EP4264016A1 - Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique - Google Patents

Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique

Info

Publication number
EP4264016A1
EP4264016A1 EP21851812.4A EP21851812A EP4264016A1 EP 4264016 A1 EP4264016 A1 EP 4264016A1 EP 21851812 A EP21851812 A EP 21851812A EP 4264016 A1 EP4264016 A1 EP 4264016A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
fibrous reinforcement
short fibers
binder
ceramic matrix
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
EP21851812.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Lucien Henri Jacques QUENNEHEN
Christophe TOUCHON
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 Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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 Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4264016A1 publication Critical patent/EP4264016A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/571—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844—Coating fibres
    • C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/6286—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844—Coating fibres
    • C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/62865—Nitrides
    • C04B35/62868—Boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844—Coating fibres
    • C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/62873—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62884—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by gas phase techniques
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62897—Coatings characterised by their thickness
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284—Selection of ceramic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5244—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/526—Fibers characterised by the length of the fibers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6026—Computer aided shaping, e.g. rapid prototyping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/614—Gas infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/616—Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a blade made of a composite material with a matrix at least partially made of ceramic, material hereinafter designated by CMC.
  • composite materials with a ceramic matrix are part of so-called thermostructural composite materials, that is to say composite materials having good mechanical properties and an ability to retain these properties at high temperature.
  • parts, such as blades, made of CMC have a significant weight saving compared to the same parts made with the usual metal alloys.
  • CMC parts can be formed by a fibrous reinforcement in refractory fibers (carbon or ceramic) obtained by three-dimensional or multilayer weaving which is densified by a ceramic matrix. Nevertheless, weaving can have limitations if it is desired to obtain relatively complex shapes.
  • the present invention relates to a blade made of composite material comprising a fibrous reinforcement and an at least partially ceramic matrix, the blade being characterized in that the fibrous reinforcement comprises a first structural part formed by three-dimensional or multilayer weaving, and a second functional part , distinct from the first part, comprising short fibers.
  • the blade according to the invention has a hybrid fibrous reinforcement formed by three-dimensional or multilayer weaving in a structural part and by short fibers in one or more distinct functional zones of the structural part.
  • the use of three-dimensional or multi-layer fabric confers excellent mechanical resistance in the part which supports the forces in operation, for example the centrifugal forces in the case of a rotating blade.
  • the implementation of short fibers in the functional part makes it possible, in turn, to access in this last part more complex shapes than those which can be obtained by weaving while maintaining a reduced manufacturing cost and good mechanical properties.
  • the first part forms the fibrous reinforcement of the foot, of the Lechasse and of the blade of the dawn.
  • the second part forms the fibrous reinforcement of a platform of the blade and of platform spoilers and/or of the heel of the blade and of heel spoilers.
  • the short fibers have an average length less than or equal to 5000 ⁇ m.
  • an average dimension designates the dimension given by the statistical particle size distribution to half of the population, called D50.
  • the blade is a turbine blade or a compressor blade.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising a blade as described above.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a blade as described above, in which the method comprises:
  • the first part is consolidated before depositing the mixture.
  • the first part is densified by a consolidation phase which allows it to retain its shape without the assistance of a holding tool.
  • the mixture of short fibers and binder is deposited by additive manufacturing.
  • the common ceramic matrix is formed by melt infiltration.
  • FIG. 1 represents a flowchart of a succession of steps of a method of manufacturing an example of a blade according to the invention.
  • FIG. 2 represents the first part of the fibrous reinforcement of an example of a blade according to the invention.
  • Figure 3 shows, schematically and partially, the second part of the fibrous reinforcement on the first part.
  • Figure 1 shows successive steps of an example of a CMC blade manufacturing process according to the invention.
  • a fibrous texture intended to form the first part of the fibrous reinforcement of the blade to be obtained is produced by three-dimensional weaving or by multi-layer weaving.
  • three-dimensional weaving or “3D weaving” is meant here a mode of weaving by which at least some of the warp yarns bind weft yarns over several weft layers, such as for example “interlock weaving”.
  • interlock weave we mean here a 3D weaving weave of which each warp layer binds multiple layers of wefts with all yarns in the same warp column having the same movement in the plane of the weave. It will be noted that an inversion of the roles between warp and weft is possible, and must be considered as also covered by the claims.
  • multi-layer weave we mean here a 3D weave with several weft layers whose basic weave of each layer is equivalent to a conventional 2D fabric weave, such as a weave of the plain, satin or twill type, but with certain points of the weave that bind the weft layers together.
  • the production of the fibrous texture by 3D or multi-layer weaving makes it possible to obtain a bond between the layers and therefore to have good mechanical strength of the fibrous texture and of the blade made of composite material obtained in the structural part of the blade.
  • the fibrous texture can be produced in known manner by means of a Jacquard-type weaving loom on which a bundle of warp or strand yarns has been placed in a plurality of layers, the warp yarns being linked by layers of weft or strands also arranged in a plurality of layers.
  • the threads or strands used for the texture may consist of ceramic fibers, for example fibers formed essentially of silicon carbide SiC (hereinafter referred to as SiC fibers) or of silicon nitride Si 3 N 4 . It is possible in particular to use yarns supplied by the Japanese company Nippon Carbon under the reference “Hi-Nicalon” or under the reference “Hi-Nicalon Type-S”. The yarns or strands used can also consist of carbon fibers.
