EP4436939A1 - Noyau pour la réalisation de distributeur en composite à matrice céramique - Google Patents

Noyau pour la réalisation de distributeur en composite à matrice céramique

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EP4436939A1
EP4436939A1 EP22840236.8A EP22840236A EP4436939A1 EP 4436939 A1 EP4436939 A1 EP 4436939A1 EP 22840236 A EP22840236 A EP 22840236A EP 4436939 A1 EP4436939 A1 EP 4436939A1
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EP
European Patent Office
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core
face
fluidic passages
preform
passages
Prior art date
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Pending
Application number
EP22840236.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Simon ARNAL
Gaël Philippe François BATTISTONI
Benjamin COSSOU
Rémy Pierre Marie DUPONT
Gilles Gérard Claude LEPRETRE
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Safran Ceramics SA
Original Assignee
Safran Ceramics SA
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Publication date
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    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/616Liquid infiltration of green bodies or pre-forms

Definitions

  • TITLE Core for the realization of distributor in Composite with Ceramic Matrix
  • This document concerns ceramic matrix composite distributors and more particularly cores for obtaining such distributors.
  • Patent application WO2019068987A1 describes the steps of a process for obtaining CMC parts. The main steps of such a process are recalled below.
  • the method for producing distributors comprises a first step of positioning a fibrous preform around a core 2 which is made of an oxidizable material, the core ensuring a three-dimensional conformation of a cavity inside the fibrous preform.
  • the core 2 is made of carbon, graphite or another material derived from carbon.
  • the fibrous preform is obtained by weaving warp yarns and weft yarns in a manner well known to those skilled in the art.
  • the fibrous preform and the core 2 inserted in a hollow zone of the fibrous preform are then placed in a shaping tool in order to produce a three-dimensional shaping of the fibrous preform corresponding to the final shape of the dispenser.
  • the fibrous preform is densified during a boron nitride (BN) gas deposition step.
  • This step is called “Chemical Vapor Infiltration” (CVI), or chemical vapor infiltration in French, and several cycles are carried out.
  • the gas phase includes precursors such as boron trichloride BCh, and ammonia NH3.
  • Boron nitride is used because it is resistant to oxidation and has good mechanical properties.
  • This boron nitride acts as a mechanical "fuse” and has a strong ability to withstand high temperatures (1400°C).
  • This CVI step is very important because it allows the dimensions of the CMC part to be manufactured to be fixed.
  • This step will make it possible to give the part its mechanical properties: the quality of the deposit during the various CVI cycles controlling the mechanical resistance of the final part.
  • a deposit of silicon carbide SiC is made from the CHsSiCh and H2 gases. This deposit of silicon carbide SiC is configured to protect the boron nitride BN from the air. The part is taken out of the former and is vented.
  • the core 2 is removed from the part in order to obtain a fibrous preform having a hollow zone.
  • a second deposition of silicon carbide SiC is made from the CHsSiCh gases. This second deposit of silicon carbide protects the part of a liquid silicon injected later.
  • the part is infiltrated with silicon carbide powder via a slurry capable of filling high porosities.
  • the distributor thus obtained receives an infiltration of liquid silicon metal in order to finish filling the porosity of the material.
  • This densification step is carried out at a temperature between 1400°C and 1450°C.
  • the core provides the structure and resists CVI cycles which involve high temperatures and a harsh atmosphere.
  • the gases will circulate in the part to be deposited on the fiber preform.
  • the conventional cores 2 employed have a solid structure: they are solid with a continuous surface and completely fill the cavity. This configuration blocks the passage of gases which do not cross the core right through. This has the effect of disturbing the deposition of BN, in particular by limiting the deposition in areas that are difficult to access.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks, in a simple, reliable and inexpensive manner.
  • the present invention relates to a core for manufacturing a blade by molding a fibrous preform around said core, the core extending in a longitudinal direction (L) between a root and a head and comprising a first face and a second faces connected to each other at a first longitudinal edge and at a second longitudinal edge, characterized in that it comprises fluidic passages formed in a thickness transverse to the core, these fluidic passages being able to allow a passage of fluid from the first face to the second face and vice versa.
  • the core comprises fluidic passages which open at the level of the first face and of the second face.
  • the fluidic passages at the level of the core make it possible to increase the circulation of gases within the cavity and ultimately, to obtain a homogeneous deposit of BN and SiC on the distributor.
  • SiC can play its role as a barrier to liquid silicon during the densification step, avoids attacks on BN by silicon and degradation of the mechanical performance of the ceramic matrix composite part.
  • the part is well filled during the densification step, which improves the thermal performance of the part made of ceramic matrix compound. Good resistance to oxidation and creep is thus obtained at high temperatures.
  • Said core fluidic passages may include substantially straight orifices.
  • Outlets from the core ports may form a square unitary pattern arrangement.
  • the total area of the outlets of the fluidic passages at the level of each of the first face and of the second face may correspond to at least 5% of the area of said face considered.
  • At least one of the first face and the second face may comprise junction channels of at least some of the outlets of the fluidic passages.
  • the fluidic passages can have a polygonal shape, for example hexagonal.
