EP4251588A1 - Piece en cmc et procede de fabrication d'une telle piece - Google Patents

Piece en cmc et procede de fabrication d'une telle piece

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EP4251588A1
EP4251588A1 EP21823971.3A EP21823971A EP4251588A1 EP 4251588 A1 EP4251588 A1 EP 4251588A1 EP 21823971 A EP21823971 A EP 21823971A EP 4251588 A1 EP4251588 A1 EP 4251588A1
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EP
European Patent Office
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insert
intermediate part
inserts
preform
reinforcement
Prior art date
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Pending
Application number
EP21823971.3A
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German (de)
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Inventor
William ROS
Simon Lucien René THIBAUD
Maxime BOX
Christophe HIRONDELLE
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
IRT Saint Exupery
Original Assignee
Safran Ceramics SA
IRT Saint Exupery
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Publication date
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • This presentation relates to a process for manufacturing a part in CMC, that is to say in composite material with a ceramic matrix allowing better control of the densification step of the part. It also relates to an intermediate part making it possible to implement this process as well as a CMC part obtained by this process.
  • Such a manufacturing process can in particular be used in the field of aeronautics in order to manufacture parts capable of withstanding high temperatures. They may in particular be sectors of a cylindrical member of a turbomachine, such as an aircraft turbojet, and very particularly sectors of a turbine ring, to cite only these examples.
  • the ring sectors are made of CMC.
  • a preform is woven using ceramic fibers, for example silicon carbide (SiC).
  • This preform is then shaped in a shaper then an interphase is deposited on the surface of the ceramic fibers, by CVI process for example (Chemical Vapor Infiltration).
  • CVI process for example (Chemical Vapor Infiltration).
  • a slurry comprising ceramic particles, for example SiC, suspended in a solvent, is injected into the preform; once the solvent has been removed by drying, the ceramic particles thus deposited are sintered in order to form a matrix enclosing the preform.
  • An intermediate part having a certain porosity is then obtained.
  • a densification step is then carried out by infiltration and then solidification of a liquid densification material, generally liquid silicon, in the intermediate part.
  • Another option consists in providing a sacrificial layer of ceramic slip all around the intermediate part in order to protect the final part, and in particular its reinforcement, during sandblasting or machining of the nodules.
  • a sacrificial layer of ceramic slip all around the intermediate part in order to protect the final part, and in particular its reinforcement, during sandblasting or machining of the nodules.
  • a third option seeks to control the cooling front of the silicon within the part by using a furnace equipped with several zones whose temperatures can be controlled independently of each other.
  • a furnace equipped with several zones whose temperatures can be controlled independently of each other.
  • the realization and control of such a furnace is complex and expensive.
  • This presentation relates to an intermediate part made of CMC composite material, comprising a reinforcement, a matrix, comprising a ceramic material, and at least one insert, made of a material different from that of the reinforcement and the matrix, configured to promote the migration of liquid silicon within the intermediate part during a step of densification of the intermediate part.
  • the silicon nodules tend to form preferentially at the surface of the zones traversed by such inserts.
  • the intermediate part comprises at least one working zone intended, once the part has been finalized, to be in contact with a working fluid of a turbomachine, said at least one insert being provided in a area of the intermediate part which is not a working area.
  • no insert of this type is provided in a work area.
  • At least one insert is a unidirectional element. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts. This makes it possible to direct the flow of silicon in a privileged direction along the insert.
  • At least one insert is a wire or a set of wires. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts. The realization of such a yarn is indeed particularly easy.
  • At least one insert is a cylinder, solid or hollow. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts. Such shapes are also easy to make.
  • the diameter of at least one insert is between 0.1 and 1 mm. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts. It is recalled in this respect that, in a metric space, the diameter of a non-empty part A, here the section of the insert, is the upper limit of the distances between any two points of A.
  • the length of at least one insert is greater than or equal to 5 mm. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts.
  • At least one insert is discontinuous. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts.
  • the intermediate piece comprises several inserts organized according to a network having at least two distinct orientations, preferably at least three distinct orientations.
  • a network having at least two distinct orientations, preferably at least three distinct orientations.
  • At least one insert is partially or totally fusible or consumable during a densification step of the intermediate piece.
  • fuse means the capacity of the insert to melt, i.e. to pass to the liquid state, at the temperature of the densification stage, for example 1400°C.
  • Consable means the ability of the insert to be consumed by one or more chemical reactions occurring under the physico-chemical conditions of the densification step. In either case, this makes it possible to create cavities in the intermediate piece into which the silicon will migrate by capillarity. In addition, since the volume available for silicon inside the part is increased, the total volume of the nodules is also reduced.
  • At least one insert has a thermal expansion coefficient different from that of the matrix, preferably higher.
  • this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts.
  • a phenomenon of differential expansion is brought about which will generate the appearance of micro-cracks in the intermediate part, facilitating the migration of silicon by capillarity.
  • these micro-cracks Given the tiny size of these micro-cracks, their impact on the mechanical strength of the final part is minimal; in any event, the appearance of these micro-cracks is limited to the areas of the inserts, i.e. potentially to non-sensitive areas of the part.
  • At least one insert is made of an oxide ceramic material, preferably having a melting point above 1400° C. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, at least 90% of the inserts, or even all of the inserts.
  • oxide ceramic material preferably having a melting point above 1400° C.
  • At least one insert is made of alumina. Preferably, this is the case for at least 50% of the inserts, of at least 90% of inserts, if not all inserts.
  • alumina is an oxide ceramic material compatible in particular with SiC.
  • alumina is a partially consumable material during the densification step, with part of its aluminum part dissolving in the silicon and part of its oxygen part degassing outside. of the room.
  • the reinforcement is a woven preform, preferably 3D woven.
  • 3D weaving makes it possible in particular to obtain fibrous reinforcements with complex geometries in a single piece, thus ensuring very good mechanical resistance to the final part.
  • the reinforcement is made of ceramic material, preferably silicon carbide (SiC).
  • SiC silicon carbide
  • any type of ceramic fiber could also be used and in particular carbon fibers or even a mixture of fibers.
  • the matrix is made of silicon carbide (SiC).
  • SiC silicon carbide
  • any type of ceramic powder could also be used and in particular non-oxide, refractory or ultra-refractory ceramics, based on Si, Ti, Zr, HF, C, N such as C, B4C, TiC, ZrC, or even TiSi2.