  • step 20 the fibrous texture is shaped and maintained in its shape by means of a shaping tool, to obtain after shaping the first part of the fibrous reinforcement.
  • FIG. 2 An example of the first part 100 of the fibrous reinforcement defining in a single piece of fabric the fibrous reinforcement of the foot 130, the Lechasse 132 and the blade 120 of the blade to be obtained. There may be textile continuity in the first part 100.
  • the fabric forming the first part 100 may be devoid of a debonding zone.
  • the three-dimensional or multilayer weaving is advantageously present only in the structural zone of the blade so as to simplify the production of the fiber reinforcement as much as possible.
  • the blade 120 extends in the longitudinal direction between its foot 130 and its crown 121 and has in cross section a curved profile of variable thickness delimiting two faces 122 and 123, corresponding respectively to the upper surface and the lower surface of the blade and each connecting the leading edge 120a and trailing edge 120b thereof.
  • the blade to be obtained in the example illustrated is a rotating blade which is intended to be mounted on a turbine rotor (not illustrated) by engagement of the foot 130 in a housing of corresponding shape arranged at the periphery of the rotor.
  • a debrittlement interphase is formed in a known manner by chemical vapor infiltration (“Chemical Vapor Infiltration”; “CVI”) on the fibers of the first part 100 (step 30).
  • the interphase can be monolayer or multilayer.
  • the interphase may include at least one layer of pyrolytic carbon (PyC), boron nitride (BN), boron nitride doped with silicon (BN(Si), with silicon in a mass proportion of between 5% and 40 %, the balance being boron nitride) or boron-doped carbon (BC, with boron in an atomic proportion between 5% and 20%, the balance being carbon).
  • the thickness of the interphase can be between 10 nm and 1000 nm, for example between 10 nm and 800 nm.
  • the first part 100 can also be consolidated by a matrix phase or layer deposited by chemical infiltration in the vapor phase or by a liquid route.
  • the first part 100 is maintained in the shaping tool in an oven while a layer of ceramic matrix is formed by chemical vapor infiltration on the interphase for consolidation of the first part, that is to say to bind the fibers of the preform sufficiently together so that the first part can retain its shape without the assistance of the shaping tool.
  • This matrix layer is for example SiC.
  • the matrix layer may also be a layer of a self-healing material containing boron, for example an Si-BC ternary system or boron carbide B 4 C capable of forming, in the presence of oxygen, a borosilicate type glass having self-healing properties.
  • a self-healing material containing boron for example an Si-BC ternary system or boron carbide B 4 C capable of forming, in the presence of oxygen, a borosilicate type glass having self-healing properties.
  • Liquid consolidation consists of impregnating the first part with a liquid ceramic precursor and performing a pyrolysis heat treatment. to transform the precursor into ceramic.
  • Liquid ceramic precursors in particular of SiC, can be resins of the polycarbosilane (PCS) or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ) type.
  • the thickness of the first matrix phase is at least equal to 500 nm.
  • the total thickness of the interphase and of the matrix layer is chosen to be sufficient to consolidate the first part, that is to say to bind together the fibers of the first part sufficiently to that the first part can be manipulated while retaining its shape without the assistance of holding tools. This thickness may be at least equal to 500 nm.
  • the first part After consolidation, the first part remains porous, the initial porosity being for example only filled for a minority part by the interphase and the matrix layer.
  • the first part can be impregnated with a slip comprising a powder of ceramic particles, for example silicon carbide optionally with particles of carbon, silicon nitride Si3N 4 , boron carbide B 4 C, titanium silicide TiSi2 . Still optionally, it is possible to carry out a rise of liquid silicon in the first part in order to pre-densify it before forming the second part.
  • a slip comprising a powder of ceramic particles, for example silicon carbide optionally with particles of carbon, silicon nitride Si3N 4 , boron carbide B 4 C, titanium silicide TiSi2 .
  • short fibers coated with an interphase are prepared (step 40).
  • an interphase by chemical vapor deposition (“Chemical Vapor Deposition”; “CVD”).
  • the interphase may be as described above.
  • the long fibers coated with the interphase can then be cut in order to obtain the short fibers coated with the interphase.
  • the interphase can be deposited on a fibrous structure, for example corresponding to a scrap from a previous textile operation, then the short fibers coated with the interphase can be obtained by grinding this fibrous structure. It is also possible to form the interphase directly on the short fibers by calefaction as described in document WO 2019/129950.
  • the short fibers can have an average length less than or equal to 1 mm, for example less than or equal to 500 ⁇ m.
  • the average length of the short fibers can be between 10 ⁇ m and 5 mm, for example between 10 ⁇ m and 1 mm, for example between 10 pm and 500 pm.
  • the short fibers 11 can have an average diameter less than or equal to 20 ⁇ m, for example between 5 ⁇ m and 20 ⁇ m, or even between 8 ⁇ m and 14 ⁇ m.
  • the short fibers can have a generally cylindrical shape.
  • the short fibers coated with the interphase are then mixed with a binder.
  • the binder can comprise at least one polymer optionally with a plasticizer.
  • the binder can comprise at least one thermoplastic polymer.