  • the core may comprise a foam structure, said fluidic passages being formed by open cells of said foam.
  • the first face of the core is curved concave and the second face is curved convex.
  • these faces are intended to be shaped similarly to the intrados and extrados faces of the fiber preform.
  • This document also relates to an assembly comprising a core as described above and a fiber preform comprising a housing in which the core is arranged, the preform comprising an intrados wall comprising an external face or extrados face and an internal face, arranged opposite the extrados face and opposite the first face of the core and a wall of extrados comprising an extrados face or external face and an internal face, arranged opposite the intrados face and opposite the second face of the core, outlets of the fluidic passages being oriented towards the intrados face and towards the extrados face.
  • the outlets of the fluidic passages at the level of the first face are oriented towards the intrados wall and therefore towards the inner face of the intrados and the outlets of the fluidic passages at the level of the second face are oriented towards the extrados wall and therefore towards the inner face of the extrados.
  • the circulation of gas takes place in an optimal manner through the intrados walls and the extrados walls from or towards the intrados or extrados faces of the fibrous preform.
  • the exit direction of each outlet of an orifice intercepts one or the other of the internal faces or of the fibrous preform.
  • the outlet direction of each opening of an orifice intercepts one or the other of the intrados or extrados faces of the fibrous preform.
  • the circulation of gas is optimal through the core and the fiber preform.
  • the assembly may include a shaper surrounding the fiber preform so as to achieve a predetermined three-dimensional conformation of the fiber preform.
  • the shaper may comprise walls in contact with the fiber preform, these walls comprising fluid passages connected to means for supplying the interior of the shaper with fluid.
  • the fluidic passages at the level of the shaper also make it possible to improve the circulation of gases around the shaper and in the direction of the fiber preform.
  • the outlets of the fluidic passages of the walls of the shaper can be connected by junction channels.
  • This document relates to a method of manufacturing a blade comprising:
  • the gases circulate through the fibrous preform and the fluidic passages of the core, which avoids the formation of a diffusion gradient in the intrados and extrados walls of the fibrous preform, i.e. say the walls comprising the intrados face and the wall carrying the extrados face.
  • This manufacturing process using a core as described above makes it possible to improve the mechanical performance of the blade obtained and in particular a sufficient breaking stress by allowing gas to circulate without obstruction. In addition, this prevents areas of mechanical weakness extending into the blade and causing a drop in module.
  • SiC can play its role as a barrier to liquid silicon during the densification step, avoids attacks on BN by silicon and degradation of the mechanical performance of the ceramic matrix composite part.
  • the part is well filled during the densification step, which improves the thermal performance of the part made of ceramic matrix compound. Good resistance of the blade to oxidation and creep is thus obtained at high temperatures.
  • the kernel employed in the method all the steps of the method occur correctly.
  • the thickness of the slip is sufficient, unlike what happens in the prior art with a solid core. As a result, the liquid silicon does not diffuse through the SiC layer and attack the BN. The part therefore retains its mechanical properties.
  • FIG. 2 illustrates a core according to a first embodiment, this figure comprises a part A showing a first face of the core and a part B showing an opposite second face of the core;
  • FIG. 3 illustrates a core according to a second embodiment, this figure comprises a part A showing a first face of the core and a part B showing an opposite second face of the core;
  • FIG. 4 illustrates a sectional view of a core surrounded by a fibrous preform and a core
  • FIG. 5 illustrates a core and an associated shaper, according to the invention
  • this document relates to a core 2 extending in a longitudinal direction L between a foot 4 and a head 6. It comprises a first face 8 and a second face 10 opposite to each other in a direction transverse T to the direction longitudinal L and crossing the intrados and extrados faces of a fibrous preform 12 as shown in Figure 4.
  • the core 2 is arranged inside a fibrous preform 12. More precisely, the core 2 is arranged in an internal housing of the fibrous preform 12 or else the fibrous preform 12 surrounds the core 2 with so as to define a housing in which the preform is housed and entirely contained.
  • the fiber preform 12 comprises an intrados face 11 and an extrados face 13 connected to each other by a leading edge 15 and a trailing edge 17.
  • the intrados face 11 is formed on the exterior of an intrados wall 19 of which an internal face 21 is applied to the first face 8 of the core 2.
  • the extrados face 13 is formed on the outside of an extrados wall 23 of which an internal face 25 is applied to the second face 10 of the core 2.
  • the first face 8 of the core 2 has a concave shape and the second face 10 of the core 2 has a convex shape.
  • the intrados wall 19 comprises an intrados face 11 or external face and an internal face 21 opposite the intrados face 11 and facing the first face 8 of the core 2.
  • the extrados wall 23 comprises an extrados face 13 or outer face and an inner face 25 opposite the extrados face 13 and opposite the second face 10 of the core 2.
  • the first face 8 of the core 2 is a face intended to come into contact with the fibrous preform 12, this first face 8 being applied to the internal face 21 of the intrados wall 19 of the preform 12.
  • the second face 10 of the core 2 is a face intended to come into contact with the fibrous preform 12, this second face 10 being applied to the internal face 25 of the extrados wall 23 of the preform 12.