  • the intermediate piece is of the turbine ring type. In particular, it may be a sector of a turbine ring. More generally, the intermediate piece comprises a vein part and at least one fastening part, taking for example the form of one or more flanges.
  • This presentation also relates to a method of manufacturing a CMC composite part, comprising the steps of: supplying an intermediate part according to any one of the preceding embodiments; and densification of the intermediate part by penetration of liquid silicon into the intermediate part.
  • the step of supplying the intermediate piece comprises a step of weaving a preform, the weaving step comprising the simultaneous three-dimensional weaving of two types of fibers whose materials are different, the first type of fiber forming the three-dimensional structure of the preform intended to form the reinforcement of the part intermediate and the second type of fiber forming at least one insert of the intermediate piece.
  • the method comprises, during the densification step, a controlled cooling sub-step of the intermediate part.
  • a controlled cooling sub-step of the intermediate part makes it possible to control the cooling of the liquid silicon in order to maximize its migration close to the inserts.
  • a uniform temperature is imposed on the whole of the intermediate part during the cooling sub-step.
  • the imposition of a temperature gradient or distinct temperature zones is not required. This avoids the use of complex tools.
  • the cooling sub-step begins at an initial temperature between 1000 and 1500°C, preferably between 1400 and 1500°C.
  • the cooling sub-step comprises at least, or consists of a cooling ramp of less than 5° C./min, preferably less than 2° C./min, preferably even less than 0. .5°C/min. Such reduced speeds allow sufficient time for the liquid silicon to migrate and concentrate at the inserts.
  • One or more temperature stages can also be provided.
  • the cooling ramp continues up to a temperature of between 1250 and 1350°C. At this temperature, nodule formation is complete or nearly complete. A second cooling sub-step can then take place until it reaches room temperature.
  • the second cooling sub-step is controlled cooling that is faster than the first cooling sub-step but slower than free cooling.
  • it may comprise, or consist of, a cooling ramp of between 200° C./h and 500° C./h. In this way, the internal stresses in the material are reduced and the life of the internal elements of the oven is prolonged.
  • the second cooling sub-step is an accelerated cooling, comprising, or consisting of, a temperature ramp between 700° C./h and 1500° C./h. In this way, gains in terms of cycle time are possible.
  • the second cooling sub-step is free cooling.
  • the manufacturing method comprises, after the cooling step, a machining step during which nodules of solidified silicon are machined.
  • This presentation also relates to a part made of CMC composite material, obtained by a manufacturing method according to any one of the preceding embodiments. It may in particular be a part of a turbine, a ring sector for example.
  • This presentation also relates to a turbomachine comprising a part made of CMC composite material according to the presentation.
  • axial means a plane passing through the main axis of the turbomachine and “radial plane” means a plane perpendicular to this main axis;
  • upstream and downstream are defined in relation to the circulation of air in the turbomachine.
  • Three-dimensional weaving means a weaving technique in which weft threads circulate within a matrix of warp threads so as to form a three-dimensional network of threads according to a three-dimensional weave: all the layers of threads of such a fibrous structure are then woven during the same weaving step within a three-dimensional loom.
  • Figure 1 is an axial sectional view of a turbomachine.
  • Figure 2 is a view in radial section of a turbomachine ring.
  • Figure 3 is a perspective view of a ring sector.
  • Figure 4 shows a first example of a manufacturing process.
  • Figure 5 is a perspective view of an example of an intermediate piece.
  • Figure 6 is a top view of the intermediate piece of figure 5.
  • Figure 7 is a radial sectional view of the intermediate piece of Figure 5.
  • Figure 8 is a photograph of a blank.
  • Figure 9 shows a second example of a manufacturing process.
  • FIG. 1 shows, in section along a vertical plane passing through its main axis A, a turbofan engine 1 according to the description. It comprises, from upstream to downstream according to the circulation of the air flow, a fan 2, a low pressure compressor 3, a high pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high pressure turbine 6, and a low pressure turbine 7.
  • Figure 2 illustrates the ring 60 of the high pressure turbine 6 defining the outer limit of the air stream within the high pressure turbine 6.
  • This ring 60 is divided into several sectors 61 in CMC, substantially identical .
  • Figure 3 illustrates such a sector 61: it comprises a vein wall 63, an upstream flange 64 and a downstream flange 65.
  • the vein wall 63 having the shape of a cylinder sector, is configured to form together with the other sectors 61 a cylindrical ring with axis A.
  • the vein wall 63 has an internal main face 63i, intended to delimit the air vein, and an external face 63e.
  • the upstream 64 and downstream 65 flanges extend radially outwards from the outer face 63e of the vein wall 63: they are each placed in a radial plane of the ring 60.
  • FIG. 4 illustrates the different steps of a first example of a process according to the description, making it possible to manufacture such a ring sector 61 in CMC, that is to say in a composite material with a ceramic matrix.
  • the method begins with the weaving E1 of a fibrous preform 10 which will play the role of fibrous reinforcement of the sector 61.
  • This preform 10 is preferably woven according to a 3D weaving technique, known elsewhere, for example with a weave of the interlock type.
  • the preform 10 is woven with silicon carbide (SiC) fibers.
  • the preform 10 is shaped and undergoes an interphase deposition step E2, known elsewhere, for example of the chemical vapor phase deposition type (also known as CVD for "Chemical Vapor Deposition”).
  • the interphase material deposited is silicon carbide (SiC).
  • SiC silicon carbide
  • a sheath of SiC is therefore formed around the fibers of the preform 10, which consolidates the preform 10 and blocks the shape given during shaping.
  • a consolidated preform 10' is obtained, the fibers of which are coated an interphase sheath; however, the consolidated preform 10' still remains very porous.
  • inserts 50a-50e are then placed on the surface of the consolidated preform 10'.
  • These inserts 50a-50e are alumina wires (Al 2 0 3 ) having a diameter of approximately 5 mm.
  • inserts are arranged in a network extending exclusively on the external face 13e of the wall 13 which will lead to the vein wall 63 of the ring sector 61, as well as on the side surfaces of the walls 14, 15 which will lead to the upstream 64 and downstream 65 flanges of the ring sector 61.
  • Certain inserts 50a, 50c, 50d extending in the circumferential direction of the part, from one end to the other of the consolidated preform 10'. These circumferential inserts 50a, 50c, 50d cross other inserts 50b, 50e extending in the axial and/or radial directions of the part.