  • the binder may comprise at least one compound chosen from the following: polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG), polypropylene (PP), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET).
  • the binder can comprise at least one thermosetting polymer.
  • the binder can comprise at least one compound chosen from the following: epoxy resins, phenolic resins, preceramic resins.
  • the mixing temperature then depends on the binders used in order, on the one hand, not to thermally degrade them and, on the other hand, not to polymerize them prematurely.
  • the mixture can also be prepared under vacuum so as to reduce the presence of air bubbles in the mixture.
  • a mixture is then obtained comprising the short fibers which are intended to form the second part of the fibrous reinforcement.
  • the method continues by forming the second part of the fibrous reinforcement on the first part (step 60).
  • the mixture is first deposited on the first part in the zone or zones where it is desired to form the second part.
  • the mixture can be injected into a mold having at least one cavity in the shape of the second part to be obtained.
  • the mixture can be deposited by additive manufacturing on the first part 100.
  • FDM fused Deposition Modeling
  • binder jetting binder jetting
  • the assembly formed from the mixture of binder and short fibers deposited and of the first part 100 is then maintained in the desired shape.
  • the binder can then be removed for example by pyrolysis heat treatment, in a manner known per se.
  • the short fibers and the first part 100 are then co-densified by a common ceramic matrix phase. This common matrix phase densifies both the short fibers and the first part 100 (step 70).
  • the co-densification can be carried out by infiltrating a molten composition into the porosity of the first part 100 and into the porosity between the short fibers.
  • the molten composition can comprise an intermetallic compound.
  • the molten composition can comprise silicon.
  • the molten composition may consist of pure molten silicon or alternatively be in the form of a molten alloy of silicon and one or more other constituents.
  • the molten composition can mainly comprise silicon by mass, that is to say have a silicon content by mass greater than or equal to 50%.
  • the molten composition may for example have a mass content of silicon greater than or equal to 75%.
  • the constituent(s) present within the silicon alloy may be chosen from B, Al, Mo, Ti, and mixtures thereof.
  • a chemical reaction can occur between the molten composition and carbon present in the porosity (for example a pyrolysis residue) during infiltration, leading to the formation of silicon carbide (reactive infiltration process in the molten state or “Reactive Melt Infiltration”).
  • a blade made of composite material with a matrix at least partially made of ceramic is thus obtained.
  • the blade matrix can be partially or entirely made of ceramic material.
  • FIG. 3 schematically illustrates the blade 1 obtained comprising in particular the first part 100 and the second part of the reinforcement which comprises two separate portions 200a and 200b.
  • the two portions 200a and 200b include the short fibers.
  • the second part 200a and 200b can be intended to provide a sealing function.
  • the portion 200a forms the fibrous reinforcement of a platform 202a and of the upstream 204a and downstream 206a platform spoilers.
  • the inner radial end of the blade 120 is connected to the blade platform 202a whose outer (or upper) face 203a delimits, radially inside, the flow path of the gas stream.
  • the portion 200b forms the fibrous reinforcement of a heel 202b and of the upstream 204b and downstream 206b spoilers of the heel.
  • the short fibers are advantageously present only in non-structural zones of the blade and only in the second part 200a and 200b.
  • the short fibers are non-woven.
  • the short fibers are dispersed in the common ceramic matrix.
  • the distribution of short fibers is macroscopically isotropic, which gives good mechanical properties to the part.
  • the short fibers can be present throughout the volume of the second part 200a and 200b.
  • the short fibers can be present in the entire volume of the platform 202a and of the platform spoilers 204a and 206a and/or in the entire volume of the heel 202b and of the heel spoilers 204b and 206b.
  • the short fibers can be present in a connection zone of the second part 200a and 200b with the blade part 120, in contact with the blade part 120.
  • the short fibers can be present in the second part 200a and 200b from the zone connecting the second part 200a and 200b with the blade part 120 to the edges of the second part 200a and 200b.
  • the second part 200a and 200b can be devoid of three-dimensional or multilayer fabric.
  • the blade formed may be a rotating blade, intended to be fixed to a rotor.
  • the blade formed may be a turbine blade, for example a high pressure or low pressure turbine blade.
  • the blade may be an aircraft engine gas turbine blade.
  • the vane may alternatively be a compressor vane.
  • the outer surface of the blade or part of this surface can be coated with a layer of ceramic paint or an environmental barrier, or EBC (“Environmental Barrier Coating”).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

L'invention concerne une aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux et une matrice au moins partiellement en céramique, l'aube étant caractérisée en ce que le renfort fibreux comprend une première partie (100) structurale formée par tissage tridimensionnel ou multicouches, et une deuxième partie fonctionnelle (200a, 200b), distincte de la première partie, comprenant des fibres courtes.

Description

Description
Titre de l'invention : AUBE EN MATERIAU COMPOSITE A MATRICE AU MOINS PARTIELLEMENT CERAMIQUE
Domaine Technique
L'invention concerne une aube en matériau composite à matrice au moins partiellement en céramique, matériau ci-après désigné par CMC.
