FR2645853A1 - Element composite a matrice de ceramique renforcee par des fibres et procede pour sa fabrication - Google Patents

Element composite a matrice de ceramique renforcee par des fibres et procede pour sa fabrication Download PDF

Info

Publication number
FR2645853A1
FR2645853A1 FR9004110A FR9004110A FR2645853A1 FR 2645853 A1 FR2645853 A1 FR 2645853A1 FR 9004110 A FR9004110 A FR 9004110A FR 9004110 A FR9004110 A FR 9004110A FR 2645853 A1 FR2645853 A1 FR 2645853A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
ceramic
precursor
matrix
fibers
sum
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.)
Granted
Application number
FR9004110A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2645853B1 (fr
Inventor
Michael George Harrison
Michael Lee Millard
Andrew Szweda
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.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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 General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of FR2645853A1 publication Critical patent/FR2645853A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2645853B1 publication Critical patent/FR2645853B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • 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
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6306—Binders based on phosphoric acids or phosphates
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6316—Binders based on silicon compounds
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/6342—Polyvinylacetals, e.g. polyvinylbutyral [PVB]
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63424—Polyacrylates; Polymethacrylates
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63452—Polyepoxides
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/6346—Polyesters
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63488—Polyethers, e.g. alkylphenol polyglycolether, polyethylene glycol [PEG], polyethylene oxide [PEO]
    • 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
    • C04B35/63—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 using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/636—Polysaccharides or derivatives thereof
    • C04B35/6365—Cellulose or derivatives thereof
    • 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
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • 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
    • 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
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • 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
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/341—Silica or silicates
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/62—Forming laminates or joined articles comprising holes, channels or other types of openings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Pour fabriquer un élément composite à matrice de céramique renforcée par des fibres stables dans l'ambiance, on utilise un agent liant fait d'un précurseur de céramique qui se transforme par chauffage en une phase de céramique qui lie ensemble un matériau discontinu comprenant des particules de céramique et des fibres de renfort, à une température de mise en oeuvre relativement basse.