  • each side portion of the outer face 13e of the vein wall 13, that is to say each of the two portions extending between a flange wall 14, 15 and a axial end 11 m, 11 v of the consolidated preform 10', is provided with a circumferential insert 50a and three axial inserts 50b crossing the latter.
  • These axial inserts 50b extend from the axial end 11m, 11 v considered to the flange wall considered 14,
  • one of these inserts 50b is located in the middle of the sector while the other two run along a circumferential end of the sector.
  • the middle portion of the external face 13e of the vein wall that is to say the portion extending in the two flange walls 14, 15, is provided for its part with a circumferential insert 50c extending equidistant from the two flange walls 14, 15.
  • a circumferential insert 50d is also positioned at the base of each flange wall 14, 15, on the inner face 14i, 15i of the flange wall 14, 15 considered, that is to say its face facing the other flange wall 14, 15.
  • a U-shaped insert 50th runs radially from the distal end of the upstream flange wall 14 along its inner surface 14i, then orients itself axially to follow the middle portion of the outer face 13th of the vein wall 13, then crossing the circumferential insert 50c, then orients again radially to join the distal end of the downstream flange wall 15 along its inner surface 15i.
  • the inner face 13i of the vein wall 13 has no insert.
  • the outer surfaces 14e, 15e of the upstream 14 and downstream 15 flanges that is to say their surfaces facing the upstream end 11m, respectively downstream 11v, of the consolidated preform 10' are also devoid of insert.
  • the preform 10′ thus consolidated and provided with the inserts 50a-50e is then transferred into a mold to undergo a step E4 of injection of a ceramic slip.
  • the slip comprises a solvent, here water, a ceramic powder, here silicon carbide (SiC), and an organic binder, here polyvinyl alcohol.
  • the concentration of the SiC powder in the slip is approximately 20% by volume.
  • the concentration of the binder is for its part 1% by mass relative to the mass of SiC powder in slip.
  • the mold is provided for its part so as to match the shape of the preform 10'.
  • a drying step E5 is then carried out to remove the solvent from the slip.
  • This example involves a freeze-drying step (also known by its English name of "freeze-drying"), during which the mold is suddenly brought to a negative temperature in order to solidify the solvent and then gradually heated to very low pressure so as to bring about the sublimation of the solvent practically without altering the surrounding materials, the solvent in the gaseous phase then being eliminated using a cold trap for example.
  • the drying could be carried out in an oven, with a temperature between 60 and 110°C.
  • the drying can be carried out in the mold or outside the mold.
  • the ceramic particles of the slurry settle and are deposited on the fibers of the preform 10' as the solvent is removed, thus filling a part of the porosities of the preform 10'.
  • the growth of the green part 20 can also be obtained by a filtration process during which one or more filters are brought into contact with the preform 10' and retain the ceramic particles of the slip.
  • the green part 20 thus obtained then undergoes an annealing and pre-sintering step E6 making it possible to reinforce the connections between the particles of the ceramic powder and therefore to reinforce the strength of the green part 20.
  • the annealing takes place under an inert gas, for example argon, at a temperature of 1400° C. for 1 h.
  • An intermediate part 30 formed of a ceramic matrix enclosing the fibrous reinforcement 10' and the inserts 50 is obtained.
  • the annealing could be done under vacuum; the temperature of the annealing can also be lower, at which the annealing extends over several hours.
  • the intermediate piece 30 undergoes a densification step E7.
  • the intermediate piece 30 is brought into contact with silicon Si, playing the role of liquid densification material: the densification material then penetrates by capillarity within the intermediate piece 30 and fills the porosities residuals of the intermediate part 30.
  • This densification step E7 is initiated at a temperature of 1450° C. then includes a controlled cooling sub-step during which the temperature of the oven is gradually reduced, in a homogeneous manner, according to a ramp of 0.25° C./ min, until reaching the final temperature of 1350°C.
  • the alumina Al 2 0 3 forming the inserts 50a-50e volatilizes at least partially according to the reaction Al 2 0 3 ⁇ -> Al 2 0 + 0 2 ; the aluminum carried by the volatile Al 2 0 sub-oxide can then dissolve in the silicon, which releases oxygen from the part.
  • the inserts 50a-50e thus leave room for channels which can be taken by the liquid silicon and in which the silicon is concentrated.
  • a raw part 40 After cooling and solidification of the silicon, a raw part 40 is obtained which no longer, or practically no longer, has any porosities.
  • the raw part 40 on the other hand, has nodules of solidified silicon 41. However, there is in FIG. 8 that the zones where these nodules 41 appear correspond to the zones in which the inserts 50a-50e were located.
  • Figure 9 illustrates a second example of a method for obtaining such a ring sector 161.
  • the process begins in the same way as the first example with the weaving E101 of a fiber preform 110. However, in this second example, the inserts are integrated from the weaving step E101.
  • the weaving strategy can provide for the simultaneous weaving of two types of fibers; reinforcing fibers on the one hand, in SiC for example, forming the three-dimensional structure of the preform 110 and intended to form the reinforcement of the final part 161; and insertion fibers on the other hand, in alumina for example, forming the inserts described above and intended to promote the migration of liquid silicon during the densification step.
  • the preform 110 undergoes a step E102 of interphase deposition, making it possible to obtain a consolidated preform 110' whose fibers are coated with an interphase sheath.
  • the preform 110′ thus consolidated is then transferred into a mold to undergo a step E104 of injecting a ceramic slip then a drying step E105 in order to obtain a green part 120.
  • the green part 120 thus obtained then undergoes an annealing and pre-sintering step E106 to obtain an intermediate part 130.
  • the intermediate part 130 undergoes a densification step E107.
  • the intermediate part 130 is brought into contact with liquid silicon Si which penetrates by capillarity within the intermediate part 130.
  • the alumina Al 2 0 3 forming the inserts integrated into the preform 110 volatilizes at least partially and thus leaves room for channels which can be taken by the liquid silicon and in which the silicon concentrates.
  • a raw part 140 is therefore obtained which no longer, or practically no longer, has any porosities but which, on the other hand, exhibits nodules of solidified silicon.

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Abstract

Procédé de fabrication d'une pièce en CMC, permettant de mieux contrôler l'étape de densification de la pièce, et pièce intermédiaire permettant de mettre en œuvre ce procédé, la pièce intermédiaire comprenant un renfort (10'), une matrice, comportant un matériau céramique, et au moins un insert (50a-50e), réalisé dans un matériau différent de celui du renfort (10') et de la matrice, configuré pour favoriser la migration de silicium liquide au sein de la pièce intermédiaire au cours d'une étape de densification de la pièce intermédiaire.

