d’évaporer ce dernier au travers de la deuxième face de la texture fibreuse et de la pièce en matériau poreux. Par exemple, la température du milieu liquide peut être élevée à une température comprise entre 80 ° C et 105 ° C.
Dans cette configuration, la pièce en matériau poreux 130 permet de retenir dans la texture fibreuse 50 les particules céramiques réfractaires 1500 initialement présentes dans la barbotine et que tout ou partie de ces particules se déposent par filtration dans la texture fibreuse 50.
Une fois les étapes d’injection et de drainage effectuées, on obtient une préforme fibreuse 55 chargée de particules céramiques réfractaires, par exemple de particules d’oxyde céramique réfractaire, par exemple d’alumine.
La préforme obtenue est ensuite séchée puis démoulée, la préforme pouvant conserver après démoulage la forme adoptée dans la cavité de moulage, par exemple sa forme adoptée après compaction entre le moule et le contre-moule grâce à la présence d’un liant dans la barbotine tel que du PVA.
La préforme est ensuite soumise à un traitement thermique, ici un frittage, par exemple sous air à une température comprise entre 1000 °C et 1200 °C afin de fritter les particules céramiques réfractaires et ainsi former une matrice céramique réfractaire dans la porosité de la préforme fibreuse. On obtient alors une pièce en matériau composite CMC munie d’un renfort fibreux formé par la préforme fibreuse et présentant un taux volumique de matrice élevé avec une répartition homogène de la matrice céramique réfractaire dans tout le renfort fibreux.
Le liquide chargé injecté dans la préforme peut, en variante, comporter des particules d’un précurseur de céramique réfractaire, par exemple de type sol-gel ou polymérique. Dans ce cas, le traitement thermique comporte au moins une étape de transformation du précurseur de céramique réfractaire en un matériau céramique (étape dite de céramisation) suivi éventuellement d’une étape supplémentaire de frittage afin de densifier d’avantage la pièce en matériau composite.
Dans le cas de la fabrication d’une pièce en matériau composite C/C, on réalise par exemple une texture fibreuse en fibres de carbone et on imprègne celle-ci avec un précurseur liquide de carbone tel qu’une résine phénolique. Dans le cas d’une pièce en matériau composite à matrice organique (CMO), on réalise par exemple une texture fibreuse avec des fibres de carbone ou de verre et on imprègne celle-ci avec une résine époxyde.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Texture fibreuse (50) comprenant un empilement d'au moins des première, deuxième, troisième et quatrième plis unidirectionnels (10, 20, 30, 40), caractérisée en ce que le premier pli (10) comprend une première pluralité de mèches (11) alignées suivant une première direction (DAH), les mèches de la première pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (Du) suivant une direction perpendiculaire à la première direction, en ce que le deuxième pli (20) comprend une deuxième pluralité de mèches (21) alignées suivant une deuxième direction (DA2I) différente de la première direction (DAu), les mèches de la deuxième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D2I) suivant une direction perpendiculaire à la deuxième direction, en ce que le troisième pli (30) comprend une troisième pluralité de mèches (31) alignées suivant une troisième direction (DA3I) différente de la deuxième direction (DA2I), les mèches de la troisième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D3I) suivant une direction perpendiculaire à la troisième direction, les mèches (31) de la troisième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces (En) présents entre les mèches (11) de la première pluralité de mèches du premier pli (10), et en ce que le quatrième pli (40) comprend une quatrième pluralité de mèches (41) alignées suivant une quatrième direction (DA4I) différente de la troisième direction (DA3I), les mèches de la quatrième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D4i) suivant une direction perpendiculaire à la quatrième direction, les mèches (41) de la quatrième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces (E2I) présents entre les mèches (21) de la deuxième pluralité de mèches du deuxième pli (20).
[Revendication 2] Texture selon la revendication 1, dans laquelle les distances déterminées (Du, D2i, D3I, D4i) suivant lesquelles les mèches respectivement des première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches sont espacées les unes des autres sont chacune supérieures à la taille d'une mèche desdites première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches.
[Revendication 3] Texture selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les deuxième et quatrième directions (DA2i, DA4i) sont perpendiculaires aux première et troisième directions (DAn, DA3I).
[Revendication 4] Texture selon la revendication 3, dans laquelle les première et troisième directions (DAn, DA3I) sont parallèles à une direction de référence (DREF) de la texture fibreuse (50) tandis que les deuxième et quatrième directions (DA2I, DA4i) sont perpendiculaires à la direction de référence.