  • the first face 8 and the second face 10 of the core 2 are connected to each other at a first longitudinal edge 22 and at a second longitudinal edge 24.
  • the core 2 comprises fluidic passages 26 in a transverse thickness of the core 2. These fluidic passages 26 are able to allow a passage of fluid from the first face 8 of the core 2 towards the second face 10 of the core 2 and vice versa. These fluidic passages 26 comprise orifices 28 which are substantially rectilinear. These orifices 28 have a diameter of between 1 and 6 mm, preferably 5 mm. The total area of the outlets of the fluidic passages 26 at the level of each of the first face 8 and of the second face 10 of the core 2 represents at least 5% of the surface of said face considered.
  • a core 2 may further comprise junction channels 30 which join the ends of the outlets of the fluidic passages 26. These junction channels 30 are present at the surface on the first face 8 and the second face 10 of the core 2.
  • the junction channels 30 thus connect the fluidic passages 26.
  • Outlets 32 of the orifices 28 form an arrangement with a square unitary pattern. Diagonals of this square pattern and edges of this square are formed by the junction channels 30.
  • Each fluidic passage 26 thus comprises eight junction channels 30 starting. The part is homogeneous insofar as the number of Fluid passages 26 and junction channels 30 are quantitatively identical regardless of room height.
  • the surface occupied by the fluidic passages 26 is calculated so as to be as large as possible, with the mechanical strength of the material used as a limit.
  • the core 2 comprises a forbidden band 34 at the level of the first longitudinal edge 22 and at the level of the second longitudinal edge 24.
  • This forbidden band 34 comprising no fluidic passage 26, nor any junction channel 30 follows the geometry of the core and opens down.
  • a thickness of the first longitudinal edge 22 and of the second longitudinal edge 24 varies by opening towards the foot 4 of the core.
  • the core 2 comprises fluid passages 26 having a polygonal shape, preferably hexagonal.
  • Each fluidic passage 26 is delimited by a border. This cell border delimits a spacing between each fluid passage.
  • the core 2 comprises a foam structure comprising open cells as fluid passages 26. These cells comprise pores which communicate with each other from one face to another.
  • the core 2 is housed in a fibrous preform 12 surrounded by a shaper 36.
  • a shaper 36 is a mold making it possible to maintain the fibrous preform 12 in the shape that one wishes to give it.
  • This shaper 36 is then positioned in a reactor making it possible to carry out CVI cycles in order to deposit the BN.
  • This shaper 36 comprises on these walls in contact with the fiber preform 12 fluid passages 38.
  • These fluid passages 38 of the shaper are connected to means for supplying the interior of the shaper 36 with fluid.
  • the shaper comprises on the walls, connecting the fluidic passages 38, junction channels 40 through which the gases circulate in order to supply the external faces of the fiber preform 12.
  • the fluidic passages 38 of the shaper have a diameter of between 1 and 6 mm, preferably 5mm. There is thus a synergy between the conformer 36 and the core 2 used.
  • the fluidic passages 26 and the junction channels 30 at the level of the core 2 make it possible to increase the circulation of the gases within the cavity and to obtain a homogeneous deposit of BN and of SiC slip on the fibrous preform of the distributor.
  • Such a core 2 makes it possible to improve the mechanical performance of the ceramic matrix composite part. There is then, under such conditions, a suitable quantity of interphase making it possible to obtain a sufficient breaking stress. In addition, this prevents areas of mechanical weakness from extending and causing a drop in module.
  • a suitable BN thickness neither too low nor too high. Thanks to this device, it is possible to obtain a suitable thickness of SiC, that is to say neither too high nor too low.
  • the SiC can play its role as a barrier to the liquid silicon during the densification step, avoids attacks on the BN by the silicon and degradation of the mechanical performance of the ceramic matrix composite part.
  • the suitable thickness of SiC obtained the part is well filled during in particular the densification step, which allows an improvement in the thermal performance of the part made of ceramic matrix compound. Good resistance to oxidation and creep is thus obtained at high temperatures.
  • the homogeneity of the positions of the fluidic passages 26 and of the junction channels 30 of the core over the entire height of the part makes it possible to avoid inhomogeneity of the part.
  • a contact surface between the part and the core is sufficient for the mechanical function of the part to be fulfilled.
  • the fluidic passages 38 and the junction channels 40 of the shaper also make it possible to improve the circulation of gases around the shaper and in the direction of the fiber preform.
  • This document also relates to a method of manufacturing a blade comprising:
  • the nucleus can be removed either mechanically, for example by disintegration using a jet of water, or chemically.

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Abstract

La présente invention concerne un noyau (2) pour la fabrication d'une aube par moulage d'une préforme fibreuse (12) autour dudit noyau (2), le noyau (2) s'étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (4) et une tête (6) et comprenant une première face (8) et une seconde face (10) reliées l'une à l'autre au niveau d'un premier bord longitudinal (22) et au niveau d'un second bord longitudinal (24), caractérisé en ce qu'il comprend des passages fluidiques (26) formés dans une épaisseur transverse du noyau (2), ces passages fluidiques (26) étant aptes à permettre un passage de fluide depuis la première face (8) vers la seconde face (10) et inversement.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Noyau pour la réalisation de distributeur en Composite à Matrice Céramique
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne des distributeurs en composite à matrice céramique et plus particulièrement des noyaux pour l’obtention de tels distributeurs.