Description

L'invention concerne un élément composite à matrice de céramique renforcée
par des fibres et un procédé pour sa fabrication. L'invention est en rapport avec la demande de brevet francais intitulée "Elément fritté et procédé et préforme pour sa fabrication" déposée le même jour que la présente au nom de la
demanderesse sous le n'n 341.001.
L'utilisation de céramiques sous forme d'articles fonctionnant à haute température, tels que des pièces d'un appareil générateur d'énergie, y compris les moteurs d'automobiles, les turbines à gaz, etc., est intéressante en raison de la légèreté et la résistance mécanique à hautes températures de certaines céramiques. Une pièce typique est une entretoise de moteur à turbine à gaz. Cepen'dant, les structures céramiques monolithiques, sans renfort, sont fragiles. Sans incorporation de structures de renfort additionnelles, ces éléments peuvent ne pas présenter la fiabilité
nécessaire à une telle utilisation sévère.
Pour tenter de pallier cette insuffisance, on a préparé certains composites constitués d'une matrice de céramique résistants à la rupture. Ils comprennent des fibres de taille et de types divers, par exemple des fibres longues ou filaments, des fibres courtes ou coupées, des trichites, etc. Tous ces types sont appelés ici pour simplifier "fibres". Certaines fibres ont été revêtues de certaines matières, appliquées pour éviter que des réactions
importantes ne se produisent entre le renfort et la matrice.
Cependant, certains revêtements sont faits de carbone ou forment du carbone ou une autre matière qui s'oxyde par exposition à l'air à la température de fonctionnement élevée envisagée. L'incorporation de telles fibres à la matrice de céramique vise à assurer une
résistance à la rupture fragile.
Un problème de l'utilisation de telles fibres oxydables, telles que des fibres de carbone, comme renfort des composites de céramique, est que le système peut devenir instable dans l'ambiance 0 d'utilisation; des fissures de la matrice de céramique, même des microfissures, peuvent amener les fibres oxydables au contact de l'oxygène de l'air aux températures de fonctionnement élevées présentes dans les sections chaudes des moteurs de production d'énergie. Cette oxydation des fibres de renfort affaiblit ou détruit la structure des fibres ou leur rôle, ce qui entraîne un
affaiblissement inacceptable de l'élément structural.
Un autre problème est lié au fait que les températures de frittage élevées des particules de céramique, autour des fibres de renfort, limitent la nature des fibres que l'on peut utiliser. Par exemple, beaucoup de fibres se détériorent au-dessus d'environ 1 000'C, donc bien au-dessous des températures nécessaires au
frittage des particules de céramique.
En résumé, selon une de ses formes, l'invention fournit un procédé pour préparer un élément composite à matrice de céramique renforcée par des fibres et stable dans l'ambiance comprenant des fibres de renfort stables à l'oxydation, par exemple des fibres de céramique et une matrice dispersée autour d'elles. L'expresssion "stable à l'oxydation" appliquée à des fibres signifie ici que les fibres ne présentent sensiblement pas d'oxydation ni de dégradation dans l'ambiance, dans les conditions envisagées de température et d'atmosphère, telle que l'air. La matrice est un mélange comprenant des particules de céramique liées ensemble par une phase de céramique. Selon son aspect procédé, l'invention fournit un précurseur de matrice de céramique, qui se transforme par chauffage en une phase de céramique, mélangé pour assurer une distribution sensiblement uniforme dans une suspension mixte de matrice faite d'un matériau discontinu, comprenant des particules de céramique dans un liquide compatible avec le précurseur. Cette suspension constituant un mélange de matrice est dispersée autour des fibres stables à l'oxydation pour fournir une préforme préimprégnée que l'on chauffe dans une atmosphère oxydante, telle que l'air, à une température de mise en oeuvre qui est au moins la température nécessaire à la transformation du précurseur en une phase de céramique et qui est inférieure à la température provoquant la dégradation de la céramique dans la préforme. Dans l'invention, cette température peut se situer dans la gamme d'environ 600 à 1 00'C. Ce chauffage transforme le précurseur de céramique, par exemple par décomposition, en une phase de céramique, par exemple une forme amorphe ou cristalline qui lie ensemble les particules de céramique de la suspension en une matrice de céramique autour des fibres. Comme les composants de cet élément composite à matrice de céramique renforcée sont stabilisés dans une atmosphère oxydante et sont de préférence sensiblement tous des oxydes céramiques liés ensemble, l'élément est stable dans l'ambiance et présente une
grande résistance mécanique et une grande résistance à la rupture.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui suit faite en regard des dessins annexés, dans
lesquels: La figure 1 est une comparaison graphique des valeurs de résistance à la rupture d'une matrice non renforcée, d'une autre
matrice renforcée et d'un élément renforcé composite de l'invention.
La figure 2 est une coupe en perspective fragmentaire d'une
portion d'une entretoise de moteur à turbine à gaz.
La figure 3 est une coupe schématique des strates du composite à matrice de céramique disposées autour des blocs de formage. La figure 4 est une coupe en perspective fragmentaire de l'élément de la figure 3 disposé dans les portions du moule de
formage.
Les modes de réalisation préférés de l'invention vont
maintenant être décrits.
Les composites à matrice de céramique renforcée par des fibres résistants à la rupture permettent aux concepteurs des composants résistants aux températures élevées des moteurs producteurs d'énergie, tels que les composants des moteurs d'automobiles, des moteurs à turbine, etc., de réaliser des éléments légers et robustes. Cependant, certains de ces composites connus sont instables dans l'ambiance et présentent des fissures qui exposent des portions oxydables à l'air. De plus, certains procédés de mise en oeuvre connus confèrent au produit un taux de porosité indésirable. Egalement, la nature des fibres, que l'on peut incorporer à des composites de céramique frittés renforcés, est limitée en raison des températures de frittage relativement élevées nécessaires et de la détérioration des fibres à une température
inférieure à celle nécessaire au frittage.
L'invention fournit un procédé perfectionné pour éviter ces problèmes connus et fabriquer un élément composite à matrice de céramique renforcée stable dans l'ambiance, de résistance mécanique et de résistance à la cassure élevées à des températures de mise en oeuvre plus basses. Un principe fondamental de l'invention est d'utiliser des ingrédients qui peuvent être stabilisés à une température plus basse; et, après un chauffage de stabilisation, le produit est un élément dans lequel sensiblement tous les oxydes céramiques sont liés ensemble. L'utilisation de tels ingrédients supprime les risques de détérioration de l'élément lors de l'emploi,