[Revendication 5] Texture selon la revendication 3, dans laquelle les première et troisième directions forment un angle de +45° avec une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle de -45° avec la direction de référence.
[Revendication 6] Texture selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les première et troisième directions forment un angle a avec une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle P avec la direction de référence.
[Revendication 7] Procédé de fabrication d'une texture fibreuse (50) comprenant au moins :
- la réalisation d'un premier pli unidirectionnel (10) par drapage d'une première pluralité de mèches (11) alignées suivant une première direction (D n), les mèches de la première pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (Du) suivant une direction perpendiculaire à la première direction,
- la réalisation d'un deuxième pli unidirectionnel (20) par drapage sur le premier pli (10) d'une deuxième pluralité de mèches (21) alignées suivant une deuxième direction (DA2I) différente de la première direction (DAn), les mèches de la deuxième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D2I) suivant une direction perpendiculaire à la deuxième direction,
- la réalisation d'un troisième pli unidirectionnel (30) par drapage sur le 19 deuxième pli (20) d'une troisième pluralité de mèches (31) alignées suivant une troisième direction (D 3i) différente de la deuxième direction (DA2i), les mèches de la troisième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D3I) suivant une direction perpendiculaire à la troisième direction, les mèches (31) de la troisième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces (En) présents entre les mèches (11) de la première pluralité de mèches du premier pli (10),
- la réalisation d'un quatrième pli unidirectionnel (40) par drapage sur le troisième pli (30) d'une quatrième pluralité de mèches (41) alignées suivant une quatrième direction(DA4i) différente de la troisième direction (D 3I), les mèches de la quatrième pluralité de mèches étant espacées les unes des autres d'une distance déterminée (D4I) suivant une direction perpendiculaire à la quatrième direction, les mèches (41) de la quatrième pluralité de mèches étant positionnées au niveau des espaces (E2I) présents entre les mèches (21) de la deuxième pluralité de mèches du deuxième pli (20).
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, dans lequel les distances déterminées (Du, D2I, D3i, D4i) suivant lesquelles les mèches respectivement des première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches sont espacées les unes des autres sont chacune supérieures à la taille d'une mèche desdites première, deuxième, troisième et quatrième pluralités de mèches.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les deuxième et quatrième (DA2i, DA4i) directions sont perpendiculaires aux première et troisième directions (DAn, DA3I).
[Revendication 10] Procédé selon la revendication 9, dans lequel les première et troisième directions (DAn, DA3I) sont parallèles à une direction de référence (DREF) de la texture fibreuse (50) tandis que les deuxième et quatrième directions (DA2I, DA4i) sont perpendiculaires à la direction de référence.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 9, dans lequel les première et troisième directions forment un angle de +45° avec une direction 20 de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle de -45° avec la direction de référence.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les première et troisième directions forment un angle a avec une direction de référence de la texture fibreuse tandis que les deuxième et quatrième directions forment un angle P avec la direction de référence.
[Revendication 13] Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : formation d'une texture fibreuse (50) par le procédé de fabrication d'une texture fibreuse selon l'une quelconque des revendications 7 à 12 à partir de fibres céramiques réfractaires, placement de la texture fibreuse (50) dans un moule (110) comportant dans sa partie inférieure une pièce en matériau poreux (130) sur laquelle repose une première face (50b) de ladite texture (50), fermeture du moule avec un contre-moule, un couvercle (120) ou une bâche placé en regard d'une deuxième face (50a) de la texture fibreuse (50), injection sous pression d'un liquide (150) contenant une poudre de particules céramiques réfractaires ou de particules d'un précurseur de céramique réfractaire dans la texture fibreuse (50), drainage par la pièce en matériau poreux (120) du liquide ayant traversé la texture fibreuse (50) et rétention de la poudre de particules céramiques réfractaires ou de particules d'un précurseur de céramique réfractaire à l’intérieur de ladite texture par ladite pièce en matériau poreux (130) de manière à obtenir une préforme fibreuse (55) chargée de particules céramiques réfractaires ou de particules d'un précurseur de céramique réfractaire, le liquide étant évacué par au moins un évent présent sur le fond du moule, séchage de la préforme fibreuse (55), démoulage de la préforme fibreuse (55), et traitement thermique des particules céramiques réfractaires ou des particules d'un précurseur de céramique réfractaire présentes dans la 21 préforme fibreuse afin de former une matrice céramique réfractaire dans ladite préforme.
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