Description

Description
Titre de l'invention : Pièce en CMC et procédé de fabrication d'une telle pièce
Domaine Technique [0001] Le présent exposé concerne un procédé de fabrication d’une pièce en CMC, c’est-à-dire en matériau composite à matrice céramique permettant de mieux contrôler l’étape de densification de la pièce. Il concerne également une pièce intermédiaire permettant de mettre en oeuvre ce procédé ainsi qu’une pièce en CMC obtenue par ce procédé. [0002] Un tel procédé de fabrication peut notamment être utilisé dans le domaine de l’aéronautique afin de fabriquer des pièces capables de résister à de hautes températures. Il peut notamment s’agir de secteurs d’un organe cylindrique d’une turbomachine, telle qu’un turboréacteur d’aéronef, et tout particulièrement de secteurs d’anneau de turbine, pour ne citer que ces exemples.
Technique antérieure
[0003] Certaines pièces d’une turbomachine sont exposées à des températures particulièrement élevées. Cela est notamment le cas des pièces formant la ou les turbines de la turbomachine, par exemple les secteurs des anneaux permettant de réaliser la veine externe de la turbine.
[0004] Afin de résister à ces très fortes températures, les secteurs d’anneau sont réalisés en CMC. Dans un procédé de fabrication typique de ce type de pièce, une préforme est tissée à l’aide de fibres céramiques, par exemple en carbure de silicium (SiC). Cette préforme est ensuite mise en forme dans un conformateur puis une interphase est déposée à la surface des fibres céramique, par procédé CVI par exemple (Chemical Vapor Infiltration). Dans un second temps une barbotine comprenant des particules céramiques, par exemple de SiC, en suspension dans un solvant, est injectée dans la préforme; une fois le solvant éliminé par séchage, les particules céramiques ainsi déposées sont frittées afin de former une matrice enfermant la préforme. On obtient alors une pièce intermédiaire possédant une certaine porosité. Une étape de densification est alors réalisée par infiltration puis solidification d’un matériau de densification liquide, en général du silicium liquide, dans la pièce intermédiaire.
[0005] Toutefois, le silicium étant plus dense à l’état solide qu’à l’état liquide, son refroidissement et sa solidification entraîne la sortie d’une partie du silicium liquide sous la forme de gouttes se solidifiant en surface de la pièce, formant ainsi des nodules de silicium solide. Ces nodules engendrent alors d’importantes difficultés puisqu’ils modifient les côtes de la pièce au-delà des tolérances et dégradent l’adhésion d’un éventuel revêtement de surface déposé par la suite.
De plus, le retrait de ces nodules par sablage ou usinage est lent, laborieux, et donc coûteux ; il peut en outre affecter la santé matière de la pièce finale.
[0006] En conséquence, afin de lutter contre l’apparition de tels nodules, certaines solutions ont été envisagées. L’une d’entre elle vise à modifier la composition du matériau de densification ou de la barbotine céramique, par exemple par adjonction de particules de diamant, sources de carbone qui vont consommer le silicium excédentaire pour former du SiC. Toutefois, il n’est pas toujours possible ou souhaitable de modifier de la sorte la composition de la barbotine.
[0007] Une autre option consiste à prévoir une couche sacrificielle de barbotine céramique tout autour de la pièce intermédiaire afin de protéger la pièce finale, et en particulier son renfort, lors du sablage ou de l’usinage des nodules. Toutefois, naturellement, une telle option entraîne une surconsommation importante de matières premières et nécessite un usinage complet de la pièce finale, long et fastidieux.
[0008] Enfin, une troisième option cherche à contrôler le front de refroidissement du silicium au sein de la pièce en utilisant un four muni de plusieurs zones dont les températures peuvent être pilotées indépendamment les unes des autres. Toutefois, la réalisation et le pilotage d’un tel four est complexe et coûteux.
[0009] Il existe donc un réel besoin pour un procédé de fabrication d’une pièce en CMC permettant de mieux contrôler l’étape de densification de la pièce et qui soit dépourvu, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux méthodes connues précitées.
Exposé de l’invention [0010] Le présent exposé concerne une pièce intermédiaire en matériau composite CMC, comprenant un renfort, une matrice, comportant un matériau céramique, et au moins un insert, réalisé dans matériau différent de celui du renfort et de la matrice, configuré pour favoriser la migration de silicium liquide au sein de la pièce intermédiaire au cours d’une étape de densification de la pièce intermédiaire.
[0011] Ainsi, grâce à une telle configuration, le silicium liquide excédentaire tend à migrer en direction des inserts et donc à se concentrer autour de ces derniers.
En conséquence, au cours du refroidissement, les nodules de silicium tendent à se former préférentiellement en surface des zones traversées par de tels inserts.
[0012] En conséquence, il est possible de disposer les inserts de manière à maîtriser les zones d’apparition des nodules, à défaut de chercher nécessairement à empêcher leur formation. Dès lors, il sera possible de disposer les inserts de manière à regrouper les nodules dans des zones peu sensibles de la pièce finale, c’est-à-dire des zones pouvant être usinées facilement, sans impact sensible sur le fonctionnement de la pièce, voire des zones dans lesquelles les tolérances sont plus importantes et autorisent la présence de tels nodules sans qu’il soit nécessaire de procéder à un usinage ou à un sablage. Le coût et le temps de cycle du procédé de fabrication peuvent donc être réduits.
[0013] Ainsi, cette solution laisse le procédé de densification inchangé et ne nécessite en particulier aucun ajustement de composition de matériau ou aucun outillage complexe additionnel. De plus, la tenue de la pièce finale, ainsi que de ses éventuels revêtements, est ainsi améliorée.
[0014] Dans certains modes de réalisation, la pièce intermédiaire comprend au moins une zone de travail destinée, une fois la pièce finalisée, à être en contact avec un fluide de travail d’une turbomachine, ledit au moins un insert étant prévu dans une zone de la pièce intermédiaire qui n’est pas une zone de travail. De préférence même, aucun insert de ce type n’est prévu dans une zone de travail. De cette manière, les surfaces de travail de la pièce, c’est-à-dire celles exposées aux plus fortes températures et susceptibles par ailleurs de recevoir des revêtements, peuvent être obtenue sans, ou pratiquement sans, aucun nodule de taille notable. La nécessité de recourir à un sablage ou à un usinage de ces zones particulièrement sensibles est donc fortement réduite.