Etat de la technique antérieure
Le présent document se place dans le domaine des distributeurs réalisés en composite à matrice céramique (CMC). La demande de brevet WO2019068987A1 décrit les étapes d’un procédé d’obtention de pièces en CMC. Les grandes étapes d’un tel procédé sont rappelées ci-après.
Comme illustré en figure 1 , le procédé de réalisation de distributeurs comprend une première étape de positionnement d’une préforme fibreuse autour d’un noyau 2 qui est en matériau oxydable, le noyau assurant une conformation tridimensionnelle d’une cavité à l’intérieur de la préforme fibreuse. Le noyau 2 est en carbone, graphite ou un autre matériau dérivé du carbone. La préforme fibreuse est obtenue par tissage de fils de chaînes et de fil de trames d’une manière bien connue de l’homme du métier.
La préforme fibreuse et le noyau 2 inséré dans une zone creuse de la préforme fibreuse sont ensuite placés dans un outillage de conformation afin de réaliser une conformation tridimensionnelle de la préforme fibreuse correspondant à la forme finale du distributeur.
La préforme fibreuse est densifiée lors d’une étape de dépôt par voie gazeuse de nitrure de bore (BN). Cette étape est appelée « Chemical Vapor Infiltration » (CVI), ou infiltration chimique en phase vapeur en français, et plusieurs cycles sont réalisés. La phase gazeuse comprend des précurseurs tels que le trichlorure de bore BCh, et l’ammoniac NH3. Le nitrure de bore est employé car il est résistant à l’oxydation et a de bonnes propriétés mécaniques. Ce nitrure de bore joue un rôle de « fusible » mécanique et a une forte capacité à résister à des hautes températures (1400°C). Cette étape CVI est très importante car elle permet de figer les dimensions de la pièce en CMC à fabriquer. Cette étape va permettre de conférer à la pièce ses propriétés mécaniques : la qualité du dépôt lors des différents cycles CVI pilotant la résistance mécanique de la pièce finale. Dans le conformateur, un dépôt de carbure de silicium SiC est réalisé à partir des gazs CHsSiCh et H2. Ce dépôt de carbure de silicium SiC est configuré pour protéger le nitrure de Bore BN de l’air. La pièce est sortie du conformateur et est mise à l’air.
Dans un troisième temps, le noyau 2 est retiré de la pièce afin d’obtenir une préforme fibreuse présentant une zone creuse. Puis, un second dépôt de carbure de silicium SiC est réalisé à partir des gazs CHsSiCh. Ce second dépôt de carbure de silicium permet de protéger la pièce d’un silicium liquide injecté ultérieurement. La pièce est infiltrée par de la poudre de carbure de silicium via une barbotine apte à combler les fortes porosités. Enfin, le distributeur ainsi obtenu reçoit une infiltration de métal liquide de silicium afin de finir de combler la porosité du matériau. Cette étape de densification est réalisée à une température comprise entre 1400°C et 1450°C.
Dans ce procédé, le noyau assure la structure et résiste aux cycles CVI qui fait intervenir de hautes températures et une atmosphère sévère.
Lors des cycles CVI, les gaz vont circuler dans la pièce pour se déposer sur la préforme fibreuse. Cependant, comme illustré en figure 1 , les noyaux 2 classiques employés ont une structure pleine : ils sont pleins avec une surface continue et remplissent complètement la cavité. Cette configuration bloque le passage des gaz qui ne traversent pas le noyau de part en part. Cela a pour conséquence de perturber le dépôt du BN, notamment en limitant le dépôt dans les zones difficiles d’accès.
De cette configuration, il résulte que sur toutes les faces en contact avec le noyau, un gradient de diffusion se forme depuis chaque face d’extrados de la préforme d’aube vers le noyau, selon une direction sensiblement transverse à la face d’extrados de la préforme d’aube. On observe un gradient similaire depuis la face d’intrados. Plus on se rapproche du noyau 2, plus on diminue l’épaisseur de la couche de BN déposée de telle manière que l’on peut obtenir une épaisseur inférieure à celle requise dans les spécifications de fabrication. Si l’épaisseur de BN est inférieure à la spécification, lorsque la pièce est soumise à des contraintes mécaniques, l’épaisseur de BN ne sera pas suffisante pour reporter la charge mécanique sur les fibres. En conséquence, la pièce aura des propriétés mécaniques insuffisantes et qui ne seront pas à la bonne spécification.
Cela impacte, en outre, les étapes du procédé qui viennent par la suite. Ainsi, lors de l’étape d’infiltration par de la poudre de carbure de silicium via la barbotine, l’épaisseur de barbotine n’est pas suffisante. En conséquence, le silicium liquide diffuse à travers la couche de SiC et attaque le BN. La pièce perd dès lors ces propriétés mécaniques.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, de manière simple, fiable et peu onéreuse.