Technique antérieure
Dans les moteurs aéronautiques et en particulier dans les turbines à gaz ou turbomachines de tels moteurs, les pièces soumises à de hautes températures sont depuis longtemps réalisées en alliages métalliques. Afin de réduire de façon significative la masse et admettre des températures de fonctionnement plus élevées que celles autorisées avec les alliages métalliques actuels, les matériaux composites à matrice céramique sont de plus en plus utilisés.
En effet, les matériaux composites à matrice céramique font partie des matériaux composites dits thermostructuraux, c'est-à-dire des matériaux composites ayant des bonnes propriétés mécaniques et une capacité à conserver ces propriétés à température élevée. En outre, des pièces, telles que des aubes, réalisées en CMC présentent un gain de masse significatif par rapport à de mêmes pièces réalisées avec les alliages métalliques habituels.
Les pièces en CMC peuvent être formées par un renfort fibreux en fibres réfractaires (carbone ou céramique) obtenu par tissage tridimensionnel ou multicouches qui est densifié par une matrice céramique. Néanmoins, le tissage peut présenter des limitations s'il est recherché d'obtenir des formes relativement complexes.
Exposé de l'invention
La présente invention concerne une aube en matériau composite comprenant un renfort fibreux et une matrice au moins partiellement en céramique, l'aube étant caractérisée en ce que le renfort fibreux comprend une première partie structurale formée par tissage tridimensionnel ou multicouches, et une deuxième partie fonctionnelle, distincte de la première partie, comprenant des fibres courtes. L'aube selon l'invention présente un renfort fibreux hybride formé par tissage tridimensionnel ou multicouches dans une partie structurale et par des fibres courtes dans une ou plusieurs zones fonctionnelles distinctes de la partie structurale. L'emploi du tissu tridimensionnel ou multicouches confère une excellente résistance mécanique dans la partie qui soutient les efforts en fonctionnement, par exemple les efforts centrifuges dans le cas d'une aube rotative. La mise en oeuvre des fibres courtes dans la partie fonctionnelle permet, quant à elle, d'accéder dans cette dernière partie à des formes plus complexes que celles pouvant être obtenues par tissage tout en conservant un coût de fabrication réduit et de bonnes propriétés mécaniques.
Dans un exemple de réalisation, la première partie forme le renfort fibreux du pied, de Léchasse et de la pale de l'aube.
Il est particulièrement avantageux d'employer un tissu tridimensionnel ou multicouches dans ces zones qui subissent les efforts les plus élevés en fonctionnement.
Dans un exemple de réalisation, la deuxième partie forme le renfort fibreux d'une plateforme de l'aube et de becquets de plateforme et/ou du talon de l'aube et de becquets de talon.
Il est particulièrement avantageux d'employer les fibres courtes dans ces zones afin de pouvoir leur conférer une forme complexe.
Dans un exemple de réalisation, les fibres courtes ont une longueur moyenne inférieure ou égale à 5000 pm.
Sauf mention contraire, une dimension moyenne désigne la dimension donnée par la distribution granulométrique statistique à la moitié de la population, dite D50.
Dans un exemple de réalisation, l'aube est une aube de turbine ou une aube de compresseur.
L'invention vise également une turbomachine comprenant une aube telle que décrite plus haut.
L'invention vise également un procédé de fabrication d'une aube telle que décrite plus haut, dans lequel le procédé comprend :
- le dépôt d'un mélange des fibres courtes et d'un liant sur la première partie du renfort fibreux, - l'élimination du liant, et
- la formation d'une phase de matrice céramique commune aux fibres courtes et à la première partie du renfort fibreux.
Dans un exemple de réalisation, la première partie est consolidée avant le dépôt du mélange. Dans ce cas, la première partie est densifiée par une phase de consolidation qui lui permet de conserver sa forme sans assistance d'un outillage de maintien.
Dans un exemple de réalisation, le mélange des fibres courtes et du liant est déposé par fabrication additive.
L'emploi de la fabrication additive pour déposer le mélange permet d'accéder à des formes complexes et donc d'élargir davantage encore les géométries pouvant être obtenues par rapport au tissage.
Dans un exemple de réalisation, la matrice céramique commune est formée par infiltration à l'état fondu.
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 représente un ordinogramme d'une succession d'étapes d'un procédé de fabrication d'un exemple d'aube selon l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 représente la première partie du renfort fibreux d'un exemple d'aube selon l'invention.
[Fig. 3] La figure 3 représente, de manière schématique et partielle, la deuxième partie du renfort fibreux sur la première partie.
Description des modes de réalisation
La figure 1 montre des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication d'une aube en CMC selon l'invention.
A l’étape 10, une texture fibreuse destinée à former la première partie du renfort fibreux de l'aube à obtenir est réalisée par tissage tridimensionnel ou par tissage multicouches. Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de chaîne lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame comme par exemple un "tissage interlock". Par « tissage interlock », on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de chaîne lie plusieurs couches de trames avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. On notera qu'une inversion des rôles entre chaîne et trame est possible, et doit être considérée comme couverte aussi par les revendications. Par « tissage multicouches », on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de tissu 2D classique, tel qu'une armure de type toile, satin ou sergé, mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de trame entre elles.
La réalisation de la texture fibreuse par tissage 3D ou multicouches permet d'obtenir une liaison entre les couches donc d'avoir une bonne tenue mécanique de la texture fibreuse et de l'aube en matériau composite obtenue dans la partie structurale de l'aube.