par suite de l'oxydation.
Des particules de céramique typiques utilisées pour les matrices de céramique sont les oxydes d'éléments tels qu'Al, Si, Ca, Hf, B, Ti, Y et Zr et leurs mélanges et combinaisons. Les matériaux commercialisés comprennent A1203, SiO2, CaO, ZrO2, HfO2, BN, TiO2, 3A1203.2SiO2, Y203, CaO-A1203 et diverses argiles et frittes de verre. Des particules de céramique ayant une taille correspondant à un diamètre entre environ 75 Fm et 0,2 dm ont été étudiées comme
ingrédient de la matrice lors de l'évaluation de l'invention.
L'invention, selon une de ses formes, vise à résoudre le problème de la rétraction par chauffage à une température de frittage élevée de
ces céramiques, lorsqu'on les utilise pour réaliser une structure.
Par exemple, une forme d'alumine présente un retrait linéaire dans la gamme d'environ 3 à 4 % à 1 400'C. On a évalué, relativement à l'invention, divers précurseurs de céramique que l'on peut utiliser comme précurseurs de matrice
ainsi que comme précurseurs infiltrants, comme décrit ci-après.
L'utilisation d'un tel précurseur comme liant en combinaison avec des particules de céramique permet de produire un composite stable à une température de aise en oeuvre notablement plus basse. Ces précurseurs, qui se transforment par exemple par décomposition à chaud en une phase de céramique, peuvent être sous une forme solide et/ou liquide pour l'emploi dans l'invention. Généralement, on les classe en organométalliques, solsgels et sels métalliques. Parmi les précurseurs de céramique qui ont été évalués figurent les suivants: des polycarbosilanes, des silicones, des sels métalliques (y compris un polysilane vinylique, le diméthylsiloxane et l'oxychlorure d'hafnium), des sols de silice et d'alumine, l'isopropylate d'aluminium, le phosphate de monoaluminium et d'autres phosphates. Le tableau I suivant présente des formes
spécifiques de ces précurseurs.
TABLEAU I
PRECURSEURS DE CERAMIqUE
PHASE DE CERANIQUE
APRES
NOM PROVENANCE FORME TRANSFORMATION ETAT
Polysilane vinylique Dow Chemical Liquide SiO2 Amorphe Diméthylsiloxane Owens Illinois Solide SiO2 Amorphe Oxychlorure d'hafnium CERAC Solide HfO2 Cristallin hexahydraté Phosphate de monoaluminlum Calgary Liquide Al(PO4)3 Cristallin Isopropylate d'aluminium Fisher Solide A1203 Amorphe Orthosilicate de tétraéthyle Fisher Liquide SiO2 Amorphe Selon le procédé de l'invention, on disperse un matériau discontinu, comprenant les particules de céramique, le précurseur de céramique et facultativement un liant, dans un liquide pour obtenir une suspension mixte de matrice. Le terme "matériau discontinu" désigne ici une poudre, des particules, des petits fragments, des paillettes de matériaux, des trichites, etc. Une caractéristique du liquide de la suspension est qu'il est compatible avec le précurseur de céramique et le liant, lorsqu'on l'utilise, et de préférence leur sert de solvant. Cela permet une distribution sensiblement uniforme du précurseur dans la suspension avec les particules de céramique et les liants éventuels pour fournir le mélange de matrice. Par exemple, le liquide peut être aqueux ou peut être organique, selon
le précurseur ou le mélange de précurseurs et le liant éventuel.
Comme indiqué, on préfère que le précurseur se dissolve dans le liquide qui, dans ce cas, agit comme un solvant. Des liquides organiques typiques utilisés comme solvants comprennent l'alcool éthylique, le trichloroéthane, l'alcool méthylique, le toluène et la méthyléthylcétone, permettant la dissolution des liants, des polymères et des infiltrants. La quantité de solvant nécessaire dépend de la solubilité et de la limite de saturation des liants et des polymères et de la viscosité désirée de la suspension. Les
limites préférées se situent entre 20 et 30 % en poids de solvant.
Des quantités additionnelles de solvant ne font qu'accroitre le
temps de séchage nécessaire à l'évaporation de l'excès de solvants.
En ce qui concerne les particules de céramique dans la suspension, on a établi que ces particules doivent être incorporées en une proportion de plus de 40 % en poids à environ 90 % en poids de la somme des particules de céramique et du précurseur. A la concentration de 40 % en poids ou moins, il n'y a pas assez de céramique pour établir une matrice autour des fibres de renfort dans l'élément composite, si bien que la porosité est trop importante; au-dessus d'environ 90 % en poids, la liaison des particules de céramique autour des fibres de renfort par la phase de céramique du précurseur transformé est insuffisante. La gamme préférée de la concentration des particules de céramique dans la somme des particules et du précurseur est de 50 à 80 % en poids et plus
particulièrement d'environ 70 à 80 % en poids.
Dans la suspension mixte de matrice., on a établi que le précurseur de céramique doit être incorporé en une proportion d'environ 10 à 40 % du poids de la somme du précurseur et des particules de céramique, de préférence de 10 à 30 % en poids, pour assurer une fluidité et une liaison appropriées. Une proportion inférieure à environ 10 % en poids n'assure pas assez de phase de céramique pour entourer et lier les particules de céramique après le chauffage de décomposition du précurseur; pour plus d'environ 40 % en poids, la décomposition du précurseur établit une porosité
excessive dans la phase de matrice.
Le reste de la suspension est, de façon générale, le liquide. Cependant, on peut incorporer à la suspension d'autres matériaux comme liants et plastifiants, que l'on appelle généralement "liants', afin d'assurer provisoirement la cohésion de la matrice non durcie. Les liants, pour assurer la cohésion de la préforme avant chauffage à la température de mise en oeuvre, peuvent être incorporés à une concentration maximale d'environ 20 % du poids
de la somme des particules de céramique, du précurseur et du liant.
Une proportion supérieure entraînerait une porosité trop importante.
Des exemples de tels liants et plastifiants évalués (et leur origine commerciale) sont le Prestoline Master Mix (F.B.S. Chemical), un éther de cellulose (Dow Chemical), le polybutyral de vinyle (Monsanto), le phtalate de butyle et de benzyle (Monsanto), un polyalkylèneglycol (Union Carbide) et un polyéthylèneglycol (Union Carbide). Des systèmes liants également utilisés sont des résines époxydes, par exemple une résine époxyde d'emploi général fabriquée par Ciba-Geigy, des silicones, par exemple un polysiloxane (GE), un système vulcanisable à la température ordinaire, RTV, (GE) et un polycarbosilane (Union Carbide). Des dispersants, tels que le trioléate de glycérol, l'huile pour moteur marin, un polyester de type adipate, un polyacrylate de sodium et un ester phosphorique, ont été incorporés à la demande. Lorsqu'une résine époxyde est utilisée comme système liant avec les gammes préférées mentionnées ci- dessus du précurseur et de la céramique, la concentration de l'époxyde relativement au mélange du précurseur et des particules de
céramique est d'environ 1 à 10 % en poids.
On a évalué, relativement à l'invention, diverses fibres de renfort des céramiques, y compris celles qui figurent dans le tableau II suivant, avec pour chacune leur coefficient de dilatation thermique (CDT):