Résumé de l’invention
La présente invention concerne un noyau pour la fabrication d’une aube par moulage d’une préforme fibreuse autour dudit noyau, le noyau s’étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied et une tête et comprenant une première face et une seconde face reliées l’une à l’autre au niveau d’un premier bord longitudinal et au niveau d’un second bord longitudinal, caractérisé en ce qu’il comprend des passages fluidiques formés dans une épaisseur transverse du noyau, ces passages fluidiques étant aptes à permettre un passage de fluide depuis la première face vers la seconde face et inversement.
On comprend que le noyau comporte des passages fluidiques qui débouchent au niveau de la première face et de la seconde face.
Les passages fluidiques au niveau du noyau permettent d’augmenter la circulation des gaz au sein de la cavité et in fine, d’obtenir un dépôt homogène de BN et de SiC sur le distributeur.
Cela permet, en conséquence, d’éliminer le gradient qui était présent lorsque le noyau était plein comme dans l’art antérieur. Un tel noyau permet d’améliorer des performances mécaniques de la pièce en composite à matrice céramique. Il y a alors, dans de telles conditions, une quantité adaptée d’interphase permettant d’obtenir une contrainte à la rupture suffisante. En outre, cela évite que des zones de faiblesse mécanique s’étendent et n’engendrent une chute de module. Ces facteurs positifs sont présents grâce à une épaisseur de BN qui est adaptée, ni trop faible, ni trop élevée.
Grâce à ce dispositif, il est possible d’obtenir une épaisseur de SiC adaptée, c’est-à-dire ni trop élevée, ni trop faible. Ainsi, le SiC peut jouer son rôle de barrière au silicium liquide lors de l’étape de densification, évite des attaques du BN par le silicium et des dégradations des performances mécaniques de la pièce en composite à matrice céramique. En outre, grâce à l’épaisseur adaptée de SiC obtenue, la pièce est bien remplie lors notamment de l’étape de densification ce qui permet une amélioration des performances thermiques de la pièce en composée à matrice céramique. Une bonne tenue à l’oxydation et au fluage est ainsi obtenue à hautes températures.
Lesdits passages fluidiques du noyau peuvent comprendre des orifices sensiblement rectilignes.
Des débouchés des orifices du noyau peuvent former un agencement à motif unitaire carré.
La surface totale des débouchés des passages fluidiques au niveau de chacune de la première face et de la seconde face peut correspondre à au moins 5% de la surface de ladite face considérée.
Au moins l’une de la première face et de la seconde face peut comprendre des canaux de jonction d’au moins certains des débouchés des passages fluidiques.
Les passages fluidiques peuvent présenter une forme polygonale, par exemple hexagonale.
Le noyau peut comprendre une structure en mousse, lesdits passages fluidiques étant formés par des cellules ouvertes de ladite mousse.
La première face du noyau est incurvée concave et la seconde face est incurvée convexe. Ainsi conformée ces faces sont destinées à être conformées de manière similaire aux faces d’intrados et d’extrados de la préforme fibreuse.
Le présent document concerne également un ensemble comprenant un noyau tel que décrit ci-dessus et une préforme fibreuse comportant un logement dans lequel est agencé le noyau, la préforme comprenant une paroi d’intrados comportant une face externe ou face d’extrados et une face interne, agencée à l’opposé de la face d’extrados et en vis-à-vis de la première face du noyau et une paroi d’extrados comportant une face d’extrados ou face externe et une face interne , agencée à l’opposé de la face d’intrados et en vis-à-vis de la seconde face du noyau, des débouchés des passages fluidiques étant orientés vers la face d’intrados et vers la face d’extrados.
Ainsi, les débouchés des passages fluidiques au niveau de la première face sont orientés vers la paroi d’intrados et donc vers la face interne d’intrados et les débouchés des passages fluidiques au niveau de la seconde face sont orientés vers la paroi d’extrados et donc vers la face interne d’extrados. Ainsi, la circulation de gaz s’opère de manière optimale au travers des parois d’intrados et des parois d’extrados depuis ou vers les faces d’intrados ou d’extrados de la préforme fibreuse. Dit autrement, la direction de sortie de chaque débouché d’un orifice intercepte l’une ou l’autre des faces internes ou de la préforme fibreuse. De même, la direction de sortie de chaque débouché d’un orifice intercepte l’une ou l’autre des faces d’intrados ou d’extrados de la préforme fibreuse. Ainsi, la circulation de gaz est optimale au travers du noyau et de la préforme fibreuse.
L’ensemble peut comprendre un conformateur entourant la préforme fibreuse de manière à réaliser une conformation tridimensionnelle prédéterminée de la préforme fibreuse.
Le conformateur peut comprendre des parois en contact avec la préforme fibreuse, ces parois comprenant des passages fluidiques reliés à des moyens d’alimentation de l’intérieur du conformateur en fluide.
Les passages fluidiques au niveau du conformateur permettent aussi d’améliorer la circulation des gaz autour du conformateur et en direction de la préforme fibreuse.
Les débouchés des passages fluidiques des parois du conformateur peuvent être reliés par des canaux de jonctions.