La texture fibreuse peut être réalisée de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type Jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaîne étant liés par des couches de fils de trame ou torons également disposés en une pluralité de couches.
Les fils ou torons utilisés pour la texture peuvent être constitués de fibres céramiques, par exemple des fibres formées essentiellement de carbure de silicium SiC (désignées ci-après fibres SiC) ou de nitrure de silicium Si3N4. On peut notamment utiliser des fils fournis par la société japonaise Nippon Carbon sous la référence « Hi-Nicalon » ou sous la référence « Hi-Nicalon Type-S ». Les fils ou torons utilisés peuvent être également constitués de fibres de carbone.
A l’étape 20, la texture fibreuse est mise en forme et maintenue dans sa forme au moyen d’un outillage de conformation, pour obtenir après mise en forme la première partie du renfort fibreux.
On a représenté à la figure 2 un exemple de première partie 100 du renfort fibreux définissant en une seule pièce de tissu le renfort fibreux du pied 130, de Léchasse 132 et de la pale 120 de l'aube à obtenir. Il peut y avoir une continuité textile dans la première partie 100. Le tissu formant la première partie 100 peut être dépourvu d'une zone de déliaison. Dans le renfort de l'aube, le tissage tridimensionnel ou multicouches est avantageusement présent uniquement dans la zone structurale de l'aube de sorte à simplifier au plus l'élaboration du renfort fibreux. La pale 120 s'étend en direction longitudinale entre son pied 130 et son sommet 121 et présente en section transversale un profil incurvé d'épaisseur variable délimitant deux faces 122 et 123, correspondant respectivement à l'extrados et l'intrados de la pale et reliant chacune le bord d'attaque 120a et le bord de fuite 120b de cette dernière. L'aube à obtenir dans l'exemple illustré est une aube rotative qui est destinée à être montée sur un rotor de turbine (non illustré) par engagement du pied 130 dans un logement de forme correspondante aménagé à la périphérie du rotor.
La première partie étant maintenue dans son outillage de conformation, par exemple en graphite, une interphase de défragilisation est formée de façon connue par infiltration chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Infiltration » ; « CVI ») sur les fibres de la première partie 100 (étape 30). L'interphase peut être monocouche ou multicouches. L'interphase peut comporter au moins une couche de carbone pyrolytique (PyC), de nitrure de bore (BN), de nitrure de bore dopé au silicium (BN(Si), avec du silicium en une proportion massique comprise entre 5% et 40%, le complément étant du nitrure de bore) ou de carbone dopé au bore (BC, avec du bore en une proportion atomique comprise entre 5% et 20%, le complément étant du carbone). L'épaisseur de l'interphase peut être comprise entre 10 nm et 1000 nm, par exemple entre 10 nm et 800 nm.
Durant l'étape 30, la première partie 100 peut aussi être consolidée par une phase ou couche de matrice déposée par infiltration chimique en phase vapeur ou par voie liquide. Dans le cas de la voie gazeuse, la première partie 100 est maintenue dans l'outillage de conformation dans un four tandis qu'une couche de matrice céramique est formée par infiltration chimique en phase vapeur sur l'interphase pour consolidation de la première partie, c'est-à-dire pour lier les fibres de la préforme suffisamment entre elles pour que la première partie puisse conserver sa forme sans l'assistance de l'outillage de conformation. Cette couche de matrice est par exemple en SiC. La couche de matrice peut également être une couche d'un matériau autocicatrisant contenant du bore, par exemple un système ternaire Si-B-C ou du carbure de bore B4C capable de former, en présence d'oxygène, un verre de type borosilicate ayant des propriétés auto-cicatrisantes.
La consolidation par voie liquide consiste à imprégner la première partie avec un précurseur liquide de céramique et effectuer un traitement thermique de pyrolyse pour transformer le précurseur en céramique. Des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ).
L'épaisseur de la première phase de matrice est au moins égale à 500 nm. Comme indiqué ci-avant, l'épaisseur totale de l'interphase et de la couche de matrice est choisie suffisante pour consolider la première partie, c'est-à-dire pour lier entre elles les fibres de la première partie de façon suffisante pour que la première partie puisse être manipulée en conservant sa forme sans assistance d'outillage de maintien. Cette épaisseur peut être au moins égale à 500 nm. Après consolidation, la première partie reste poreuse, la porosité initiale n'étant par exemple comblée que pour une partie minoritaire par l'interphase et la couche de matrice.
De manière optionnelle, la première partie peut être imprégnée par une barbotine comprenant une poudre de particules céramiques, par exemple en carbure de silicium éventuellement avec des particules de carbone, nitrure de silicium Si3N4, carbure de bore B4C, siliciure de titane TiSi2. Toujours de manière optionnelle, on peut réaliser une remontée de silicium liquide dans la première partie afin de la prédensifier avant formation de la deuxième partie.