TABLEAU II
FIBRES DE RENFORT
TYPE CDT x 10 6/C
A. MONOFILAMENTS
Saphir 7-9 Avco SCS-6 4,8 Signa 4,8
B. STRATIFILS/FIL
Nextel 440 4,4 Nextel 480 4,4 Sumitomo 8,8 DuPont FP 7,0 DuPont PRD-166 9, 0
UBE 3,1
Nicolon 3,1 Carbone o
C. FIBRES COUPEES/TRICHITES
Nextel 440 4,4 Saffil 8,0 Dans l'exemple 1 permettant une évaluation selon l'invention, la suspension mixte de matrice comprenait des particules d'A1203 dans la gamme granulométrique d'environ 0,2 à 50 Fa comme particules de céramique, une silicone commercialisée sous le nom de RTV comme précurseur de céramique et une résine époxyde commercialisée sous le nom de bisphénol comme liant. Les proportions pondérales de ce mélange typique étaient: A1203 70 à %, silicone 10 à 30 % et époxyde I à 10 %, relativement à la some d'A1203, de la silicone et du liant. Le liquide utilisé avec ce mélange était une combinaison solvante de trichloroéthane et d'éthanol en une proportion d'environ 20 à 30 % en poids, le complément, soit 70 à 80 %, étant constitué du mélange ci- dessus de céramique, de précurseur et de liant.pour former la suspension mixte de matrice. L'exemple 2 comprenait une combinaison de précurseurs de céramique. Ce mélange comprenait en poids 70 à 80 % d'Al1203 comme particules de céramique, 5 à 15 X de silicone et 5 à 15 X d'isopropylate d'aluminium comme précurseurs de céramique et, comme liant, un époxyde à raison de 1 à 10 % de la somme des particules de céramique, du précurseur et du liant. Le liquide de ce mélange était une combinaison solvante de trichloroéthane et d'éthanol à raison d'environ 20'à 30 % en poids, le complément, soit 70 à 80 % en poids, étant constitué par le mélange de céramique, de précurseurs
et de liant pour former la suspension mixte de matrice.
Dans une forme du procédé de l'invention, chacune des suspensions de mélange de matrice des exemples 1 et 2 ci-dessus est dispersée autour des fibres de renfort de céramique sous forme d'un tissu. Dans ces exemples, les fibres de renfort étaient faites des stratifils et des fibres mentionnées ci-dessus, présents à raison de 20 à 40 % du volume de l'élément. Dans d'autres formes et exemples, les fibres de céramique de renfort étaient sous forme d'enroulements filamentaires. Dans l'invention, on a établi que les fibres de renfort peuvent être incorporées à raison d'environ 10 à
50 % du volume de l'élément et de préférence de 30 à 40 % en volume.
Une proportion inférieure à 10 % en volume n'assure qu'un renforcement insuffisant et, pour une proportion supérieure à environ 50 % en volume, les fibres sont trop proches pour pouvoir
être convenablement entourées de la matrice.
Après avoir laissé sécher ce préimprégné afin de permettre l'évaporation de la majeure partie du solvant, les strates de préimprégné ainsi formées ont été façonnées et moulées en un élément, par exemple à l'aide de moules de compression ou d'un autoclave, pour assurer le chauffage et la compression, comme il est bien connu et pratiqué dans l'art. Ensuite, l'élément a été refroidi il
pour fournir une préforme solide.
La préforme a ensuite été chauffée à une température de mise en oeuvre dans la gamme de 600 à 1 000C et non à la température de frittage généralement bien supérieure utilisée dans les procédés connus, qui se situe par exemple dans la gamme d'environ 1 300 à 1 650'C. On effectue ce chauffage pour éliminer les matières organiques, telles que le liant provisoire, et pour transformer par décomposition le précurseur de céramique en une ou plusieurs phases liantes de céramique. L'incorporation selon l'invention d'un précurseur liant avec les particules de céramique permet de maintenir la température de mise en oeuvre dans un intervalle bien inférieur à celui que nécessite le frittage des particules de céramique autour des fibres de renfort. Il est également possible d'utiliser des fibres qui présenteraient une dégradation ou une altération thermochimique aux températures connues plus élevées de frittage. Dans les exemples 1 et 2 ci-dessus, le chauffage à la température de mise en oeuvre a été effectué dans la gamme d'environ 600 à 800'C. Ce chauffage fournit une matrice de céramique faite de particules de céramique liées ensemble par une ou plusieurs phases de céramique. Généralement, la matrice a une porosité ouverte dans
la gamme d'environ 5 à 30 %-en volume.
L'invention, sous une autre forme, comprend des étapes additionnelles pour réduire ou éliminer cette porosité. Sous cette forme, on applique à la matrice de céramique un précurseur de céramique additionnel sous une forme liquide ou dispersé dans un liquide, généralement à une concentration élevée, afin d'infiltrer la porosité. Par exemple, la matrice peut être plongée dans l'infiltrant liquide constitué du précurseur de céramique, et on peut créer le vide pour faciliter la pénétration du précurseur dans les pores. Apres séchage, on chauffe la matrice infiltrée, comme décrit ci-dessus, pour transformer le précurseur de céramique infiltrant en une ou plusieurs phases de céramique, afin d'éliminer une certaine porosité. On peut répéter cette infiltration des pores et ce chauffage de transformation, à la demande, pour éliminer la
porosité de la matrice ou la réduire à un taux désiré.
La figure 1 présente des courbes contrainte/déformation illustrant la résistance à la rupture et la ténacité de l'élément fabriqué selon l'invention. Les valeurs reportées sur cette figure ont été obtenues dans des essais à la température ordinaire. Les échantillons utilisés étaient des barreaux d'essai rectangulaires de
12,7 x 152 x 2,54 mm.
Les valeurs représentées par la courbe 1 correspondent à l'essai d'un échantillon fait du mélange de l'exemple 1, sans que la suspension soit dispersée autour des fibres de renfort. Le matériau de la courbe 1 est une matrice monolithique de particules de céramique, de précurseur de céramique et d'un liant époxyde, ayant une faible résistance et qui présente une rupture fragile catastrophique. Les céramiques monolithiques de ce type ne conviennent pas pour la réalisation de formes critiques dans des applications structurales par suite de leur mauvaise tolérance aux
défauts et, par conséquent, de leur faible ténacité.
La valeur illustrée par la courbe 2 de la figure 1 correspond à l'essai d'un échantillon de même taille et de même forme que celui utilisé pour les valeurs de la courbe i fait 4 partir du même mélange. Cependant, le mélange a été dispersé autour d'un tissu de fibres de renfort en fils Sumitomo incorporé à raison d'environ 30 % du volume de l'élément. Le matériau correspondant à la courbe 2 est un composite de céramique auquel le même matériau de matrice monolithique que celui de la courbe 1 est incorporé autour des fibres de renfort. Le matériau a une résistance élevée, car la charge est alors transférée aux fibres à haute résistance et le matériau présente une rupture et une ténacité appropriées. Ce type de comportement du composite permet à une pièce d'avoir une durée de
vie prolongée après l'apparition initiale d'une cassure.
Comme le montre la figure 1, l'élément composite à matrice de céramique renforcée de la courbe 2 est sensiblement plus