Le présent document concerne un procédé de fabrication d’une aube comprenant :
- fournir un ensemble comme décrit ci-dessus,
- réaliser une première densification de la préforme fibreuse avec un premier cycle d’infiltration en phase vapeur comprenant un dépôt de BN et une première couche de SiC;
- réaliser le dépôt d’une barbotine comprenant une poudre de carbure de silicium sur la préforme fibreuse ;
- réaliser une densification de l’aube obtenue avec un métal liquide de silicium.
Dans les cycles CVI, les gaz circulent au travers de la préforme fibreuse et des passages fluidiques du noyau ce qui évite une formation de gradient de diffusion dans les parois d’intrados et d’extrados de la préforme fibreuse, c’est-à-dire les parois comportant la face d’intrados et la paroi portant la face d’extrados. Ce procédé de fabrication utilisant un noyau tel que décrit ci-dessus permet d’améliorer les performances mécaniques de l’aube obtenue et notamment une contrainte à la rupture suffisante en autorisant une circulation de gaz sans obstruction. En outre, cela évite que des zones de faiblesse mécanique s’étendent dans l’aube et n’engendrent une chute de module. Ces facteurs positifs sont présents grâce à une épaisseur de BN qui est adaptée, ni trop faible, ni trop élevée grâce aux passages fluidiques du noyau.
Grâce à ce procédé, il est aussi possible d’obtenir une épaisseur de SiC adaptée. Ainsi, le SiC peut jouer son rôle de barrière au silicium liquide lors de l’étape de densification, évite des attaques du BN par le silicium et des dégradations des performances mécaniques de la pièce en composite à matrice céramique. En outre, grâce à l’épaisseur adaptée de SiC obtenue, la pièce est bien remplie lors notamment de l’étape de densification ce qui permet une amélioration des performances thermiques de la pièce en composée à matrice céramique. Une bonne tenue de l’aube à l’oxydation et au fluage est ainsi obtenue à hautes températures. En outre, grâce au noyau employé dans le procédé, toutes les étapes du procédé se produisent correctement. Ainsi, lors de l’étape d’infiltration par de la poudre de carbure de silicium via la barbotine, l’épaisseur de barbotine est suffisante, contrairement à ce qui se passe dans l’art antérieur avec un noyau plein. En conséquence, le silicium liquide ne diffuse pas à travers la couche de SiC et n’attaque pas le BN. La pièce garde dès lors ses propriétés mécaniques.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit fait à titre non limitatif en référence aux figures dans lesquelles :
[Fig. 1] déjà décrite précédemment, est un noyau selon l’art antérieur ;
[Fig. 2] illustre un noyau selon un premier mode de réalisation, cette figure comprend une partie A montrant une première face du noyau et une partie B montrant une seconde face opposée du noyau ;
[Fig. 3] illustre un noyau selon un second mode de réalisation, cette figure comprend une partie A montrant une première face du noyau et une partie B montrant une seconde face opposée du noyau ;
[Fig. 4] illustre une vue en coupe d’un noyau entouré d’une préforme fibreuse et d’un noyau ; [Fig. 5] illustre un noyau et un conformateur associé, selon l’invention ;
Description détaillée de l’invention
Comme illustré à la figure 2, le présent document concerne un noyau 2 s’étendant selon une direction longitudinale L entre un pied 4 et une tête 6. Il comprend une première face 8 et une seconde face 10 opposées l’une à l’autre selon une direction transverse T à la direction longitudinale L et traversant les faces d’intrados et d’extrados d’une préforme fibreuse 12 comme cela ressort de la figure 4.
Comme illustré en figure 4, le noyau 2 est agencé à l’intérieur d’une préforme fibreuse 12. Plus précisément, le noyau 2 est agencé dans un logement interne de la préforme fibreuse 12 ou bien la préforme fibreuse 12 entoure le noyau 2 de manière à définir un logement dans lequel la préforme est logée et entièrement contenue. La préforme fibreuse 12 comprend une face d’intrados 11 et une face d’extrados 13 reliées l’une à l’autre par un bord d’attaque 15 et un bord de fuite 17. La face d’intrados 11 est formée sur l’extérieur d’une paroi d’intrados 19 dont une face interne 21 est appliquée sur la première face 8 du noyau 2. La face d’extrados 13 est formée sur l’extérieur d’une paroi d’extrados 23 dont une face interne 25 est appliquée sur la seconde face 10 du noyau 2. La première face 8 du noyau 2 présente une forme concave et la seconde face 10 du noyau 2 présente une forme convexe. La paroi d’intrados 19 comprend une face d’intrados 11 ou face externe et une face interne 21 opposée à la face d’intrados 11 et en vis-à-vis de la première face 8 du noyau 2. La paroi d’extrados 23 comprend une face d’extrados 13 ou face externe et une face interne 25 opposée à la face d’extrados 13 et en vis-à-vis de la seconde face 10 du noyau 2.
Comme illustré en figure 4, la première face 8 du noyau 2 est une face destinée à venir en contact avec la préforme fibreuse 12, cette première face 8 étant appliquée sur la face interne 21 de la paroi d’intrados 19 de la préforme 12. La seconde face 10 du noyau 2 est une face destinée à venir en contact avec la préforme fibreuse 12, cette seconde face 10 étant appliquée sur la face interne 25 de la paroi d’extrados 23 de la préforme 12. La première face 8 et la seconde face 10 du noyau 2 sont reliées l’une à l’autre au niveau d’un premier bord longitudinal 22 et au niveau d’un second bord longitudinal 24.
