FR2566324A1 - Realisation d'un preimpregne fibres/metal ou mineral pour la realisation d'objets composites de haute performance - Google Patents

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Abstract

PROCEDE DE FABRICATION D'OBJETS CONSTITUES DE METAUX OU MINERAUX SERVANT DE MATRICES A DES FIBRES CONTINUES ET CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND LES ETAPES SUIVANTES:-INTRODUCTION A L'INTERIEUR DE LA MECHE DE FIBRE CONTINUE FORMEE DE MILLIERS DE FILAMENTS UNITAIRES DU METAL OU MINERAL SOUS FORME DE POUDRE AYANT UNE GRANULOMETRIE DU MEME ORDRE DE GRANDEUR DE CES FILAMENTS UNITAIRES;-RECOUVREMENT DE LADITE MECHE AINSI IMPREGNEE PAR UN GAINAGE PERMETTANT LA RETENTION DES GRAINS DE POUDRE METALLIQUES OU MINERALES SANS FUSION DE CETTE POUDRE POUR PERMETTRE L'OBTENTION D'UNE MECHE RESTANT SOUPLE;-MISE EN OEUVRE DE SOUS-PRODUITS TELS QUE TRESSES, TRICOTS, TISSUS RESTANT SOUPLES. LE COMPOSITE SERA ALORS OBTENU PAR FUSION DE LA MATRICE PUIS PRESSAGE, CALANDRAGE ET REFROIDISSEMENT, OU FRITTAGE.