[0015] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un élément unidirectionnel. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. Ceci permet de diriger le flux de silicium dans une direction privilégiée le long de l’insert.
[0016] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un fil ou un ensemble de fils. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. La réalisation d’un tel fil est en effet particulièrement aisée.
[0017] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est un cylindre, plein ou creux. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. De telles formes sont également faciles à réaliser.
[0018] Dans certains modes de réalisation, le diamètre d’au moins un insert est compris entre 0,1 et 1 mm. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. Il est rappelé à cet égard que, dans un espace métrique, le diamètre d'une partie non vide A, ici la section de l’insert, est la borne supérieure des distances entre deux points quelconques de A.
[0019] Dans certains modes de réalisation, la longueur d’au moins un insert est supérieure ou égale à 5 mm. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts.
[0020] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est discontinu. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts.
[0021] Dans certains modes de réalisation, la pièce intermédiaire comprend plusieurs inserts organisés selon un réseau possédant au moins deux orientations distinctes, de préférence au moins trois orientations distinctes. Un tel réseau permet de favoriser la migration du silicium liquide à l’échelle d’une zone élargie de la pièce intermédiaire, voire à l’échelle de la pièce toute entière. On parvient ainsi à drainer plus facilement le silicium excédentaire dans l’ensemble de la pièce et à le diriger vers certaines zones souhaitées.
[0022] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est partiellement ou totalement fusible ou consommable au cours d’une étape de densification de la pièce intermédiaire. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. On entend par « fusible », la capacité de l’insert à fondre, c’est-à-dire à passer à l’état liquide, à la température de l’étape de densification, par exemple 1400°C. On entend par « consommable », la capacité de l’insert à être consommé par une ou plusieurs réactions chimiques se produisant dans les conditions physico-chimiques de l’étape de densification. Dans un cas comme dans l’autre, ceci permet de créer des cavités dans la pièce intermédiaire dans lesquels le silicium va migrer par capillarité. De plus, puisqu’on augmente le volume disponible pour le silicium à l’intérieur de la pièce, on réduit également le volume total des nodules.
[0023] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert possède un coefficient de dilation thermique différent de celui de la matrice, de préférence supérieure.
De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. De cette manière, on entraîne un phénomène de dilation différentielle qui va générer l’apparition de micro-fissures dans la pièce intermédiaire, facilitant la migration du silicium par capillarité. Compte tenu de la taille infime de ces micro-fissures, l’impact de ces dernières sur la tenue mécanique de la pièce finale est minime ; en tout état de cause, l’apparition de ces micro-fissures est limitée aux zones des inserts, c’est-à-dire potentiellement à des zones non sensibles de la pièce.
[0024] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est réalisé en matériau céramique oxyde, possédant de préférence un point de fusion supérieur à 1400°C. De préférence, cela est le cas d’au moins50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. De tels matériaux offrent une forte compatibilité avec les matériaux du renfort et de la matrice de la pièce intermédiaire.
[0025] Dans certains modes de réalisation, au moins un insert est réalisé en alumine. De préférence, cela est le cas d’au moins 50% des inserts, d’au moins 90% des inserts, voire de tous les inserts. D’une part, l’alumine est un matériau céramique oxyde compatible notamment avec le SiC. D’autre part, l’alumine est un matériau partiellement consommable au cours de l’étape de densification, une partie de sa part d’aluminium se dissolvant dans le silicium et une partie de sa part d’oxygène se dégazant à l’extérieur de la pièce.
[0026] Dans certains modes de réalisation, le renfort est une préforme tissée, de préférence tissée 3D. Le tissage 3D permet notamment d’obtenir des renforts fibreux possédant des géométries complexes en un seul tenant, assurant ainsi une très bonne tenue mécanique à la pièce finale.
[0027] Dans certains modes de réalisation, le renfort est réalisé en matériau céramique, de préférence en carbure de silicium (SiC). Toutefois, n’importe quel type de fibre céramique pourrait également être utilisé et notamment des fibres de carbone ou bien encore un mélange de fibres.
[0028] Dans certains modes de réalisation, la matrice est réalisée en carbure de silicium (SiC). Toutefois, n’importe quel type de poudre céramique pourrait également être utilisée et notamment les céramique, non oxydes, réfractaires ou ultra réfractaires, à base de Si, Ti, Zr, HF, C, N telle que du C, B4C, TiC, ZrC, ou encore TiSi2.
[0029] Dans certains modes de réalisation, la pièce intermédiaire est du type anneau de turbine. En particulier, il peut s’agir d’un secteur d’anneau de turbine. Plus généralement, la pièce intermédiaire comprend une partie de veine et au moins une partie de fixation, prenant par exemple la forme d’une ou de plusieurs brides.
[0030] Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’une pièce composite CMC, comprenant les étapes de : fourniture d’une pièce intermédiaire selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents ; et densification de la pièce intermédiaire par pénétration de silicium liquide dans la pièce intermédiaire.
[0031] Dans certains modes de réalisation, l’étape de de fourniture de la pièce intermédiaire comprend une étape de tissage d’une préforme, l’étape de tissage comprenant le tissage tridimensionnel simultané de deux types de fibres dont les matériaux sont différents, le premier type de fibre formant la structure tridimensionnelle de la préforme destinée à former le renfort de la pièce intermédiaire et le deuxième type de fibre formant au moins un insert de la pièce intermédiaire.
[0032] Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend, durant l’étape de densification, une sous-étape de refroidissement contrôlé de la pièce intermédiaire. Une telle étape permet de contrôler le refroidissement du silicium liquide afin de maximiser sa migration à proximité des inserts.
[0033] Dans certains modes de réalisation, une température homogène est imposée à l’ensemble de la pièce intermédiaire au cours de la sous-étape de refroidissement. En particulier, l’imposition d’un gradient de températures ou de zones de températures distinctes n’est pas requise. On évite ainsi le recours à un outillage complexe.
[0034] Dans certains modes de réalisation, la sous-étape de refroidissement débute à une température initiale comprise entre 1000 et 1500°C, de préférence comprise entre 1400 et 1500°C.
[0035] Dans certains modes de réalisation, la sous-étape de refroidissement comprend au moins, ou consiste en une rampe de refroidissement inférieure à 5°C/min, de préférence inférieure à 2°C/min, de préérence encore inférieure à 0,5° C/min. De telles vitesses réduites laissent sufisamment de temps au silicium liquide pour migrer et se concentrer au niveau des inserts. Un ou plusieurs paliers de températures peuvent également être prévus.