Le noyau 2 comporte des passages fluidiques 26 dans une épaisseur transverse du noyau 2. Ces passages fluidiques 26 sont aptes à permettre un passage de fluide depuis la première face 8 du noyau 2 vers la seconde face 10 du noyau 2 et inversement. Ces passages fluidiques 26 comprennent des orifices 28 sensiblement rectilignes. Ces orifices 28 présentent un diamètre compris entre 1 et 6 mm, préférentiellement 5 mm. La surface totale des débouchés des passages fluidiques 26 au niveau de chacune de la première face 8 et de la seconde face 10 du noyau 2 représente au moins 5% de la surface de ladite face considérée.
Un noyau 2 peut en outre comporter des canaux de jonctions 30 qui joignent des extrémités des débouchés des passages fluidiques 26. Ces canaux de jonctions 30 sont présents en surface sur la première face 8 et la seconde face 10 du noyau 2. Les canaux de jonctions 30 relient ainsi les passages fluidiques 26. Des débouchés 32 des orifices 28forment un agencement à motif unitaire carré. Des diagonales de ce motif carré et des arrêtes de ce carré sont réalisées par les canaux de jonctions 30. Chaque passage fluidique 26 comprend ainsi huit canaux de jonctions 30 partant. La pièce est homogène dans la mesure où le nombre de passages fluidiques 26 et de canaux de jonction 30 sont quantitativement identique quel que soit une hauteur de la pièce. La surface occupée par les passages fluidiques 26 est calculée de manière à être la plus grande possible, avec comme limite la tenue mécanique du matériau utilisé.
Le noyau 2 comporte une bande interdite 34 au niveau du premier bord longitudinal 22 et au niveau du second bord longitudinal 24. Cette bande interdite 34 ne comportant aucun passage fluidique 26, ni aucun canal de jonction 30 suit la géométrie du noyau et s’ouvre vers le bas. Une épaisseur du premier bord longitudinal 22 et du second bord longitudinal 24 varie en s’ouvrant vers le pied 4 du noyau.
Selon un mode de réalisation particulier, le noyau 2 comporte des passages fluidiques 26 présentant une forme polygonale, de préférence hexagonale. Chaque passage fluidique 26 est délimité par une bordure. Cette bordure de cellule délimite un espacement entre chaque passage fluidique.
Selon un autre mode réalisation particulier, le noyau 2 comporte une structure de mousse comprenant des cellules ouvertes en guise de passages fluidiques 26. Ces cellules comprennent des pores qui communiquent entre elles depuis une face jusqu’à une autre.
Comme illustré dans la figure 4 et 5, le noyau 2 est logé dans une préforme fibreuse 12 entourée par un conformateur 36. Un conformateur 36 est un moule permettant de maintenir la préforme fibreuse 12 dans la forme qu’on souhaite lui donner. Ce conformateur 36 est ensuite positionné dans un réacteur permettant de réaliser des cycles CVI afin de déposer le BN. Ce conformateur 36 comporte sur ces parois en contact avec la préforme fibreuse 12 des passages fluidiques 38. Ces passages fluidiques 38 du conformateur sont reliés à des moyens d’alimentation de l’intérieur du conformateur 36 en fluide. Le conformateur comprend sur les parois, reliant les passages fluidiques 38, des canaux de jonction 40 par lesquels circulent les gaz afin d’alimenter des faces externes de la préforme fibreuse 12. Les passages fluidiques 38 du conformateur ont un diamètre compris entre 1 et 6 mm, préférentiellement 5mm. Il existe une synergie ainsi entre le conformateur 36 et le noyau 2 employé.
Les passages fluidiques 26 et les canaux de jonction 30 au niveau du noyau 2 permettent d’augmenter la circulation des gaz au sein de la cavité et d’obtenir un dépôt homogène de BN et de barbotine de SiC sur la préforme fibreuse du distributeur.
Cela permet, en conséquence, d’éliminer le gradient présent sur un noyau plein de l’art antérieur. Un tel noyau 2 permet d’améliorer des performances mécaniques de la pièce en composite à matrice céramique. Il y a alors, dans de telles conditions, une quantité adaptée d’interphase permettant d’obtenir une contrainte à la rupture suffisante. En outre, cela évite que des zones de faiblesse mécanique s’étendent et n’engendrent une chute de module. Ces facteurs positifs sont présents grâce à une épaisseur de BN qui est adaptée, ni trop faible, ni trop élevé. Grâce à ce dispositif, il est possible d’obtenir une épaisseur de SiC adaptée, c’est-à-dire ni trop élevée, ni trop faible. Ainsi, le SiC peut jouer son rôle de barrière au silicium liquide lors de l’étape de densification, évite des attaques du BN par le silicium et des dégradations des performances mécaniques de la pièce en composite à matrice céramique. En outre, grâce à l’épaisseur adaptée de SiC obtenue, la pièce est bien remplie lors notamment de l’étape de densification ce qui permet une amélioration des performances thermiques de la pièce en composée à matrice céramique. Une bonne tenue à l’oxydation et au fluage est ainsi obtenue à hautes températures.