En parallèle, on prépare des fibres courtes revêtues d'une interphase (étape 40). On peut pour cela déposer, de manière connue en soi, sur des fibres longues circulant dans une enceinte une interphase par dépôt chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Deposition » ; « CVD »). L'interphase peut être telle que décrite plus haut. Les fibres longues revêtues de l'interphase peuvent ensuite être découpées afin d'obtenir les fibres courtes revêtues de l'interphase. En variante, on peut réaliser un dépôt de l'interphase sur une structure fibreuse, par exemple correspondant à une chute d'une opération textile précédente, puis obtenir les fibres courtes revêtues de l'interphase par broyage de cette structure fibreuse. On peut encore directement former l'interphase sur les fibres courtes par caléfaction comme décrit dans le document WO 2019/129950.
Les fibres courtes peuvent avoir une longueur moyenne inférieure ou égale à 1 mm, par exemple inférieure ou égale à 500 pm. La longueur moyenne des fibres courtes peut être comprise entre 10 pm et 5 mm, par exemple entre 10 pm et 1 mm, par exemple entre 10 pm et 500 pm. Les fibres courtes 11 peuvent avoir un diamètre moyen inférieur ou égal à 20 pm, par exemple compris entre 5 pm et 20 pm, voire entre 8 pm et 14 pm. Les fibres courtes peuvent présenter une forme généralement cylindrique.
On mélange ensuite les fibres courtes revêtues de l'interphase avec un liant. Le liant peut comprendre au moins un polymère éventuellement avec un plastifiant. Dans un exemple de réalisation, le liant peut comprendre au moins un polymère thermoplastique. Par exemple, le liant peut comprendre au moins un composé choisi parmi les suivants : alcool polyvinylique (PVA), polyéthylène glycol (PEG), polypropylène (PP), polyoxyméthylène (POM), polytéréphtalate d’éthylène (PET). Dans un exemple de réalisation, le liant peut comprendre au moins un polymère thermodurcissable. Par exemple, le liant peut comprendre au moins un composé choisi parmi les suivants : résines époxydes, résines phénoliques, résines précéramiques.
Il peut être avantageux de chauffer le liant pour faciliter le mélange et permettre une meilleure homogénéisation. La température de mélange dépend alors des liants employés afin d’une part, de ne pas les dégrader thermiquement et d’autre part, de ne pas les polymériser prématurément. On peut également préparer le mélange sous vide de façon à réduire la présence de bulles d’air dans le mélange.
On obtient alors un mélange comprenant les fibres courtes qui sont destinées à former la deuxième partie du renfort fibreux.
Le procédé se poursuit par formation de la deuxième partie du renfort fibreux sur la première partie (étape 60). On dépose tout d'abord le mélange sur la première partie dans la ou les zones où l'on souhaite former la deuxième partie. Le mélange peut être injecté dans un moule ayant au moins une cavité à la forme de la deuxième partie à obtenir. En variante, le mélange peut être déposé par fabrication additive sur la première partie 100. A ce titre, il est possible d'utiliser une technique de dépôt de filament fondu (« Fused Deposition Modeling » ; « FDM ») ou de jet de liant (« binder-jetting »).
On maintient ensuite à la forme souhaitée l'ensemble formé du mélange liant et fibres courtes déposé et de la première partie 100. Le liant peut ensuite être éliminé par exemple par traitement thermique de pyrolyse, de manière connue en soi. On procède ensuite à une co-densification des fibres courtes et de la première partie 100 par une phase de matrice céramique commune. Cette phase de matrice commune densifie à la fois les fibres courtes et la première partie 100 (étape 70). La co-densification peut être effectuée par infiltration d'une composition fondue dans la porosité de la première partie 100 et dans la porosité entre les fibres courtes. Dans un exemple de réalisation, la composition fondue peut comprendre un composé intermétallique. Dans un exemple de réalisation, la composition fondue peut comprendre du silicium. La composition fondue peut être constituée de silicium pur fondu ou en variante être sous la forme d’un alliage fondu de silicium et d’un ou plusieurs autres constituants. La composition fondue peut comprendre majoritairement en masse du silicium, c'est-à-dire présenter une teneur massique en silicium supérieure ou égale à 50%. La composition fondue peut par exemple présenter une teneur massique en silicium supérieure ou égale à 75%. Le(s) constitua nt(s) présent(s) au sein de l'alliage de silicium peuvent être choisi(s) parmi B, Al, Mo, Ti, et leurs mélanges. Une réaction chimique peut se produire entre la composition fondue et du carbone présent dans la porosité (par exemple un résidu de pyrolyse) lors de l'infiltration, aboutissant à la formation de carbure de silicium (procédé d'infiltration réactive à l'état fondu ou « Reactive Melt Infiltration »). On obtient ainsi une aube en matériau composite à matrice au moins partiellement en céramique. La matrice de l'aube peut être partiellement ou entièrement en matériau céramique.
On vient de décrire le cas où la matrice commune est formée par infiltration à l'état fondu mais on ne sort pas du cadre de l'invention si un autre procédé est mis en oeuvre comme par exemple une infiltration chimique en phase vapeur.