résistant et tenace que celui de la courbe 1.
A titre comparatif, la figure 1 présente la courbe 3 correspondant à des fibres de renfort en saphir dans une matrice d'A1203 avec frittage à environ 1 450-1 500'C, température bien supérieure à celle à laquelle les fibres indiquées dans le tableau 2 résistent. Aucun précurseur n'a été incorporé dans un tel composite constitué de 55 % en volume d'aluminosilicate et de 45 % en volume de fibres de saphir. Donc, la densification par frittage de ce mélange nécessite une température de mise en oeuvre nettement supérieure à celle utilisée dans le procédé de l'invention, qui est généralement entre 600 et i 000'C. Le matériau de la courbe 3 présente une résistance plus élevée que celui de la courbe 2 avec un comportement tenace. L'amélioration de ces propriétés illustre l'avantage de l'emploi de fibres de renfort de résistance accrue avec une matrice thermiquement compatible, pour permettre le
transfert efficace de la charge de la matrice aux fibres.
Comme le montre la comparaison de la courbe 2, illustrant la présente invention, et de la courbe 3, illustrant un élément fabriqué selon un procédé différent, l'invention fournit un composite de céramique renforcé résistant et tenace, fabriqué sans mise en oeuvre à une température de frittage extrêmement élevée. La raison en est que l'invention utilise un précurseur de céramique qui se décompose à une température plus basse en une phase de céramique qui lie ensemble les particules de céramique et les fibres de
renfort en un élément composite.
Un exemple typique des éléments que l'on peut préparer selon l'invention est une entretoise profilée utile dans la section chaude d'un moteur,à turbine à gaz, qui est illustrée par la coupe en perspective fragmentaire de la figure 2. L'entretoise, indiquée de façon générale par la référence 10, comprend un corps d'entretoise 12 ayant un bord d'attaque 14 et un bord de fuite 16. L'entretoise est parfois appelée entretoise creuse, car elle contient plusieurs
cavités 18 séparées par des nervures 20.
L'entretoise 10 peut être constituée de plusieurs strates, telles que des couches, des feuilles, des rubans, etc., fabriquées comme décrit cidessus. La coupe fragmentaire de la figure 3 représente schématiquement la disposition de ces strates 22 autour de blocs de formage 24, faits par exemple d'aluminium, lors de la formation initiale de la préforme d'une portion de l'entretoise de la figure 2 relativement à la forme de l'entretoise finie. En réalité, chaque strate de cet élément a une épaisseur qui dépend des fibres et de la forme, comme il est bien connu. Par exemple, les épaisseurs typiques sont dans la gamme d'environ 0,2 à 0, 5 ma. De plus, comme il est bien connu dans l'art, le nombre des strates nécessaires en pratique pour obtenir une telle structure stratifiée peut être bien supérieur à celui indiqué pour simplifier sur la figure 3. Des fibres individuelles additionnelles 25 sont disposées entre les strates dans les espaces potentiels entre les strates au
niveau des courbures des blocs 24 pour réduire les vides.
Après formation de l'élément de la figure 3, assemblé autour des blocs de formage 24, on place l'ensemble dans des moules de formage appariés de forme appropriée 26A et 26B, comme le montre la
figure 4, pour stratifier l'ensemble en une préforme de l'article.
Typiquement, on applique une pression représentée par les flèches 28 dans la gamme d'environ 14,7 à 98 MPa à l'élément, alors qu'il est chauffé par exemple dans la gamme de 66 à 180'C pendant un temps assurant une stratification approprié. Une telle température ne
permet pas le frittage des matériaux constitutifs.
Après la stratification, la préforme ainsi obtenue est retirée des moules de formage et on retire les blocs de formage. La préforme est ensuite placée dans un four et chauffée à une température inférieure à 1 000'C de façon contrôlée, afin d'éliminer les liants et les plastifiants, puis à une température de mise en oeuvre à laquelle il ne se produit pas de dégradation des fibres, telle que 1 000'C ou plus, pour fritter la préforme en l'article
composite à matrice de céramique très dense de la figure 2.
La demande de brevet français précitée concerne le problème du retrait des particules de céramique frittées et la porosité qui en résulte. Selon l'invention de la demande précitée, ce retrait est compensé par mélange, avec les particules de céramique, avant le frittage, de particules d'une charge minérale qui présentent une dilatation nette relativement aux particules de céramique au cours du chauffage à la température de frittage. On a étudié, dans - l'évaluation de cette invention, les charges minérales en cristaux
lamellaires qui sont mentionnés dans le tableau III suivant.
TABLEAU III
MATERIAUX DE CHARGE
*TIDENTIFICATION
Forme cristalline Nom minéralogique Composition lamellaire Pvrophyllite A120;*4SiO-H2O laminaire Wollastonite CaO-SiO2 en lames/allongée avec des cristaux circulaires Mica K20-3Al203.6SiO2-2H2O en plaques Talc 3MgO4SiO2XHO20 paillettes plates Montmorillonite (AI,Fe,Mg)02-4SiO0.H20 allongée yanite 3Al2u3.3SiO. en lames/allongée Ces matériaux de charge peuvent être utilisés dans une forme ue l'invention pour supprimer la porosité créée lors du chauffage à la température de mise en oeuvre. La proportion de la charge dans le mélange ci-dessus est choisie de façon à ce que la dilatation de la charge compense cette porosité formée.
Lorsqu'on incorpore la charge minérale de la demande de brevet précitée au mélange de matrice de l'invention, fait de particules de céramique et de précurseur et facultativement d'un liant, cette charge peut être incorporée en une proportion par exemple d'au maximum environ 50 % du poids de la somme de la céramique, du précurseur, du liant facultatif et de la charge. La proportion est choisie de façon à ce que la dilatation de la charge compense la porosité. Cette porosité résulte du retrait des particules de céramique, mais se produit principalement à la température de mise en oeuvre plus basse, par suite de la transformation ou du changement de volume des matériaux au cours du chauffage de la préforme de l'invention dans une atmosphère oxydante, comme décrit ici. Typiquement, le mélange limitant la porosité de particules de céramique et de charge est constitué de 50 à 93 % en poids de particules de céramique et de 7 à 50 % de charge minérale, le mélange limitant la porosité représentant en poids plus de 40 % à environ 90 % du mélange de matrice fait des particules, du précurseur et du liant éventuel. On préfère comme liants minéraux ceux indiqués dans le tableau III ci-dessus et ayant une forme cristalline lamellaire. En particulier, la pyrophyllite et la wollastonite se sont révélées être utiles comme charges. Egalement, comme décrit dans la demande de brevet précitée, des fibres de renfort qui se dilatent par rapport au mélange de matrice, améliorent l'aptitude à la mise en oeuvre de la préforme à la
pression ambiante.
Il est évident pour le spécialiste de l'art que les exemples
et modes de réalisation présentés pour illustrer l'invention n'en-
limitent nullement la portée.