L’homogénéité des positionnements des passages fluidiques 26 et des canaux de jonction 30 du noyau sur toute la hauteur de la pièce permet d’éviter une inhomogénéité de la pièce.
En outre, dans une telle configuration, une surface de contact entre la pièce et le noyau est suffisante pour que la fonction mécanique de la pièce soit remplie.
En direction du bord d’attaque et du bord de fuite sur le noyau, les bandes interdites permettent de protéger ces zones fragiles.
Les passages fluidiques 38 et les canaux de jonction 40 du conformateur permettent aussi d’améliorer la circulation des gaz autour du conformateur et en direction de la préforme fibreuse.
Le présent document concerne en outre un procédé de fabrication d’une aube comprenant :
- la fourniture d’une préforme fibreuse autour d’un noyau comme décrit ci-dessus;
- le positionnement de la préforme fibreuse et du noyau dans un conformateur ;
- une première densification de la préforme fibreuse avec un premier cycle CVI comprenant un dépôt de BN et une première couche de SiC;
- le retrait du noyau ;
- une seconde densification de la préforme fibreuse avec un second cycle CVI comprenant une seconde couche de SiC ;
- le dépôt d’une barbotine comprenant une poudre de carbure de silicium sur la préforme fibreuse ;
- une densification de l’aube obtenue avec un métal liquide de silicium.
Le noyau peut être retiré soit de façon mécanique, par exemple par désintégration à l’aide d’un jet d’eau, soit de façon chimique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Noyau (2) pour la fabrication d’une aube par moulage d’une préforme fibreuse (12) autour dudit noyau (2), le noyau (2) s’étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (4) et une tête (6) et comprenant une première face (8) et une seconde face (10) reliées l’une à l’autre au niveau d’un premier bord longitudinal (22) et au niveau d’un second bord longitudinal (24), caractérisé en ce qu’il comprend des passages fluidiques (26) formés dans une épaisseur transverse du noyau (2), ces passages fluidiques (26) étant aptes à permettre un passage de fluide depuis la première face (8) vers la seconde face (10) et inversement.
2. Noyau selon la revendication 1 , dans lequel lesdits passages fluidiques (26) du noyau comprennent des orifices (32) sensiblement rectilignes.
3. Noyau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel des débouchés des orifices (32) du noyau (2) forment agencement à motif unitaire carré.
4. Noyau selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la surface totale des débouchés des passages fluidiques (26) au niveau de chacune de la première face (8) et de la seconde face (10) du noyau (2) comprend au moins 5% de la surface de ladite face considérée.
5. Noyau selon la revendication 4, dans lequel au moins l’une de la première face (8) et de la seconde face (10) comprend des canaux de jonction d’au moins certains des débouchés des passages fluidiques (26).
6. Noyau selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les passages fluidiques (26) présentent une forme polygonale, par exemple hexagonale.
7. Noyau selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le noyau (2) comprend une structure en mousse, lesdits passages fluidiques (26) étant formés par des cellules ouvertes de ladite mousse.
8. Noyau selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la première face du noyau est incurvée concave (8) et la seconde face (10) est incurvée convexe.
9. Ensemble comprenant un noyau (2) selon l’une des revendications 1 à 8 et une préforme fibreuse (12) comportant un logement dans lequel est agencé le noyau, la préforme (12) comprenant une paroi d’intrados (19) comportant une face d’intrados (11 ) et une face interne (21 ) agencée en vis-à-vis de la première face (8) du noyau (2) et une paroi d’extrados (23) comportant une face d’extrados (13) et une face interne (25) agencée en vis-à-vis de la seconde face (10) du noyau (2), des débouchés des passages fluidiques étant orientés vers la face d’intrados (11 ) et vers la face d’extrados (13).
10. Ensemble selon la revendication 9 comprenant un un conformateur (36) entourant la préforme fibreuse (12) de manière à réaliser une conformation tridimensionnelle prédéterminée de la préforme fibreuse (12).
11. Ensemble selon la revendication 10, dans lequel le conformateur (36) comprend des parois en contact avec la préforme fibreuse (12), ces parois comprenant des passages fluidiques (38) reliés à des moyens d’alimentation de l’intérieur du conformateur (36) en fluide.
12. Ensemble selon la revendication 11 , dans lequel les débouchés des passages fluidiques (38) des parois du conformateur sont reliés par des canaux de jonctions (40).
11. Procédé de fabrication d’une aube comprenant :
- fournir un ensemble selon l’une des revendication 8 à 12,
- réaliser une première densification de la préforme fibreuse avec un premier cycle d’infiltration chimique en phase vapeur comprenant un dépôt de BN et une première couche de SiC,
- réaliser une seconde densification de la préforme fibreuse avec un second cycle CVI comprenant une seconde couche de SiC ;
- réaliser le dépôt d’une barbotine comprenant une poudre de carbure de silicium sur la préforme fibreuse ;
- réaliser une densification de l’aube obtenue avec un métal liquide de silicium.
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