Description

Les objets composites"haut de gamme" sont des objets utilisés dans des secteurs de pointe pour lesquels la tenue en température est importante (pièces moteurs).
Les composites actuels sont réalises avec des matrices soit polymériques pouvant permettre des temperatures continues jusqu'à 3000 C. avec des polymères de type époxydiques (2000C.) pu PEEK (polyether ethercétone), soit des matrices hautes températures tel que le carbone (I.200 C.). Les matrices métalliques ou minérales tel l'aluminium existent mais la réalisation des pièces complexes pose des problèmes de technologies de mise en oeuvre, ces métaux devant être utilisés en fusion ou en vaporisation.
Les technologies existantes connues sont peu applicables.
I1 faut en effet réaliser l'objet fibre et essayer de faire pénétrer la matrice par pression au sein des fibres unitaires. L'interpénétration au niveau de la fibre unitaire est complexe et pas toujours réalisée 5 ort- un composite est deau tant plus résistant que cette interpénétration est meilleure.
Le but de la pressente invention est de réaliser cette interpénétration à priori pour que lors de la fusion toute fibre unitaire soit enrobee suivie d'un gainage de protection (Fig.I). Pour ce faire, on procède par les e'tapes suivantes - Introduction de grains de poudre du métal ou du minéral envisagé comme matrice au sein de la meche d fibres conti- nues. (2) - Celle-ci aura été auparavant épanouie par un système d'embarrage pour aller jusqu'à la separation des fibres unitaires pour permettre à la poudre de se repartir. (I)
Ces particules se trouvant autour de chaque fibre individuelle de la mèche du fait de charges électrostatique6.
Ce phénomène est étudie en fonction des fibres et des matrices envisagées.' Il pourra s'agir de charger les fibres pour attirer la poudre ou de charger la poudre en mettant les fibres à la masse suivant les types utilisés.
Cette mèche chargée de poudre et imprégnée à coeur reçoit alors par guipage, enduction ou filage une enveloppe extériel- re continue laissant les grains de poudre libres de jouer avec les fibres à l'intérieur d'elle*iXme. (Fig.2)
Grâce à ce procéde, il est possible d'obtenir des matériaux, un profilé restant souple qui peut se prdter à toutes ope'ra tions d'enroulement filamentairee tissage, tressage, tricotage ouvrant des possibilités qui n'existeraient pas si par exemple les fibres avaient reçu un gainage de produit en fusion puisque le composite aurait deja été réalisé et que le résultat final serait rigide.
I1 est possible d'obtenir un matériau préimprégné présentant des taux matrices/fibres variables qui, suivant les besoins technologiques actuels varieront en volume de 40 à 80% de fibres.
Les fibres e renforcements seront des fibres ayant des tenues en températures compatibles avec la matrice métallique envisagée, telles que fibres de carbure de siliciums fibres d'alumine ou fibre de carbone. Les metaux envisagés seront fonction de l'application choisie et existant sous forme de poudre dont les granulométries seront de l'ordre de la grandeur de la fibre aavisagée, c'estYàtdire de 5 à 20 microns.
Conviennent particulièrement pour la mise en oeuvre de l'invention des poudres d'aluminium, mais il est bien entendu que d'autres poudres métalliques telles que fera plomb, cuivre, étain, magnésium, zinc ou alliages peuvent convenir.
Le recouvrement des mèches continues charges s de poudre métallique qui est une caracteristique de l'invention est tel qu'il s'ope're sans porter à la fusion les particules de métal impregnant la mèche.
On utilise: - soit un guipage de fil continu constitué du meme métal que la poudre, (3) - soit un passage dans un métal en fusion à plus bas point de fusion que la poudre métallique introduite. (4)
Pour que l'intérdt de l'invention subsiste, c'est-à-dire que la souplesse soit conservée il faut que le metal soit suffisamment malléable et que le gainage atteigne une épaisseur la plus reduite possible (de 5 à 20 microns) exemple: cuivre.
I1 faut également que ce métal soit compatible avec le métal de base constituant la poudre pour que le composite final conserve des propriétés telles que tenue en tempera- tures ou résistance chimique.
- soit par filage suivant les mimes principes que ceux évoqués dans le chapitre précédent.
- soit par extrusion d'une gaine de matériaux tel que des polymères. (5). Ce matériau sera éliminé par calcination lors de la fabrication de la pièce composite avant fusion de la matrice métallique. Dans le cas d'enroulemement filamentaire, par exemple, les deux processus pouvant se faire au défilé et en continu.
Une autre caractéristique de la présente invention est de décrire un dispositif permettant de réaliser l'objet de la présente invention qui est de recouvrir des mèches.
Ce dispositif non limitatif consiste en
EXEMPLE I.
Un recouvrement par guipage d'une meche de silicate d'alumine chargée de poudre d'aluminium filé, également produit par Péchiney.
Les caractéristiques des produits sont les suivantes: (I) Fibre: Silicate dalumine de SUMITOMO
1.000 filaments de diamètre unitaire du filament
I7 microns.
Densité: 3.25.
(2) Poudre: Aluminium stabilise' Y X 16. de Péchiney de granulo métrie moyenne de 20 microns.
(3) Gaine: Fil d'aluminium produit par les ateliers de Commercy.
Vitesse de guipage sur avancement de la fibre: 4 m/minute.
Le profilé souple obtenu répond à l'analyse suivante
Fibre . 50% en volume
Poudre d'aluminium 35% en volume
Gaine e 15% en volume
EXEMPLE II.
On utilise le matériau faisant l'objet de l'invention pour réaliser un tube par la technique de l'enroulement filamentaire. (Fig.3)
Dans ce cas, le fil preimpregne' (6) se deroule suivant un chemin angulaire de 54O pour se bobiner sur une matrice ceramique (7) La fusion et donc le collage du produit sur lui-même se fait à l'endroit de l'application du profilé sur lui-même par un inducteur en atmosphère réductrice supérieur de 1000 au point de fusion de l'aluminium (8).
Lors de la fusion , le metal reprend sa fluidité et se diffuse au milieu des fibres - vitesse d'avancement 5 mètres/minute.
Pour accélérer la vitesse d'application, un préchauffage du préimprégné peut dtre envisagé (9). Sans ce renforcement, un tel tube n'aurait en métal seul qu'une résistance circonférentielle moitié de sa résistance longitudinale.
Par ce renfort, la résistance circonférentielle peut être multipliée par deux et permettre donc de réduire les épaisseurs de métal d l'objet final, d'où allègement lié à la résistance thermique utile dans des applications aéronautiques, par exemple.
EXEMPLE III.
I. Fibre de carbone TORAYA6.000 filaments.
2. Poudres sous forme de poudre de carbone de 3 microns.
3. Gainage par extrusion d'un polyamide en continu autour du préimprégné.
Réalisation d'un empilement après tissage de cette fibre et carbonisation de l'ensemble sous vide suivant les techniques connues.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    I. Matériau préimprégné constitué d'une interpénétration (2) de poudre métallique ou-minerale dans une fibre dont le point de dégradation est supérieur au point de fusion du métal ou du minéral, poudre conservée au sein de cette fibre par une protection externe continue souple
  2. 2. Matériau selon la revendication I caractérisé en ce que la protection eterne est constituée par un gainage métallique de même nature que la poudre de base réalisé par guipage gracie à un fil métallique ou minéral, (3).
  3. 3. Matériau selon la revendication I caractérisé en ce que la protection externe est constituée par un gainage métallique d'un alliage de même nature que la poudre et compatible avec la poudre mais de point de fusion inférieur (4).
  4. 4. Matériau selon la revendication I et 3 caractérisé en ce que la protection externe est constituée par un gainage métallique d'un metal différent de la poudre introduite dans les fibres et donnant lors de la réalisation du composite un alliage dont les propriétés intéresseraient des appli- cations particulières.
  5. 5. Matériau selon la revendication I caractérisé en ce que la protection externe est constitué par un gainage de polymère ayant la particularite de carboniser pour s'élimì- ner avant le point de fusion du métal poudre ou mineral introduit à l'intérieur de fibres unitaires.
  6. 6. Matériau selon la revendication 3 caractérisé en ce que la gainage s'obtient par passage dans un bain fondu de métal ou de minéral.
  7. 7. Matériau selon la revendication 3 caractérisé en ce que la gainage s'obtient par filage du métal ou du minéral autour de la mèche préimprégnée.
  8. 8. Matériau selon la revendication I caractérisé en que:l'interpéétration de la poudre se fait par passage de fibres dans un bain où la poudre est mise en dispersion solvante ou aqueuse.
  9. 9. Matériau selon la revendication I caractérisé en ce que la fibre pourra dtre preenduite en continu par un métal permettant les phénomènes électrostatiques ou d'adhérence entre la fibre intiale et la matrice métallique ou minérale poudre envisagée
    IO. Objets à partir des preimprégnés selon les revendications I à 9.
    11. Objets à partir des préimprégnés qui seraient décou pes pour en constituer les éléments courts pouvant servir par moulage, compression à constituer des pièces armes par fibres après fusion.
    I2. Matériau suivant la revendication I caractérisé en ce que les produits métalliques utilisés sont des métaux à super- plasticité de type alliage daaluminium (type SUPRAL, par exemple) ou de titane (TiAL6V4, par exemple).
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