Claims (20)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour la fabrication d'un élément composite à matrice de céramique renforcée par des fibres, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: se pourvoir d'un précurseur de matrice de céramique qui se transforme par chauffage en une phase de céramique, d'un liquide compatible avec le précurseur et d'un matériau céramique discontinu constitué de particules; mélanger ensemble le précurseur de matrice de céramique, le liquide et le matériau discontinu en une suspension mixte de matrice, dans laquelle les particules de céramique et le précurseur sont répartis sensiblement uniformément; se pourvoir de plusieurs fibres de renfort stables à l'oxydation; disperser la suspension mixte de matrice autour des fibres pour former une préforme préimprégnée; et chauffer la préforme dans une atmosphère oxydante à une température de mise en oeuvre au moins égale à la température nécessaire pour transformer le précurseur en une phase de céramique et inférieure à la température à laquelle il se produit une dégradation de la céramique dans la préforme, pour transformer le précurseur-de matrice de céramique en une phase de céramique qui lie les particules de céramique de la suspension en une matrice de céramique autour des fibres et pour obtenir un élément composite à matrice de céramique renforcée par des fibres, stable dans l'ambiance, à forte résistance mécanique et à grande résistance à la rupture.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel: la suspension mixte de matrice comprend, en poids: a) des particules de céramique dans la gamme de plus de 40 % à environ 90 % de la somue des particules de céramique et du
précurseur de céramique; et-
b) le précurseur de céramique dans la gamme d'environ 10 à % de ladite somme; et les fibres de renfort constituent d'environ 10 à 50 %'du
volume de l'élément composite.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les fibres
de renfort sont des fibres de céramique.
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la préforme préimprégnée est chauffée dans l'air à une température de mise en
oeuvre dans la gamme d'environ 600 à 1 000'C.
5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on se pourvoit d'un liant que l'on incorpore à la suspension en une proportion d'au maximum environ 20 % du poids de la somme des
particules de céramique, du précurseur de céramique et du liant.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la suspension mixte de matrice comprend, en poids: à 80 % de la somme des particules de céramique, du précurseur de céramique et du liant, les particules de céramique constituant 50 à 80 %, le précurseur de céramique 10 à 30 % et le liant 1 à 20 % de la somme; et
à 30 % du liquide sous forme d'un liquide organique.
7. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le précurseur de céramique est un matériau choisi dans le groupe constitué par les organométalliques, les sols-gels, les sels métalliques et leurs mélanges; et les particules de céramique comprennent un matériau choisi dans le groupe constitué par les oxydes d'Al, Si, Ca, Hf, B, Ti, Y,
Zr etleurs mélanges et combinaisons.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un grand nombre de fibres sont fournies sous forme d'une strate; et le mélange de matrice est dispersé autour des fibres dans la
strate pour former une strate préimprégnée.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel plusieurs strates préimprégnées sont stratifiées sous forme d'une préforme
préimprégnée avant le chauffage.
10. Procédé selon la revendication 1 pour accroitre la densité de l'élément composite, dans lequel - après le chauffage de la préforme dans une atmosphère oxydante pour transformer le précurseur de matrice de céramique en une phase de céramique, l'élément composite est exposé à l'action d'un précurseur infiltrant de céramique qui infiltre la structure ouverte de l'élément; puis l'élément infiltré est chauffé dans une atmosphère oxydante pour transformer le précurseur infiltrant de céramique infiltré en
une phase de céramique.
11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel: la suspension mixte de matrice comprend, en plus des particules de céramique, une charge minérale en particules qui présente une dilatation nette relativement aux particules de céramique lors du chauffage à la température de mise en oeuvre; la proportion de la charge minérale dans le mélange de matrice étant choisie de façon à ce que la dilatation de la charge compense la porosité créée dans la préforme lors du chauffage à la
température de mise en oeuvre.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la suspension mixte de matrice renferme un liant et comprend, en poids: a) des particules de céramique dans la gamme de plus de 40 % à un maximum d'environ 90 % de la somme des particules de céramique, du précurseur de céramique, du liant minéral et de la charge; b) un précurseur de céramique dans la gamme d'environ 10 à % de ladite somme; c) uft liant dans la gamme d'au maximum environ 20 % de
ladite somme; et --
d) une charge minérale à raison d'au maximum environ 50 % de
ladite somme.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel a) les particules de céramique sont présentes en une proportion d'environ 50 à 80 % en poids de ladite somme; b) le précurseur de céramique est présent dans la gamme d'environ 10 à 30 % en poids de ladite somme c) le liant est présent dans la gamme d'environ 1 à 20 % en poids de ladite somme; et d) la charge minérale est présente dans la gamme d'environ 7
à 50 % en poids de ladite somme.
14. Elément composite renforcé par des fibres présentant une amélioration de la résistance à l'ambiance et une combinaison améliorée de grande résistance mécanique et de forte résistance à la cassure, comprenant: plusieurs fibres de renfort; une matrice de céramique comprenant des particules de céramique dispersées autour des fibres de renfort; et une phase liante de céramique liant ensemble les particules
de céramique et les fibres de renfort.
15. Elément de la revendication 14, dans lequel les fibres de
renfort constituent environ 10 à 50 % du volume de l'élément.
16. Elément de la revendication 14, dans lequel plusieurs strates comprenant des particules de céramique liées par une
céramique et des fibres de renfort sont liées ensemble.
17. Elément de la revendication 14, dans lequel les fibres de renfort sont en céramique et constituent ainsi un élément composite
à matrice de céramique renforcée par des fibres de céramique.
18. Elément de la revendication 14, qui comprend dans la matrice de céramique une charge faite d'un matériau minéral ayant la
forme de cristaux lamellaires.
19. Elément de la revendication 14, dans lequel, les particules de céramique sont présentes en une proportion d'environ 7 à 50 % en poids de la somme des particules de céramique et de la phase liante de céramique; la phase liante de céramique est présente en une proportion d'environ 1 à 20 % en poids de ladite somme; et les fibres de renfort sont présentes en une proportion
d'environ 10 à 50 % en volume de l'élément.
20. Elément de la revendication 19, dans lequel une charge faite d'un matériau minéral ayant la forme de cristaux lamellaires, est incorporée en une proportion d'environ 7 à 50 % en poids de la somme des particules de céramique, de la phase liante de céramique
et de la charge.
FR909004110A 1989-04-14 1990-03-30 Element composite a matrice de ceramique renforcee par des fibres et procede pour sa fabrication Expired - Fee Related FR2645853B1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US34100089A 1989-04-14 1989-04-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2645853A1 true FR2645853A1 (fr) 1990-10-19
FR2645853B1 FR2645853B1 (fr) 1994-06-10

