FR2707381A1 - Cooling structure and method for its manufacture - Google Patents
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Abstract
a) L'invention concerne une structure de refroidissement adaptée en particulier pour des mécanismes de moteurs hypersoniques, et un procédé pour sa fabrication; b) la structure de refroidissement est caractérisé en ce que: - elle est réalisée comme une plaque à plusieurs couches composée de couches de recouvrement (1, 11) et d'une couche centrale, la couche centrale comportant une structure de fibres avec du métal de matrice conducteur de la chaleur, couche dans laquelle sont enrobés les canaux de refroidissement, et le procédé de fabrication est caractérisée en ce que, après l'assemblage, la couche centrale de la structure de refroidissement est compactée avec la couche centrale mise sous vide, par pressage isostatique à chaud.a) The invention relates to a cooling structure suitable in particular for hypersonic engine mechanisms, and to a method for its manufacture; b) the cooling structure is characterized in that: - it is made as a multi-layered plate composed of cover layers (1, 11) and a central layer, the central layer comprising a structure of fibers with metal of heat-conducting matrix, layer in which the cooling channels are coated, and the manufacturing process is characterized in that, after assembly, the central layer of the cooling structure is compacted with the central layer evacuated , by hot isostatic pressing.
Description
" Structure de refroidissement et procédé pour sa fabrica-"Cooling structure and process for its manufacture
tion ""
L'invention concerne une structure de refroi- The invention relates to a cooling structure
dissement en matériau métallique avec des canaux de refroi- metal material with cooling channels
dissement incorporés ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. incorporated and a process for its manufacture.
Des structures de refroidissement connues com- Known cooling structures
prennent, sur le côté éloigné de la source chaude d'une pa- take, on the far side of the hot spring of a
roi à refroidir, des canaux de refroidissement à travers King to cool, cooling channels through
lesquels coule un milieu refroidissant. Ces canaux de re- which flows a cooling medium. These channels of
froidissement sont soit incorporés dans la paroi, soit sou- cooling are either incorporated into the wall or
dés ou brasés sous la forme de tubes de refroidissement sur la paroi à refroidir. Le matériau de la paroi à refroidir est essentiellement choisi selon le type de la source chaude, tandis que pour des appareillages chimiques avec des sources de chaleur de réaction, on doit refroidir aussi des parois de verre ou de céramique Celles-ci ont l'avantage de résister à des températures élevées et de ne pas exiger de grandes puissances de refroidissement. On a toutefois comme handicap le fait que des parois de verre ou de céramique sont très fragiles et se rompent sous l'effet de charges de flexion mécaniques, de même qu'elles sont sensibles aux chocs thermiques, et qu'en outre leur pouvoir diced or brazed in the form of cooling tubes on the wall to be cooled. The material of the wall to be cooled is essentially chosen according to the type of the hot source, while for chemical equipment with heat sources of reaction, it is also necessary to cool the walls of glass or ceramics. These have the advantage to withstand high temperatures and not require large cooling powers. However, it is a handicap that the walls of glass or ceramic are very fragile and break under the effect of mechanical bending loads, as they are sensitive to thermal shocks, and that in addition their power
de conductibilité thermique est extrêmement faible. Thermal conductivity is extremely low.
Des structures de refroidissement métalliques Metal cooling structures
sont connues par la demande de brevet DE-PA-41 37 636.2-44. are known from patent application DE-PA-41 37 636.2-44.
Celles-ci ont l'inconvénient d'être construites de manière These have the disadvantage of being constructed so
très complexe et d'être réalisées pour supporter des tempé- very complex and to be carried out to withstand
ratures et des charges mécaniques, du fait qu'elles se pré- erations and mechanical loads, because they are pre-
sentent sur des parois d'une turbine à gaz chaude, d'une tuyère de fusée ou d'un moteur hypersonique, dans des mé- feel on the walls of a hot gas turbine, a rocket nozzle or a hypersonic engine, in
taux hautement alliés, peu conducteurs de la chaleur, ré- high alloyed, low heat conduction rates,
sistants à des températures élevées, comme par exemple des at high temperatures, such as
alliages à base de nickel ou de cobalt, permettant de ré- alloys based on nickel or cobalt,
sister aussi bien aux charges thermiques qu'aux charges mé- as well as thermal loads as well as
0lo caniques. Ces matériaux ont non seulement l'inconvénient d'une faible conductibilité thermique, mais aussi d'être 0lo caniques. These materials have not only the disadvantage of a low thermal conductivity, but also of being
très coûteux et difficiles à usiner. very expensive and difficult to machine.