[0036] Dans certains modes de réalisation, la rampe de refroidissement perdure jusqu’à une température comprise entre 1250 et 1350 °C. A cette température, la formation des nodules est terminée ou pratiquement terminée. Une seconde sous-étape de refroidissement peut ensuite avoir lieu jusqu’à atteindre la température ambiante.
[0037] Dans certains modes de réalisation, la seconde sous-étape de refroidissement est un refroidissement contrôlé plus rapide que la première sous- étape de refroidissement mais plus lent qu’un refroidissement libre. En particulier, elle peut comprendre, ou consister en, une rampe de refroidissement comprise entre 200° C/h et 500° C/h. De cette manière, on linntie les contraintes internes dans le matériau et on prolonge la durée de vie des éléments internes du four. [0038] Dans certains modes de réalisation, la seconde sous-étape de refroidissement est un refroidissement accéléré, comprenant, ou consistant en, une rampe de température comprise entre 700°C/h et1500°C/h. De cette manière, des gains en termes de temps de cycle sont possibles.
[0039] Dans certains modes de réalisation, la seconde sous-étape de refroidissement est un refroidissement libre.
[0040] Dans certains modes de réalisation, le procédé de fabrication comprend, après l’étape de refroidissement, une étape d’usinage au cours de laquelle des nodules de silicium solidifié sont usinés.
[0041] Le présent exposé concerne également une pièce en matériau composite CMC, obtenue par un procédé de fabrication selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Il peut notamment s’agir d’une pièce de turbine, un secteur d’anneau par exemple.
[0042] Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant une pièce en matériau composite CMC selon l’exposé.
[0043] Dans le présent exposé, les termes « axial », « radial », « tangentiel », « intérieur », « extérieur » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe principal de la turbomachine ; on entend par « plan axial » un plan passant par l’axe principal de la turbomachine et par « plan radial » un plan perpendiculaire à cet axe principal ; enfin, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation de l’air dans la turbomachine.
[0044] On entend par « tissage tridimensionnel » une technique de tissage dans laquelle des fils de trame circulent au sein d’une matrice de fils de chaîne de manière à former un réseau tridimensionnel de fils selon une armure tridimensionnelle : toutes les couches de fils d’une telle structure fibreuse sont alors tissées au cours d’une même étape de tissage au sein d’un métier à tisser tridimensionnel.
[0045] Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation de la pièce intermédiaire et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. Brève description des dessins
[0046] Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé.
[0047] Sur ces dessins, d’une figure à l’autre, des éléments (ou parties d’élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à des exemples de réalisation différents mais ayant une fonction analogue sont repérés sur les figures par des références numériques incrémentées de 100, 200, etc.
[0048] [Fig. 1] La figure 1 est une vue en coupe axiale d’une turbomachine.
[0049] [Fig. 2] La figure 2 est une vue en coupe radiale d’un anneau de turbomachine.
[0050] [Fig. 3] La figure 3 est une vue en perspective d’un secteur d’anneau.
[0051] [Fig. 4] La figure 4 représente un premier exemple de procédé de fabrication.
[0052] [Fig. 5] La figure 5 est une vue en perspective d’un exemple de pièce intermédiaire.
[0053] [Fig. 6] La figure 6 est une vue de haut de la pièce intermédiaire de la figure 5.
[0054] [Fig. 7] La figure 7 est une vue en coupe radiale de la pièce intermédiaire de la figure 5.
[0055] [Fig. 8] La figure 8 est une photographie d’une pièce brute.
[0056] [Fig. 9] La figure 9 représente un deuxième exemple de procédé de fabrication.
Description des modes de réalisation
[0057] Afin de rendre plus concrète l'invention, des exemples de procédé et de pièce intermédiaire sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples. [0058] La figure 1 représente, en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, un turboréacteur à double flux 1 selon l’exposé. Il comporte, d’amont en aval selon la circulation du flux d’air, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7.
[0059] La figure 2 illustre l’anneau 60 de la turbine haute pression 6 définissant la limite extérieure de la veine d’air au sein de la turbine haute pression 6. Cet anneau 60 est divisé en plusieurs secteurs 61 en CMC, sensiblement identiques.
[0060] La figure 3 illustre un tel secteur 61 : il comprend une paroi de veine 63, une bride amont 64 et une bride aval 65. La paroi de veine 63, ayant la forme d’un secteur de cylindre, est configurée pour former conjointement avec les autres secteurs 61 un anneau cylindrique d’axe A. La paroi de veine 63 possède une face principale interne 63i, destinée à délimiter la veine d’air, et une face externe 63e. Les brides amont 64 et aval 65 s’étendent radialement vers l’extérieur à partir de la face externe 63e de la paroi de veine 63 : elles se placent chacune dans un plan radial de l’anneau 60.
[0061] La figure 4 illustre les différentes étapes d’un premier exemple de procédé selon l’exposé permettant de fabriquer un tel secteur d’anneau 61 en CMC, c’est- à-dire en matériau composite à matrice céramique.
[0062] Le procédé débute avec le tissage E1 d’une préforme fibreuse 10 qui jouera le rôle de renfort fibreux du secteur 61. Cette préforme 10 est de préférence tissée selon une technique de tissage 3D, connue par ailleurs, par exemple avec une armure du type interlock. Dans cet exemple, la préforme 10 est tissée avec des fibres de carbure de silicium (SiC).
[0063] Une fois la préforme 10 terminée, elle est mise en forme et subit une étape E2 de dépôt d’interphase, connue par ailleurs, par exemple du type dépôt chimique en phase vapeur (également connue sous le nom CVD pour « Chemical Vapor Déposition »). Dans cet exemple, le matériau d’interphase déposé est du carbure de silicium (SiC). Une gaine de SiC se forme donc autour des fibres de la préforme 10, ce qui consolide la préforme 10 et bloque la forme donnée lors de la mise en forme. A l’issue de cette étape E2 de dépôt d’interphase, on obtient une préforme consolidée 10’ dont les fibres sont revêtues d’une gaine d’interphase ; la préforme consolidée 10’ reste toutefois encore très poreuse.
[0064] Au cours d’une étape E3, on met alors en place des inserts 50a-50e en surface de la préforme consolidée 10’. Ces inserts 50a-50e, mieux visibles sur les figures 4, 5 et 6, sont des fils d’alumine (Al203) possédant un diamètre de 5 mm environ.