La figure 3 illustre, de manière schématique, l'aube 1 obtenue comprenant notamment la première partie 100 et la deuxième partie du renfort laquelle comprend deux portions distinctes 200a et 200b. Les deux portions 200a et 200b comprennent les fibres courtes. Quel que soit le mode de réalisation considéré, la deuxième partie 200a et 200b peut être destinée à assurer une fonction d'étanchéité. Ici, la portion 200a forme le renfort fibreux d'une plateforme 202a et de becquets amont 204a et aval 206a de plateforme. L'extrémité radiale interne de la pale 120 se raccorde à la plateforme d'aube 202a dont la face externe (ou supérieure) 203a délimite, radialement à l'intérieur, la veine d'écoulement du flux gazeux. La portion 200b forme le renfort fibreux d'un talon 202b et de becquets amont 204b et aval 206b de talon. Les fibres courtes sont avantageusement présentes uniquement dans des zones non structurales de l'aube et uniquement dans la deuxième partie 200a et 200b. Les fibres courtes sont non tissées. Les fibres courtes sont dispersées dans la matrice céramique commune. La répartition des fibres courtes est isotrope macroscopiquement, ce qui confère de bonnes propriétés mécaniques à la pièce. Les fibres courtes peuvent être présentes dans tout le volume de la deuxième partie 200a et 200b. En particulier, les fibres courtes peuvent être présentes dans tout le volume de la plateforme 202a et des becquets 204a et 206a de plateforme et/ou dans tout le volume du talon 202b et de becquets 204b et 206b de talon. Les fibres courtes peuvent être présentes dans une zone de raccordement de la deuxième partie 200a et 200b avec la partie de pale 120, en contact avec la partie de pale 120. Les fibres courtes peuvent être présentes dans la deuxième partie 200a et 200b depuis la zone de raccordement de la deuxième partie 200a et 200b avec la partie de pale 120 jusqu'aux bords de la deuxième partie 200a et 200b. La deuxième partie 200a et 200b peut être dépourvue de tissu tridimensionnel ou multicouches.
L'aube formée peut être une aube rotative, destinée à être fixée à un rotor. L'aube formée peut être une aube de turbine, par exemple une aube de turbine haute pression ou basse pression. L'aube peut être une aube de turbine à gaz de moteur d'aéronef. L'aube peut en variante être une aube de compresseur.
La surface externe de l'aube ou une partie de cette surface peut être revêtue d’une couche de peinture céramique ou d’une barrière environnementale, ou EBC (« Environmental Barrier Coating »).
L'expression « comprise entre ... et ... » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Aube (1) en matériau composite comprenant un renfort fibreux et une matrice au moins partiellement en céramique, l'aube étant caractérisée en ce que le renfort fibreux comprend une première partie (100) structurale formée par tissage tridimensionnel ou multicouches, et une deuxième partie fonctionnelle (200a ; 200b), distincte de la première partie, comprenant des fibres courtes.
[Revendication 2] Aube (1) selon la revendication 1, dans laquelle la première partie forme le renfort fibreux du pied (130), de l'échasse (132) et de la pale (120) de l'aube.
[Revendication 3] Aube (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la deuxième partie forme le renfort fibreux d'une plateforme (202a) de l'aube et de becquets (204a ; 206a) de plateforme et/ou du talon (202b) de l'aube et de becquets (204b ; 206b) de talon.
[Revendication 4] Aube (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les fibres courtes ont une longueur moyenne inférieure ou égale à 5000 pm.
[Revendication 5] Aube (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'aube est une aube de turbine ou une aube de compresseur.
[Revendication 6] Turbomachine comprenant une aube (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
[Revendication 7] Procédé de fabrication d'une aube (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le procédé comprend :
- le dépôt d'un mélange des fibres courtes et d'un liant sur la première partie (100) du renfort fibreux,
- l'élimination du liant, et
- la formation d'une phase de matrice céramique commune aux fibres courtes et à la première partie du renfort fibreux.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, dans lequel la première partie (100) est consolidée avant le dépôt du mélange.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le mélange des fibres courtes et du liant est déposé par fabrication additive.
[Revendication 10] Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la matrice céramique commune est formée par infiltration à l'état fondu.
EP21851812.4A 2020-12-18 2021-12-08 Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique Pending EP4264016A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2013604A FR3118096B1 (fr) 2020-12-18 2020-12-18 Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique
PCT/FR2021/052237 WO2022129734A1 (fr) 2020-12-18 2021-12-08 Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4264016A1 true EP4264016A1 (fr) 2023-10-25

Family

ID=75438911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21851812.4A Pending EP4264016A1 (fr) 2020-12-18 2021-12-08 Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12385404B2 (fr)
EP (1) EP4264016A1 (fr)
CN (1) CN116547129A (fr)
FR (1) FR3118096B1 (fr)
WO (1) WO2022129734A1 (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3118096B1 (fr) * 2020-12-18 2023-11-17 Safran Aircraft Engines Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique
FR3154726B1 (fr) * 2023-10-26 2025-10-31 Safran Ceram Procédé de densification d’une préforme poreuse
FR3154996A1 (fr) * 2023-11-03 2025-05-09 Safran Ceramics Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite avec correction de géométrie

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180119549A1 (en) * 2016-11-01 2018-05-03 Rolls-Royce Corporation Turbine blade with three-dimensional cmc construction elements

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9062562B2 (en) * 2008-11-28 2015-06-23 Herakles Composite material turbomachine engine blade or vane, compressor stator segment or turbine nozzle segment incorporating such vanes and method for manufacturing same
FR2939129B1 (fr) * 2008-11-28 2014-08-22 Snecma Propulsion Solide Aube de turbomachine en materiau composite et procede pour sa fabrication.