Des métaux à conductibilité thermique élevée comme l'argent ou l'or sont en tant que métaux utilisables, High thermal conductivity metals such as silver or gold are usable metals,
hors de prix pour une application technique susmentionnée. overpriced for a technical application mentioned above.
Le cuivre, l'aluminium et leurs alliages disposent en fait Copper, aluminum and their alloys actually have
d'une conductibilité thermique élevée mais ont l'inconvé- high thermal conductivity but have the disadvantage
nient de comporter, à température élevée, des résistances deny to contain, at high temperature, resistances
mécaniques faibles.weak mechanics.
Le but de l'invention est donc d'indiquer une structure de refroidissement ainsi qu'un procédé pour sa The object of the invention is therefore to indicate a cooling structure and a method for its
réalisation, qui présente une conductibilité thermique éle- realization, which has a high thermal conductivity
vée avec une résistance mécanique améliorée et qui puisse with improved mechanical strength and which can
être fabriquée à un coût intéressant. to be manufactured at an interesting cost.
Ce problème est résolu selon l'invention, par les caractéristiques de la revendication 1, au moyen d'une structure de refroidissement réalisée comme une plaque à plusieurs couches composée de couches de recouvrement et d'une couche centrale, tandis que la couche centrale a une structure fibreuse avec un métal de matrice conducteur de la chaleur couche dans laquelle sont enrobés les canaux de refroidissement. Cette structure de refroidissement a l'avantage This problem is solved according to the invention, by the features of claim 1, by means of a cooling structure made as a multi-layer plate composed of covering layers and a central layer, while the central layer has a fibrous structure with a matrix metal conducting heat layer in which are coated the cooling channels. This cooling structure has the advantage
de mettre en oeuvre comme couche centrale portante et re- to implement as a load-bearing core layer and
froidissante, une structure fibreuse qui permet, d'une cold, a fibrous structure that allows, a
part, d'utiliser des matériaux bon marché comme métaux ma- on the other hand, to use cheap materials as
triciels ou matériaux de plaques de recouvrement et d'obtenir en plus une grande capacité conductrice de la tracks or cover plate materials and to obtain in addition a large conductive capacity of the
chaleur, et enfin de réaliser en raison de la structure fi- heat, and finally realize because of the finite structure
breuse une solidité mécanique extrême. Pour cette structure, on utilise comme métaux shreds an extreme mechanical strength. For this structure, we use as metals
conducteurs thermiques, les métaux lourds non ferreux con- thermal conductors, non-ferrous heavy metals
nus, de préférence le bronze, le laiton, le cuivre, l'alu- bare, preferably bronze, brass, copper, aluminum
minium ou leurs alliages. La structure a donc l'avantage minium or their alloys. The structure has the advantage
que des matériaux bon marché peuvent être utilisés. that cheap materials can be used.
Dans une réalisation préférée de l'invention, la structure fibreuse comprend plusieurs couches de fibres les fibres de la structure fibreuse étant dirigées dans le sens des tensions de traction dues au fonctionnement. Un In a preferred embodiment of the invention, the fibrous structure comprises a plurality of fiber layers, the fibers of the fibrous structure being directed in the direction of tensile stresses due to operation. A
gauchissement ou un voilement de la structure de refroidis- warping or buckling of the cooling structure
sement sont donc avantageusement empêchés. Comme les canaux are therefore advantageously prevented. Like the canals
de refroidissement sont disposés à l'intérieur de la struc- are located inside the structure.
ture fibreuse et donc affaiblissent la couche centrale, la fiber and thus weaken the central layer, the
couche centrale comprend, par rapport aux plaques de recou- central layer comprises, with respect to the coating plates
vrement des couches de fibres continues libres fermées par des canaux de refroidissement, ce qui permet une absorption free continuous fiber layers closed by cooling channels, which allows for absorption
sûre des charges mécaniques par la structure fibreuse. safe mechanical loads by the fibrous structure.