[0065] Ces inserts sont disposés selon un réseau s’étendant exclusivement sur la face externe 13e de la paroi 13 qui aboutira à la paroi de veine 63 du secteur d’anneau 61 , ainsi que sur les surfaces latérales des parois 14, 15 qui aboutiront aux brides amont 64 et aval 65 du secteur d’anneau 61.
[0066] Certains inserts 50a, 50c, 50d s’étendant dans la direction circonférentielle de la pièce, d’une extrémité à l’autre de la préforme consolidée 10’. Ces inserts circonférentiels 50a, 50c, 50d croisent d’autres inserts 50b, 50e s’étendant dans les directions axiale et/ou radiale de la pièce.
[0067] Plus précisément, dans le présent exemple, chaque portion latérale de la face externe 13e de la paroi de veine 13, c’est-à-dire chacune des deux portions s’étendant entre une paroi de bride 14, 15 et une extrémité axiale 11 m, 11 v de la préforme consolidée 10’, est munie d’un insert circonférentiel 50a et de trois inserts axiaux 50b croisant ce dernier. Ces inserts axiaux 50b s’étendent depuis l’extrémité axiale 11m, 11 v considérée jusqu’à la paroi de bride considérée 14,
15 : l’un de ces inserts 50b est situé au milieu du secteur tandis que les deux autres longent une extrémité circonférentielles du secteur.
[0068] La portion médiane de la face externe 13e de la paroi de veine, c’est-à-dire la portion s’étendant dans les deux parois de bride 14, 15, est munie pour sa part d’un insert circonférentiel 50c s’étendant à égale distance des deux parois de bride 14, 15.
[0069] Un insert circonférentiel 50d est également positionné à la base de chaque paroi de bride 14, 15, sur la face intérieure 14i, 15i de la paroi de bride 14, 15 considérée, c’est-à-dire sa face dirigée vers l’autre paroi de bride 14, 15.
[0070] Enfin, un insert 50e en forme de U court radialement depuis l’extrémité distale de la paroi de bride amont 14 le long de sa surface intérieure 14i, s’oriente ensuite axialement pour longer la portion médiane de la face externe 13e de la paroi de veine 13, croisant alors l’insert circonférentiel 50c, puis s’oriente à nouveau radialement pour rejoindre l’extrémité distale de la paroi de bride aval 15 le long de sa surface intérieure 15i.
[0071] On peut noter alors que la face interne 13i de la paroi de veine 13 est dépourvue d’insert. De même, les surface extérieures 14e, 15e des brides amont 14 et aval 15, c’est-à-dire leurs surfaces dirigées vers l’extrémité amont 11 m, respectivement aval 11v, de la préforme consolidée 10’ sont également dépourvues d’insert.
[0072] La préforme 10’ ainsi consolidée et munie des inserts 50a-50e est alors transférée dans un moule pour subir une étape E4 d’injection d’une barbotine céramique. Dans cet exemple, la barbotine comprend un solvant, ici de l’eau, une poudre céramique, ici du carbure de silicium (SiC), et un liant organique, ici de l’alcool polyvinylique.
[0073] Dans cet exemple, la concentration de la poudre de SiC dans la barbotine est d’environ 20% en volume. La concentration du liant est pour sa part de 1% en masse par rapport à la masse de poudre de SiC en barbotine.
[0074] Le moule est prévu pour sa part de manière à épouser la forme de la préforme 10’.
[0075] Une étape de séchage E5 est alors conduite pour éliminer le solvant de la barbotine. Il s’agit dans cet exemple d’une étape de lyophilisation (également connue sous son nom anglais de « freeze-drying »), au cours de laquelle le moule est porté brutalement à une température négative afin de solidifier le solvant puis réchauffé progressivement à très basse pression de manière à entraîner la sublimation du solvant pratiquement sans altération des matières environnantes, le solvant en phase gazeuse étant alors éliminé à l’aide d’un piège froid par exemple. Dans un autre exemple, le séchage pourrait être réalisé en étuve, avec une température comprise entre 60 et 110 °C. De plus, le séchage peut être réalisé dans le moule ou bien hors du moule.
[0076] Au cours de l’étape de séchage E5, au sein de la préforme 10’, les particules céramique de la barbotine décantent et se déposent sur les fibres de la préforme 10’ à mesure que le solvant est éliminé, remplissant ainsi une part des porosités de la préforme 10’. On obtient alors une pièce crue 20. Toutefois, dans un autre exemple, la croissance de la pièce crue 20 peut également être obtenue par un processus de filtration au cours duquel un ou des filtres sont mis en contact de la préforme 10’ et retiennent les particules céramiques de la barbotine.
[0077] La pièce crue 20 ainsi obtenue subit ensuite une étape E6 de recuit et de pré frittage permettant de renforcer les connexions entre les particules de la poudre céramique et donc de renforcer la tenue de la pièce crue 20.
[0078] Dans cet exemple, le recuit a lieu sous gaz neutre, par exemple de l’argon, à une température de 1400 °C durant 1 h. On obtient abrs une pièce intermédiaire 30 formée d’une matrice céramique enfermant le renfort fibreux 10’ et les inserts 50. Toutefois, dans un autre exemple, le recuit pourrait se faire sous vide ; la température du recuit peut également être plus faible, auquel le recuit se prolonge sur plusieurs heures.
[0079] Une fois cette étape E6 terminée, la pièce intermédiaire 30 subit une étape de densification E7. Au cours de cette étape de densification E7, la pièce intermédiaire 30 est mise en contact avec du silicium Si, jouant le rôle de matériau de densification liquide : le matériau de densification pénètre alors par capillarité au sein de la pièce intermédiaire 30 et remplit les porosités résiduelles de la pièce intermédiaire 30.
[0080] Cette étape de densification E7 est initiée à une température de 1450°C puis comprend une sous-étape de refroidissement contrôlée durant laquelle la température du four est progressivement réduite, de manière homogène, selon une rampe de 0,25° C/min, jusqu’à atteindre la tempé"ature finale de 1350°C.
[0081] Au cours de cette étape, l’alumine Al203 formant les inserts 50a-50e se volatilise au moins partiellement selon la réaction Al203 <-> Al20 + 02 ; l’aluminium porté par le sous-oxyde volatile Al20 peut alors se dissoudre dans le silicium, ce qui libère du dioxygène hors de la pièce. Les inserts 50a-50e laissent ainsi place à des canaux qui peuvent être empruntés par le silicium liquide et dans lesquels se concentre le silicium.