Family

ID=23335847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR909004110A Expired - Fee Related FR2645853B1 (fr) 1989-04-14 1990-03-30 Element composite a matrice de ceramique renforcee par des fibres et procede pour sa fabrication

Country Status (6)

Country Link
JP (1) JP2991738B2 (fr)
CA (1) CA2012240C (fr)
DE (1) DE4012229A1 (fr)
FR (1) FR2645853B1 (fr)
GB (1) GB2230259B (fr)
IT (1) IT1241114B (fr)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5635250A (en) * 1985-04-26 1997-06-03 Sri International Hydridosiloxanes as precursors to ceramic products
US5488017A (en) * 1989-04-14 1996-01-30 General Electric Company Fibert reinforced ceramic matrix composite member
DE4102909A1 (de) * 1991-01-31 1992-08-06 Man Technologie Gmbh Werkstuecke aus faserverstaerkter keramik
DE4123677A1 (de) * 1991-07-17 1993-01-21 Vaw Ver Aluminium Werke Ag Faserformkoerper und verfahren zu seiner herstellung sowie verwendung des formkoerpers zur herstellung faserverstaerkter aluminium-gussteile
US5856252A (en) * 1995-06-07 1999-01-05 The Regents Of The University Of California Damage tolerant ceramic matrix composites by a precursor infiltration
DE19712808B4 (de) * 1996-03-26 2009-06-18 Mazda Motor Corp. Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Verbundwerkstoffkomponenten im Verbund mit Vorformling-Strukturen
US5780126A (en) * 1996-07-17 1998-07-14 Minnesota Mining & Manufacturing Filter material
US5849375A (en) * 1996-07-17 1998-12-15 Minnesota Mining & Manufacturing Company Candle filter
DE10314271A1 (de) * 2003-03-29 2004-10-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kriech- und thermoschockresistenter Faserverbundwerkstoff
US9410437B2 (en) * 2012-08-14 2016-08-09 General Electric Company Airfoil components containing ceramic-based materials and processes therefor
CA2904986C (fr) 2013-03-15 2020-07-14 General Electric Company Bouillies pour des matieres composites
US10563522B2 (en) 2014-09-22 2020-02-18 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Composite airfoil for a gas turbine engine
JP6717871B2 (ja) * 2018-03-14 2020-07-08 三菱重工業株式会社 タービン翼部材の製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1353384A (en) * 1970-05-11 1974-05-15 Union Carbide Corp Composites based on zirconia
EP0044161A2 (fr) * 1980-07-11 1982-01-20 Imperial Chemical Industries Plc Matériaux composites fibreux, leur fabrication et leur utilisation
EP0078197A1 (fr) * 1981-10-20 1983-05-04 Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (O.N.E.R.A.) Matériaux composites céramisés à résistance mécanique et thermique élevée et leur préparation
EP0130105A1 (fr) * 1983-06-20 1985-01-02 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Matière réfractaire composite renforcée de fibres réfractaires et son procédé de fabrication
US4983422A (en) * 1988-03-11 1991-01-08 Kaiser Aerotech Process for forming aluminum oxide ceramic composites