Dans une autre réalisation préférée de l'inven- In another preferred embodiment of the invention
tion, un cadre métallique entoure de toutes parts la couche centrale. De cette manière, on obtient un élément de paroi soudable ou brasable sur tous les bords qui, grâce au cadre métallique, donne avantageusement vers tous les côtés des A metal frame surrounds the central layer on all sides. In this way, a weldable or solderable wall element is obtained on all the edges which, thanks to the metal frame, advantageously gives towards all sides
possibilités équivalentes d'usinage ultérieur et de mon- equivalent possibilities of subsequent machining and
tage. Le cadre qui boucle la couche centrale sur les côtés de la structure de refroidissement, peut être un composant intégré à l'une des plaques de recouvrement, ou encore être floor. The frame that loops the central layer on the sides of the cooling structure, can be a component integrated in one of the cover plates, or be
formé par un pliage latéral d'une des plaques de recouvre- formed by a lateral folding of one of the cover plates
ment, ou être composé d'un élément de cadre préfabriqué. or be composed of a prefabricated frame element.
La structure fibreuse comprend de préférence des fibres composites constituées de noyaux de fibres avec des revêtements métalliques des fibres, dans laquelle les The fibrous structure preferably comprises composite fibers consisting of fiber cores with metal fiber coatings, wherein the
recouvrements des fibres sont de préférence composés de ma- fiber recoveries are preferably composed of
tières métalliques du même type que les plaques de recou- of the same type as the cover plates
vrement. Ceci a l'avantage qu'avec des moyens de traitement simples on peut former un matériau composite en couche cen- trale, tandis que les revêtements métalliques des fibres vrement. This has the advantage that with simple processing means it is possible to form a composite material in a central layer, while the metallic coatings of the fibers
sont brasés entre eux, soudés, frittés, compactés ou pres- brazed together, welded, sintered, compacted or
sés ensemble, de façon que la structure fibreuse forme de préférence une couche centrale en un matériau de matrice métallique étanche, bon conducteur thermique compacté avec together, so that the fibrous structure preferably forms a core layer of a sealed metal matrix material, a good thermal conductor compacted with
des fibres et des canaux de refroidissement enrobés. Le ma- coated fibers and cooling channels. The man
tériau de matrice peut donc provenir exclusivement des re- The matrix material can therefore come exclusively from
couvrements de fibre existants ou avoir été ajouté existing fiber covers or have been added
complètement ou partiellement à la structure fibreuse re- completely or partially to the fibrous structure re-
couverte. En outre, les fibres ou noyaux de fibre sont com- covered. In addition, the fibers or fiber cores are
posés de préférence de carbone ou de carbure de silicium. preferably deposited with carbon or silicon carbide.
Ces matériaux de fibres se sont révélés particulièrement These fiber materials have proved particularly
avantageux dans des matières premières pour matrice en mé- advantageous in raw materials for matrix in
taux lourds non ferreux, car ils ont une bonne conductibi- heavy non-ferrous metals, because they have a good conductivity
lité thermique et de bonnes propriétés d'adhérence, tandis thermal stability and good adhesion properties, while
qu'aucun effet réactif de matière solide n'a lieu entre ma- that there is no reactive effect of solid matter between
tériau solide et matériau de matrice aux températures de fonctionnement. Les canaux de refroidissements enrobés dans la couche centrale sont reçus de préférence par l'une des deux solid material and matrix material at operating temperatures. The cooling channels encased in the central layer are preferably received by one of the two
couches de recouvrement qui est réalisée en plaque de sup- covering layers which is made of
port. Pour cela, la surface de la plaque de support peut être avantageusement structurée de rainures de canaux de refroidissement et/ou d'évidements pour la couche centrale, qui sont recouverts au montage final par la deuxième plaque Harbor. For this, the surface of the support plate may advantageously be structured with grooves of cooling channels and / or recesses for the central layer, which are covered in the final assembly by the second plate
de recouvrement, de manière simple. recovery, in a simple way.
Dans une autre réalisation préférée de l'invention, les canaux de refroidissement sont réalisés comme des tubes de refroidissement. Ceci a l'avantage, que In another preferred embodiment of the invention, the cooling channels are made as cooling tubes. This has the advantage that
dans la surface de la plaque porteuse on ne doit pas insé- in the surface of the carrier plate, it is not necessary
rer de structure spéciale pour des canaux de refroidisse- special structure for cooling ducts.