[0082] Après refroidissement et solidification du silicium, on obtient une pièce brute 40 ne possédant plus, ou pratiquement plus, de porosités. La pièce brute 40 présente en revanche des nodules de silicium solidifié 41. Toutefois, on constate sur la figure 8 que les zones d’apparition de ces nodules 41 correspondent aux zones dans lesquelles se situaient les inserts 50a-50e.
[0083] Si cela est souhaité, il est alors possible de retirer ces nodules 41 lors d’une étape E8 d’usinage. Naturellement, d’autres usinages sont également possibles. De plus, certaines faces du secteur d’anneau 61 , et notamment la face principale interne 63i, peuvent recevoir un revêtement thermique.
[0084] La figure 9 illustre un deuxième exemple de procédé permettant d’obtenir un tel secteur d’anneau 161.
[0085] Le procédé débute de la même manière que le premier exemple avec le tissage E101 d’une préforme fibreuse 110. Toutefois, dans ce deuxième exemple, les inserts sont intégrés dès l’étape de tissage E101.
[0086] En particulier, la stratégie de tissage peut prévoir le tissage simultané de deux types de fibres ; des fibres de renfort d’une part, en SiC par exemple, formant la structure tridimensionnelle de la préforme 110 et destinées à former le renfort de la pièce finale 161 ; et des fibres d’insertion d’autre part, en alumine par exemple, formant les inserts décrits plus haut et destinés à favoriser la migration de silicium liquide au cours de l’étape de densification.
[0087] Une fois la préforme 110 ainsi obtenue, la suite du procédé est analogue à celui du premier exemple. La préforme 110 subit une étape E102 de dépôt d’interphase, permettant d’obtenir une préforme consolidée 110’ dont les fibres sont revêtues d’une gaine d’interphase.
[0088] La préforme 110’ ainsi consolidée est alors transférée dans un moule pour subir une étape E104 d’injection d’une barbotine céramique puis une étape de séchage E105 afin d’obtenir une pièce crue 120.
[0089] La pièce crue 120 ainsi obtenue subit ensuite une étape E106 de recuit et de pré-frittage permettant d’obtenir une pièce intermédiaire 130.
[0090] Une fois cette étape E6 terminée, la pièce intermédiaire 130 subit une étape de densification E107. Au cours de cette étape de densification E107, la pièce intermédiaire 130 est mise en contact avec du Silicium liquide Si qui pénètre par capillarité au sein de la pièce intermédiaire 130. [0091] Au cours d’une sous étape de refroidissement, l’alumine Al203 formant les inserts intégrés à la préforme 110 se volatilise au moins partiellement et laissent ainsi place à des canaux qui peuvent être empruntés par le silicium liquide et dans lesquels se concentre le silicium. [0092] Après refroidissement et solidification du silicium, on obtient donc une pièce brute 140 ne possédant plus, ou pratiquement plus, de porosités mais présentant en revanche des nodules de silicium solidifié.
[0093] Si cela est souhaité, il est alors possible de retirer ces nodules lors d’une étape E108 d’usinage afin d’aboutir à la pièce finale 161. [0094] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
[0095] Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Pièce intermédiaire en matériau composite CMC, possédant au moins une zone de travail (13i) destinée, une fois la pièce finalisée, à être en contact avec un fluide de travail d'une turbomachine, comprenant un renfort (10'), une matrice, comportant un matériau céramique, et au moins un insert (50a-50e), réalisé dans un matériau différent de celui du renfort (10') et de la matrice et possédant un diamètre compris entre 0,1 et 1 mm, configuré pour favoriser la migration de silicium liquide au sein de la pièce intermédiaire (30) au cours d'une étape de densification de la pièce intermédiaire (30), dans laquelle ledit au moins un insert (50a-50e) est prévu dans une zone de la pièce intermédiaire (30) qui n'est pas une zone de travail.
[Revendication 2] Pièce intermédiaire selon la revendication 1, dans lequel au moins un insert (50a-50e) est un fil, un ensemble de fils ou un cylindre, plein ou creux.
[Revendication 3] Pièce intermédiaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la longueur d'au moins un insert (50a-50e) est supérieure ou égale à 5mm.
[Revendication 4] Pièce intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins un insert (50a-50e) est partiellement ou totalement fusible ou consommable au cours d'une étape de densification de la pièce intermédiaire (30).
[Revendication 5] Pièce intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle au moins un insert (50a-50e) possède un coefficient de dilation thermique supérieur à celui de la matrice.
[Revendication 6] Pièce intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle au moins un insert (50a-50e) est réalisé en matériau céramique oxyde, possédant de préférence un point de fusion supérieur à 1400°C
[Revendication 7] Pièce intermédiaire selon la revendication 6, dans laquelle au moins un insert (50a-50e) est réalisé en alumine.
[Revendication 8] Pièce intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le renfort est une préforme tissée (100, de préférence tissée 3D, réalisée en carbure de silicium, et dans laquelle la matrice est réalisée en carbure de silicium.
[Revendication 9] Procédé de fabrication d'une pièce composite CMC, comprenant les étapes de :
- fourniture d'une pièce intermédiaire (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ; et
- densification (E7) de la pièce intermédiaire (30) par pénétration de silicium liquide dans la pièce intermédiaire (30).
[Revendication 10] Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel l'étape de fourniture de la pièce intermédiaire (130) comprend une étape de tissage (E101) d'une préforme (110), l'étape de tissage (E101) comprenant le tissage tridimensionnel simultané de deux types de fibres dont les matériaux sont différents, le premier type de fibre formant la structure tridimensionnelle de la préforme (110) destinée à former le renfort de la pièce intermédiaire (130) et le deuxième type de fibre formant au moins un insert (50a-50e) de la pièce intermédiaire (130).
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 9 ou 10, comprenant, durant l'étape de densification (E7), une sous-étape de refroidissement contrôlé de la pièce intermédiaire (30), et dans lequel une température homogène est imposée à l'ensemble de la pièce intermédiaire au cours de la sous-étape de refroidissement.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 11, dans lequel la sous- étape de refroidissement comprend au moins une rampe de refroidissement inférieure à 5°C/min, de préférence inférieure à 2°C/min, de préférence encore inférieure à 0,5°C/min.
[Revendication 13] Pièce en matériau composite CMC, obtenue par un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 9 à 12. [Revendication 14] Turbomachine, comprenant une pièce en matériau composite CMC selon la revendication 13.
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