FR2943942B1 (fr) * 2009-04-06 2016-01-29 Snecma Procede de fabrication d'une aube de turbomachine en materiau composite
FR2961845B1 (fr) 2010-06-28 2013-06-28 Snecma Propulsion Solide Aube de turbomachine a geometrie complementaire paire/impaire et son procede de fabrication
US9045992B2 (en) * 2010-06-28 2015-06-02 Herakles Turbomachine blades or vanes having complementary even/odd geometry
US9598967B2 (en) * 2012-12-18 2017-03-21 United Technologies Corporation Airfoil member and composite platform having contoured endwall
FR3022829B1 (fr) 2014-06-27 2017-02-24 Snecma Ensemble de compactage et procede de fabrication d'une aube composite de turbomachine
WO2016003339A1 (fr) * 2014-07-03 2016-01-07 Saab Ab Article composite comportant des propriétés multifonctionnelles et procédé de fabrication de celui-ci
US10202854B2 (en) 2014-12-18 2019-02-12 Rolls-Royce North America Technologies, Inc. Abrasive tips for ceramic matrix composite blades and methods for making the same
FR3030505B1 (fr) 2014-12-23 2019-07-12 Safran Procede de fabrication d'une preforme fibreuse chargee de particules ceramiques refractaires
FR3032648B1 (fr) 2015-02-16 2017-03-03 Herakles Procede de fabrication d'une aube de turbomachine en materiau composite
WO2018175134A1 (fr) * 2017-03-23 2018-09-27 Boston Materials Llc Composites renforcés par des fibres, leurs procédés, et articles comprenant de tels composites renforcés par des fibres
FR3075787B1 (fr) * 2017-12-22 2021-04-09 Safran Ceram Procede de fabrication d'une piece en materiau composite a matrice ceramique
FR3075830B1 (fr) 2017-12-26 2020-09-04 Safran Ceram Procede de depot d'un revetement sur des fibres courtes par calefaction
US10800128B2 (en) * 2018-01-24 2020-10-13 General Electric Company Composite components having T or L-joints and methods for forming same
US10995623B2 (en) 2018-04-23 2021-05-04 Rolls-Royce Corporation Ceramic matrix composite turbine blade with abrasive tip
FR3081370B1 (fr) 2018-05-22 2020-06-05 Safran Aircraft Engines Corps d'aube et aube en materiau composite ayant un renfort fibreux compose d'un tissage tridimensionnel et de fibres courtes et leur procede de fabrication
US12152500B2 (en) 2018-06-08 2024-11-26 General Electric Company Composite component modifications
EP3830056B1 (fr) * 2018-08-03 2024-01-03 Safran Ceramics Procédé de fabrication d'une piece en cmc
US11333037B2 (en) * 2020-02-06 2022-05-17 Raytheon Technologies Corporation Vane arc segment load path
FR3118096B1 (fr) * 2020-12-18 2023-11-17 Safran Aircraft Engines Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180119549A1 (en) * 2016-11-01 2018-05-03 Rolls-Royce Corporation Turbine blade with three-dimensional cmc construction elements

Also Published As

Publication number Publication date
FR3118096A1 (fr) 2022-06-24
US12385404B2 (en) 2025-08-12
CN116547129A (zh) 2023-08-04
FR3118096B1 (fr) 2023-11-17
WO2022129734A1 (fr) 2022-06-23
US20230366319A1 (en) 2023-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3830056B1 (fr) Procédé de fabrication d'une piece en cmc
EP2349687B1 (fr) Procede de fabrication de piece de forme complexe en materiau composite
CA2976858C (fr) Procede de fabrication d'une aube de turbomachine en materiau composite
EP3164373A1 (fr) Piece revêtue par un revêtement de surface et procedes associes
FR3094366A1 (fr) Articles composites à matrice en céramique et procédés pour leur fabrication
EP4264016A1 (fr) Aube en materiau composite a matrice au moins partiellement ceramique
WO2010061140A1 (fr) Aube de turbomachine en materiau composite et procede pour sa fabrication
EP2443318A1 (fr) Element de distributeur de turbine en cmc, procede de fabrication, et distributeur et turbine a gaz l'incorporant
FR3062336A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece en materiau composite
WO2014053751A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece aerodynamique par surmoulage d'une enveloppe ceramique sur une preforme composite
FR3023212B1 (fr) Procede de fabrication d'une piece revetue par un revetement de surface comportant un alliage
EP4355982B1 (fr) Revetement abradable a structure nid d'abeilles en materiau composite a matrice ceramique en fibres courtes
WO2022090655A1 (fr) Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique
EP3455192B1 (fr) Pièce en matériau composite à matrice ceramique
EP3781537A1 (fr) Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite
EP4263214B1 (fr) Procede de fabrication d'une aube de turbomachine en materiau composite a matrice ceramique
EP4237389B1 (fr) Procede de fabrication d'une aube de turbomachine en materiau composite
FR3141170A1 (fr) Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice céramique
FR3141171A1 (fr) Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice céramique
FR3141167A1 (fr) Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice céramique
FR3150803A1 (fr) Pièce en matériau composite
EP4301917A1 (fr) Texture fibreuse pour aube en materiau composite à bord fin

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230510

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20240830