ment, mais de préférence la plaque porteuse doit simplement avoir des perçages pour recevoir les extrémités des tubes de refroidissement. Les tubes de refroidissement peuvent donc être disposés parallèlement et serrés les uns à côté However, preferably the carrier plate should simply have bores for receiving the ends of the cooling tubes. The cooling tubes can therefore be arranged parallel and tight next to one another
des autres sur la plaque porteuse. Les extrémités des rac- others on the carrier plate. The ends of the
cordements pour amener et évacuer l'agent de refroidisse- cables for conveying and discharging the cooling agent
ment sont enfoncées dans des perçages de la plaque de are drilled into holes in the plate of
support, de sorte que les extrémités des tubes de refroi- support, so that the ends of the cooling tubes
dissement sortent en faisant un angle avec cette plaque de dying come out at an angle with this plate of
support. Entre, au-dessus et en dessous des tubes de re- support. Between, above and below the test tubes
froidissement est positionnée la structure fibreuse qui forme la couche centrale avec les tubes de refroidissement enrobés dans la structure fibreuse. La couche centrale cooling is positioned the fibrous structure that forms the core layer with the cooling tubes embedded in the fibrous structure. The central layer
peut, pour la délimitation de la structure de refroidisse- can, for the delimitation of the cooling structure
ment comme élément de paroi pour un courant de gaz chauds, avoir un cadre métallique qui est appliqué avec la couche centrale sur la plaque de support pour fermer celle-ci avantageusement sur les bords, sans que les fibres ou As a wall element for a stream of hot gases, having a metal frame which is applied with the central layer on the support plate to close it advantageously on the edges, without the fibers or
noyaux de fibres de la structure fibreuse viennent en con- fiber cores of the fibrous structure come into con-
tact sur les bords avec le courant de gaz chauds, de sorte que les fibres ou noyaux de fibres sont protégés contre touch on the edges with the hot gas stream, so that the fiber or fiber core is protected against
l'oxydation, l'érosion et la corrosion. oxidation, erosion and corrosion.
Les perçages peuvent aussi être placés dans Holes can also be placed in
l'une des plaques de recouvrement, ce qui permet avantageu- one of the cover plates, which advantageously allows
sement d'accueillir dans les canaux de refroidissement des pièces de raccordement à la conduite d'alimentation et d'évacuation de l'agent de refroidissement, les pièces de raccordement sortant de préférence angulairement d'une des plaques de recouvrement. Ceci comporte l'avantage que les éléments de paroi peuvent être réunis à une paroi refroidie sur leurs bords, et que les raccords pour la conduite d'alimentation et d'évacuation de l'agent réfrigérant ne sont pas exposés au courant de gaz chauds. En outre, on In the cooling ducts, the connecting pieces are arranged in the supply and discharge ducts of the coolant, the connecting pieces preferably emerging angularly from one of the cover plates. This has the advantage that the wall elements can be joined to a cooled wall at their edges, and that the connections for the refrigerant supply and discharge pipe are not exposed to the hot gas stream. In addition,
peut produire à un coût raisonnable un assemblage des rac- can produce at a reasonable cost an assembly of
cords en série ou en parallèle par rapport à une paroi de cords in series or in parallel with a wall of
refroidissement, car tous les raccords sont disposés de ma- because all the fittings are arranged
nière facilement accessible sur le côté éloigné du courant easily accessible on the far side of the current
de gaz chauds.hot gases.
La liaison des raccordements entre eux a lieu de préférence par des tubes de liaison ou des canaux de The connections between them are preferably connected by connecting tubes or
liaison, produits dans des matériaux qui, d'une part, pré- binding, produced in materials which, on the one hand, pre-
sentent une corrosion réduite et des réactions de solide réduites avec l'environnement ou avec le matériau de la structure réfrigérante, et, d'autre part présentent des reduced corrosion and reduced solid reactions with the environment or with the material of the refrigerant structure, and on the
réactions de solide réduites avec la matière de la cons- reduced solid reactions with the material of the con-
truction porteuse. Par exemple, des tubes de liaison en acier spécial avec une teneur en chrome dans le fer de plus de 13 %, ont fait leurs preuves pour les raccordements de refroidissement en alliage de cuivre. Ces tubes en acier carrier truction. For example, special steel connecting pipes with a chromium content in iron of more than 13% have proved their worth for copper alloy cooling connections. These steel tubes
spécial sont reliés à la construction porteuse par un al- are connected to the load-bearing construction by an
liage de titane par exemple, de sorte que la structure de refroidissement en un alliage de cuivre est maintenue en position par une couche centrale renforcée de fibres de titanium bonding for example, so that the cooling structure of a copper alloy is held in position by a core layer reinforced with
carbone.carbon.