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4247249A (en) * 1978-09-22 1981-01-27 General Electric Company Turbine engine shroud
US4737192A (en) * 1983-10-17 1988-04-12 Manville Service Corporation Refractory binder, method for making same, and product produced thereby
JPS61197472A (ja) * 1985-02-27 1986-09-01 工業技術院長 炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合体の製造方法
GB2175893A (en) * 1985-04-02 1986-12-10 Ae Plc Fibre-reinforced ceramic materials
JPH0822782B2 (ja) * 1987-05-22 1996-03-06 石川島播磨重工業株式会社 繊維強化セラミックスの製造方法
DE3840781A1 (de) * 1988-12-03 1990-06-07 Hoechst Ag Faserverbundkeramik und verfahren zu ihrer herstellung
JPH0288452A (ja) * 1988-09-26 1990-03-28 Nichias Corp 耐熱性無機質成形体
FR2641776B1 (fr) * 1989-01-13 1993-03-26 Europ Propulsion Materiau composite a interphases multiples entre fibres de renfort refractaires et matrice ceramique

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1353384A (en) * 1970-05-11 1974-05-15 Union Carbide Corp Composites based on zirconia
EP0044161A2 (fr) * 1980-07-11 1982-01-20 Imperial Chemical Industries Plc Matériaux composites fibreux, leur fabrication et leur utilisation
EP0078197A1 (fr) * 1981-10-20 1983-05-04 Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (O.N.E.R.A.) Matériaux composites céramisés à résistance mécanique et thermique élevée et leur préparation
EP0130105A1 (fr) * 1983-06-20 1985-01-02 AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle Matière réfractaire composite renforcée de fibres réfractaires et son procédé de fabrication
US4983422A (en) * 1988-03-11 1991-01-08 Kaiser Aerotech Process for forming aluminum oxide ceramic composites

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CERAMIC ENGINEERING & SCIENCE PROCEEDINGS vol. 9, no. 7-8, Août 1988, WESTERVILLE,OHIO,USA pages 705 - 721 , XP1015 R.A.LOWDEN ET AL. 'INTERFACE MODIFICATION IN NICALON/SIC COMPOSITES' *

Also Published As

Publication number Publication date
DE4012229A1 (de) 1990-10-18
FR2645853B1 (fr) 1994-06-10
CA2012240A1 (fr) 1990-10-17
IT1241114B (it) 1993-12-29
GB2230259B (en) 1993-11-17
JPH0365570A (ja) 1991-03-20
IT9020023A1 (it) 1991-10-12
GB2230259A (en) 1990-10-17
CA2012240C (fr) 2004-07-06
IT9020023A0 (it) 1990-04-12
GB9001418D0 (en) 1990-03-21
JP2991738B2 (ja) 1999-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5488017A (en) Fibert reinforced ceramic matrix composite member
FR2645852A1 (fr) Element fritte et procede et preforme pour sa fabrication
RU2176628C2 (ru) Композит (варианты) и способ его приготовления, способ обработки волоконной заготовки (варианты)
RU2179541C2 (ru) Способ введения в пористые субстраты расплавленной композиции на металлической основе
EP1272441B1 (fr) Procede de fabrication d'un revetement resistant a l'erosion et aux temperatures elevees, et materiau contenant des formes geometriques creuses compactees
FR2645853A1 (fr) Element composite a matrice de ceramique renforcee par des fibres et procede pour sa fabrication
EP2657207A1 (fr) Procédé de production d'un article composite à matrice céramique infiltrée par une fusion
CN110248912A (zh) 一种制造复合材料部件的方法
EP3024801B1 (fr) Procédé de fabrication de pièces en matériau composite par imprégnation a basse température de fusion
FR2933970A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece en materiau compositie thermostructural et piece ainsi obtenue
JP6276514B2 (ja) セラミックマトリックス複合材料内の内部キャビティ及びそのためのマンドレルを作成する方法
US10717681B2 (en) Method of making a ceramic matrix composite (CMC) component including a protective ceramic layer
FR3094366A1 (fr) Articles composites à matrice en céramique et procédés pour leur fabrication
Gordon et al. The relationship between microstructure and fracture toughness for fibrous materials for diesel particulate filters
JP2013256436A5 (fr)
EP1028099A1 (fr) Materiau composite fibreux et son procede de fabrication
FR2996549A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece aerodynamique par surmoulage d'une enveloppe ceramique sur une preforme composite
US5549770A (en) Method for manufacturing composites
CN1295191C (zh) 一种简单的碳/碳化硅复合材料制造方法
FR3037948A1 (fr) Materiau fibreux de renforcement, son procede de production et materiau composite ceramique renforce par des fibres
JP2016500630A (ja) 多孔性複合材料からなる部品を局所的に処理する方法
WO2017194886A1 (fr) Pièce en matériau composite a matrice céramique
JP2008222500A (ja) 多孔質成形体、多孔質充填成形体、多孔質成形体の製造方法及び多孔質充填成形体の製造方法
CN115772037B (zh) 一种利用短切纤维构造熔渗预制体制备碳化硅陶瓷基复合材料的方法
EP0612597B1 (fr) Procédé et dispositif pour la fabrication d'un semi-produit en bande utilisable dans la fabrication de matériaux ou produits composites à matrice céramique renforcée par des fibres

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse

Effective date: 20081125