Comme agent refroidissant, on injecte de As a cooling agent, we inject
l'hydrogène pour des éléments de paroi destinés à la com- hydrogen for wall elements intended for
mande et au changement de direction d'un courant de gaz chauds dans des mécanismes moteurs, ou à la modification et and change of direction of a hot gas stream in motor mechanisms, or the modification and
à l'adaptation dues aux mouvements de sections transversa- adaptation due to cross-section movements
les de tuyères; cet hydrogène est de préférence préchauffé en même temps pour la combustion dans les éléments de paroi refroidis pour des mécanismes moteurs hypersoniques, des propulseurs de fusée ou des mécanismes moteurs mus par de l'hydrogène, de sorte que la structure de refroidissement nozzles; this hydrogen is preferably preheated at the same time for combustion in chilled wall elements for hypersonic drive mechanisms, rocket propellers or hydrogen-powered drive mechanisms, so that the cooling structure
remplit en même temps une fonction d'échangeur thermique. at the same time fulfills a function of heat exchanger.
Le problème d'indiquer un procédé pour fabri- The problem of indicating a process for
quer une structure de refroidissement de ce type, est réso- such a cooling structure, is
lu par les étapes de procédé suivantes: read by the following process steps:
a) produire une plaque support en matériau conducteur ther- a) producing a support plate made of thermally conductive material
mique avec des perçages pour recevoir des pièces de rac- with holes for receiving parts
cordement pour des canaux de refroidissements ou des extrémités de tubes de refroidissement, cord for cooling channels or ends of cooling tubes,
b) recouvrir la plaque support d'une première couche de fi- b) covering the support plate with a first layer of
bres en ménageant des surfaces de jonction dans la zone de bord de la plaque support ou des perçages, by providing junction surfaces in the edge region of the carrier plate or holes,
c) introduire des tubes de refroidissement avec des extré- (c) introduce cooling tubes with
mités tubulaires coudées, ou une structure de canaux de refroidissement, dans les perçages et évidements, d) remplir les espaces intermédiaires entre les tubes de refroidissement ou les canaux de refroidissement, avec d'autres couches de fibres, pour constituer une couche centrale, bends, or a structure of cooling channels, in the bores and recesses, d) filling the interspaces between the cooling tubes or cooling channels, with other layers of fibers, to form a central layer,
e) assembler la plaque support en une structure de refroi- e) assemble the support plate into a cooling structure
dissement en enfermant la couche centrale avec une pla- by enclosing the central layer with a
que de recouvrement.than recovery.
Ce procédé a l'avantage de comporter des étapes de procédé de coût intéressant et d'offrir des possibilités This method has the advantage of including costly process steps and providing opportunities.
de réaliser de manière simple une structure de refroidisse- to achieve in a simple way a cooling structure
ment de forme stable, résistant à des températures élevées stably shaped, resistant to high temperatures
en métaux lourds non ferreux relativement tendres. En ou- relatively nonferrous heavy metals. In-
tre, le procédé est articulé en phases de fabrication sim- the process is articulated in simple manufacturing phases.
ples que tolèrent aussi bien une fabrication automatique ples that tolerate as well an automatic manufacture
qu'une fabrication en série.than mass production.
Avant l'assemblage, la plaque de recouvrement peut être recouverte d'une couche de fibres en épargnant les surfaces d'assemblage dans la zone de bord, pour garnir la structure de refroidissement, même en direction de la Prior to assembly, the cover plate may be covered with a fiber layer by sparing the joining surfaces in the edge area, to fill the cooling structure, even towards the
plaque de recouvrement, avec une structure de fibres fer- cover plate, with a ferro-fiber structure
mée, de sorte que les canaux de refroidissement ou tubes de mate, so that the cooling channels or tubes of
refroidissement soient complètement enrobés dans la struc- cooling are completely embedded in the structure
ture fibreuse. Cette couche de fibres fermée peut aussi être placée comme clôture de la structure centrale avant fibrous structure. This closed fiber layer can also be placed as a fence of the front central structure
d'assembler la plaque de recouvrement sur les canaux de re- to assemble the cover plate on the
froidissement ou tubes de refroidissement. cooling or cooling tubes.
Si l'on met en place comme structure fibreuse des noyaux de fibres non enduits ou des fibres enduites seulement de manière minime, de sorte que lors de If fiber cores are uncoated or fibers are coated only minimally,
l'assemblage des couches en une structure de refroidisse- the assembly of the layers into a cooling structure
ment, on ne peut pas former de matrice métallique fermée It is not possible to form a closed metal matrix
entre les noyaux de fibres ou les fibres, alors de préfé- between the fiber cores or the fibers, then preferably
rence avant l'assemblage, les espaces creux de la structure fibreuse sont remplis d'un matériau de même type que celui before the assembly, the cavities of the fibrous structure are filled with a material of the same type as that
de la plaque support par remblayage, infiltration, réparti- of the backing plate by backfilling, infiltration,
tion à l'état pulvérulent ou dépôt de métal de matrice Ceci a l'avantage qu'on peut avoir recours à des procédés connus de la métallurgie des poudres, pour fabriquer une matrice métallique fermée entre les fibres ou noyaux de fibres lors This has the advantage that it is possible to use known methods of powder metallurgy to make a closed metal matrix between the fibers or fiber cores during
de l'assemblage.assembly.
Dans une réalisation préférée du procédé, la plaque de recouvrement et la plaque support sont assemblées en un élément de paroi non compact en y incluant la couche centrale par soudage ou brasage. Le compactage est alors In a preferred embodiment of the method, the cover plate and the support plate are assembled into a non-compact wall element by including the core layer by welding or soldering. Compaction is then
obtenu par pressage isostatique à chaud de l'élément de pa- obtained by hot isostatic pressing of the element of pa-
roi non compacté.king not compacted.
Une réalisation préférée du procédé consiste lors de l'assemblage à relier les pièces de raccordement ou les extrémités des tubes de manière étanche aux gaz, avec A preferred embodiment of the method consists in assembling to connect the connecting pieces or the ends of the tubes in a gastight manner, with
les perçages de la plaque support, de sorte qu'avantageu- the holes in the support plate, so that advantageously
sement aucun échange gazeux ne peut avoir lieu, par l'intermédiaire des passages dans la plaque support, entre la couche centrale et l'atmosphère environnante. Si, lors de l'assemblage, la couche centrale est mise sous vide de In fact, no gaseous exchange can take place, via the passages in the support plate, between the central layer and the surrounding atmosphere. If, during assembly, the core layer is evacuated
préférence, en effectuant par exemple l'assemblage en dé- preferably by performing, for example,
pression, alors la structure de refroidissement peut être pressée isostatiquement à chaud, directement après pressure, then the cooling structure can be hot isostatically pressed, directly after
l'assemblage la couche centrale et le matériau de la ma- the central layer and the material of the
trice dans la couche centrale se trouvant aussi compactés. in the central layer being compacted as well.
Si, de préférence, la couche centrale doit être mise sous vide après l'assemblage, on doit alors prévoir entre support et plaque de recouvrement des ajutages de pompe qui, après la mise sous vide, sont fermés de manière étanche aux gaz. Lors du pressage isostatique à chaud con- sécutif de la structure de refroidissement, avec la couche centrale mise sous vide, cette dernière est compactée en une couche compacte de matériau de matrice métallique et de noyaux de fibres et canaux de refroidissement enrobés, et les plaques de recouvrement sont reliées au matériau de la matrice. Le procédé de fabrication et la construction de la structure de refroidissement sont expliqués à titre d'exemples aux figures 1 à 4, dans lesquelles: - la figure 1 montre une plaque support avec des perçages et un tube de refroidissement, - la figure 2 montre une plaque support avec une couche de fibres fermée et des trous pour des tubes de refroidissement, - la figure 3 montre une plaque support avec des tubes de refroidissement montés, - la figure 4 montre une plaque support et une If, preferably, the core layer is to be evacuated after assembly, there must be provided between the support and the cover plate pump nozzles which, after evacuation, are closed in a gas-tight manner. In hot isostatic pressing of the cooling structure, with the core layer evacuated, the latter is compacted into a compact layer of metal matrix material and coated fiber cores and cooling channels, and the plates overlapping are connected to the material of the matrix. The manufacturing method and the construction of the cooling structure are explained by way of example in FIGS. 1 to 4, in which: FIG. 1 shows a support plate with bores and a cooling tube, FIG. a support plate with a closed fiber layer and holes for cooling tubes; - Figure 3 shows a support plate with mounted cooling tubes; - Figure 4 shows a support plate and a
plaque de recouvrement avant un assemblage. cover plate before assembly.
La figure 1 montre une plaque support 1 avec des perçages 2 et un tube de refroidissement 3. Tout d'abord les parties de tube de refroidissement 3 composées d'un métal conducteur de la chaleur comme un alliage de Cu, qui doivent constituer les canaux de refroidissement, sont coudées à 90 degrés à leurs extrémités 4. Dans la plaque support 1 composée d'un métal conducteur de la chaleur sont alésés des perçages 2 destinés à recevoir les extrémités 4 FIG. 1 shows a support plate 1 with bores 2 and a cooling tube 3. First of all, the parts of the cooling tube 3 composed of a heat-conducting metal such as an alloy of Cu, which must constitute the channels 90 degrees are bent at their ends 4. In the support plate 1 composed of a heat-conducting metal are bored holes 2 for receiving the ends 4
des tubes de refroidissement La plaque support 1 est re- cooling tubes The support plate 1 is
couverte avant l'introduction des tubes de refroidissement 3, d'une couche de fibres fermée, comme indiqué à la figure covered before the introduction of the cooling tubes 3, a closed fiber layer, as shown in FIG.
2, les fibres 6 étant orientées selon les tensions de trac- 2, the fibers 6 being oriented according to the tensions of trac-
tion dues au mouvement. Dans cet exemple on utilise des fi- tion due to movement. In this example, we use
bres de carbone qui sont recouvertes par galvanoplastie d'un alliage de cuivre. Une zone de bord 7 et les alésages carbon fibers that are coated by electroplating a copper alloy. An edge zone 7 and the bores
2 sont dépourvus du revêtement par la couche de fibres fer- 2 are free of the coating by the iron fiber layer.
mée 5.5.
Dans cet exemple, la plaque support est en cui- In this example, the support plate is in
vre pur et le matériau des tubes de refroidissement est en and the material of the cooling tubes is in
un alliage de cuivre/nickel avec 10 % en poids de nickel. a copper / nickel alloy with 10% by weight of nickel.
D'autres matières ayant fait leurs preuves pour les tubes de refroidissement 3, la plaque de support 1 et une plaque de recouvrement 11, ainsi que pour un matériau de matrice, sont constituées par du cuivre allié à du chrome avec de 0,5 à 5 % en poids de chrome ou du bronze d'aluminium à base de 4 à 10 % en poids d'aluminium, le Other proven materials for the cooling tubes 3, the support plate 1 and a cover plate 11, as well as for a matrix material, are chromium-alloyed copper with 0.5 to 5% by weight of chromium or aluminum bronze based on 4 to 10% by weight of aluminum, the
reste étant du cuivre et des produits d'addition. the remainder being copper and adducts.
Des alliages d'aluminium peuvent aussi être utilisés. Ceux- Aluminum alloys can also be used. Those-
ci ont, par rapport aux alliages de cuivre, l'avantage d'un have, compared with copper alloys, the advantage of a
poids spécifique faible. Par exemple, les tubes de refroi- low specific weight. For example, the cooling tubes
dissement 3, la plaque support 1, une plaque de recouvre- 3, the support plate 1, a cover plate
ment 11 ainsi qu'un métal de matrice sont composés de: - aluminium avec 3, 8 à 4,9 % en poids de cuivre 1,2 à 1,8 % en poids de magnésium 0,3 à 0,9 % en poids de manganèse et des éléments sous forme de traces, ou de aluminium avec 2,2 à 2,7 % en poids de lithium 0,5 à 1,2 % en poids de magnésium 1,0 à 1,6 % en poids de cuivre et des éléments sous forme de traces, ou de - aluminium avec 5,1 à 6,1% en poids de zinc 2,1 à 2, 9% en poids de magnésium 1,2 à 2% en poids de cuivre 11 and a matrix metal are composed of: - aluminum with 3.8 to 4.9% by weight of copper 1.2 to 1.8% by weight of magnesium 0.3 to 0.9% by weight of manganese and trace elements, or aluminum with 2.2 to 2.7% by weight of lithium 0.5 to 1.2% by weight of magnesium 1.0 to 1.6% by weight of copper and trace elements, or aluminum with 5.1 to 6.1% by weight of zinc 2.1 to 2.9% by weight of magnesium 1.2 to 2% by weight of copper
et des éléments sous forme de traces. and elements in the form of traces.
ou de: - aluminium avec 0,8 à 1,2 % en poids de magnésium 0,4 à 0,8 % en poids de silicium 0,15 à 0,4 % en poids de cuivre or: - aluminum with 0.8 to 1.2% by weight of magnesium 0.4 to 0.8% by weight of silicon 0.15 to 0.4% by weight of copper
et des éléments sous forme de traces. and elements in the form of traces.
Egalement le laiton, qui se compose principale- ment de cuivre avec 30 % en poids de zinc, s'est révélé Brass, which consists mainly of copper with 30% by weight of zinc, was also found
comme une matière indiquée pour les tubes de refroidisse- as a material indicated for the cooling tubes
ment 3, la plaque support 1, une plaque de recouvrement 11 3, the support plate 1, a cover plate 11
ainsi que comme matériau de matrice. as well as matrix material.
Un autre alliage de cuivre composé de 10 à 20 % en poids de zinc, de 1 à 5 %- en poids de titane et le reste essentiellement de cuivre, a été utilisé avec succès comme Another copper alloy composed of 10 to 20% by weight of zinc, 1 to 5% by weight of titanium and the remainder essentially of copper, has been successfully used as
métal lourd non ferreux pour la structure à plusieurs cou- non-ferrous heavy metal for the multi-layer structure
ches. La figure 3 montre la plaque support 1 avec des tubes de refroidissement 3 montés, qui sont insérés par ches. FIG. 3 shows the support plate 1 with mounted cooling tubes 3, which are inserted by
leurs extrémités tubulaires 4 dans les alésages 2 par sou- their tubular ends 4 in the bores 2 by
dage ou brassage, de sorte que les extrémités tubulaires 4 dicing or brewing, so that the tubular ends 4
dépassent de la plaque de support 1 en formant un coude. protrude from support plate 1 forming a bend.
Sur la zone de bord 7 est posé de préférence un cadre mé- On the edge zone 7 is preferably placed a metal frame
tallique 10 composé d'un métal conducteur de la chaleur comme un alliage de cuivre, et les espaces intermédiaires entre les tubes de refroidissement 3 entre eux, ainsi qu'entre les tubes de refroidissement 3 et le cadre 10, sont remplis par d'autres couches de fibres 17 indiquées à 10 and the interspaces between the cooling tubes 3 between each other and between the cooling tubes 3 and the frame 10 are filled by other means. fiber layers 17 indicated in
la figure 4.Figure 4.
La figure 4 montre une plaque support 1 et une plaque de recouvrement 11 avant un assemblage. Pour cela, la plaque de recouvrement 11 est recouverte d'au moins une Figure 4 shows a support plate 1 and a cover plate 11 before assembly. For this, the cover plate 11 is covered with at least one
couche de fibres fermée 12, 13, la zone de bord 14 demeu- closed fiber layer 12, 13, the edge zone 14 remains
rant épargnée. La plaque de recouvrement 11 est, dans rant spared. The cover plate 11 is, in
l'environnement mis sous vide et à l'état réchauffé, pres- the environment under vacuum and in the warmed state,
sée sur le cadre dans le sens A et fixée au cadre 10 et à on the frame in direction A and attached to frame 10 and
la plaque support 1. A la place du cadre 10, dans une réa- the support plate 1. In place of the frame 10, in a
lisation avantageuse de l'invention, les bords de la plaque de recouvrement 11 peuvent être courbés vers le bas dans la zone de bord et être fixés à la zone de bord 7 de la plaque support 1. Les extrémités de tube 4 sont soudées ou brasées avec les perçages 2 dans la plaque support 1, de manière étanche aux gaz. La pièce collée est chauffée sous vide, dégazée et ensuite soudée. Ensuite, cette structure à plusieurs Advantageously according to the invention, the edges of the cover plate 11 can be bent downwards in the edge area and be fixed to the edge region 7 of the support plate 1. The tube ends 4 are welded or brazed with the holes 2 in the support plate 1, in a gas-tight manner. The bonded part is heated under vacuum, degassed and then welded. Then, this structure with several
couches non compacte est compactée dans une presse isosta- noncompact layers is compacted in an isostatic press
tique chaud, les enveloppes de fibres en un métal conduc- warm, the fiber envelopes made of a conductive metal
teur thermique étant compactées dans la couche centrale en une matrice métallique, ce qui permet d'obtenir un élément the central layer into a metal matrix, which makes it possible to obtain an element
de paroi compacté avec une couche centrale compactée. compacted wall with a compacted core layer.
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