FR2864829A1 - Articles of ceramic matrix composite materials with improved lamellar strength for use as components for gas turbines subjected to elevated temperatures - Google Patents

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Abstract

A composite article (10) with a ceramic matrix comprises: (A) multiple layers (12), each made up of a first reinforcing material (20) in a matrix of ceramic material (22), the reinforcing material being coated with an anti-adhesive agent that favours sliding between the reinforcing material and the ceramic matrix, with pairs of adjacent layers defining between them some interfaces (14); and (B) a second reinforcing material (16) physically connects the pairs of adjacent layers, with a stronger liaison existing between the second reinforcing material and the ceramic matrix than between the first reinforcing material and the ceramic matrix of the pair of adjacent layers. An independent claim is also included for the formation of this composite article.

Description

COMPOSITE A MATRICE DE CERAMIQUE A RESISTANCE LAMINAIRELAMINAR RESISTANCE CERAMIC MATRIX COMPOSITE

AMELIOREE, ET PROCEDE POUR CELUI-CI La présente invention concerne d'une façon générale les articles en composite à matrice de céramique (CMC); plus particulièrement, la présente invention concerne des articles en CMC à résistance hors du plan améliorée.  The present invention relates generally to ceramic matrix composite (CMC) articles; more particularly, the present invention relates to CMC articles with out-of-plane resistance.

Afin d'accroître le rendement des turbines à gaz, on cherche continuellement à atteindre de plus grandes températures de fonctionnement. Bien que de grands progrès aient été accomplis en ce qui concerne les capacités à haute température par l'élaboration de superalliages à base de fer, de nickel et de cobalt, d'autres matériaux possibles ont été étudiés. On peut citer comme exemples notables les matériaux composites à matrice de céramique (CMC), dont les capacités à haute température permettent de réduire notablement les besoins en air de refroidissement. Les matériaux CMC, en particulier les matériaux composites à céramique en fibres continues (CCFC) sont actuellement envisagés pour les enveloppes, les chemises de chambres de combustion, les injecteurs et autres pièces de turbines à gaz soumises à des températures élevées. Les composites à base de silicium, tels que le carbure de silicium (SiC) constituent des applications particulièrement intéressantes pour les températures élevées en tant que matériau de matrice et/ou de renforcement.  In order to increase the efficiency of gas turbines, continuous attempts are made to achieve higher operating temperatures. Although great progress has been made in high temperature capabilities through the development of superalloys based on iron, nickel and cobalt, other possible materials have been investigated. Notable examples are ceramic matrix composite (CMC) materials, whose high temperature capabilities significantly reduce cooling air requirements. CMC materials, particularly continuous fiber ceramic (CCFC) composite materials are currently being considered for envelopes, combustion chamber liners, injectors and other gas turbine parts subjected to high temperatures. Silicon-based composites, such as silicon carbide (SiC), are particularly useful applications for high temperatures as a matrix and / or reinforcing material.

Globalement, les matériaux CMC comprennent un matériau de renforcement fibreux ou filamentaire noyé dans un matériau céramique de matrice. Le matériau de renforcement sert de constituant porteur du CMC tandis que la matrice de céramique protège le matériau de renforcement, maintient l'orientation des fibres et sert à dissiper les charges vers le matériau de renforcement. Les CMC sont fréquemment constitués de multiples couches de "préimprégné", qui est d'une manière typique une préforme analogue à un ruban comprenant le matériau de renforcement imprégné d'un précurseur du matériau de matrice. La préforme doit subir un traitement (dont une cuisson) pour transformer le précurseur en céramique voulue.  Overall, the CMC materials comprise a fibrous or filamentary reinforcing material embedded in a ceramic matrix material. The reinforcing material serves as the carrier component of the CMC while the ceramic matrix protects the reinforcing material, maintains the orientation of the fibers and serves to dissipate the charges to the reinforcing material. CMCs frequently consist of multiple layers of "prepreg", which is typically a ribbon-like preform comprising the reinforcing material impregnated with a precursor of the matrix material. The preform has to undergo a treatment (including a firing) to transform the precursor into a desired ceramic.

Fréquemment, les préimprégnés pour matériaux CCFC comprennent un ensemble de fibres à agencement bidimensionnel comportant une seule couche de mèche (faisceau de filaments individuels) à alignement sur un seul axe imprégnées d'un précurseur sous la forme d'une suspension pour créer un stratifié globalement à deux dimensions. A la suite de l'imprégnation, chaque stratifié subit ordinairement une consolidation, une densification et un durcissement partiel (mise en phase B) du matériau formant matrice. De multiples couches des préimprégnés obtenus sont ensuite superposées dans un moule et individualisées pour former une préforme stratifiée, processus appelé "superposition". Les préimprégnés sont ordinairement agencés de façon que les mèches de préimprégnés adjacents soient orientées de manière mutuellement transversale (par exemple perpendiculairement les uns aux autres), ce qui donne une plus grande résistance mécanique dans le plan laminaire de la préforme (correspondant aux principales directions (de support de charge) du composant CMC final) en comparaison des directions hors du plan, par exemple perpendiculairement au plan laminaire de la préforme (c'est-à-dire la direction z de la préforme). A la suite de la superposition de couches, la préforme stratifiée subit une nouvelle série de traitements de consolidation, densification et durcissement final (cuisson) pour réaliser l'élément en CMC voulu.  Frequently, CCFC material prepregs comprise a two-dimensionally arranged fiber assembly having a single single-axis aligned single-strand fiber wick impregnated with a precursor in the form of a slurry to create a laminate generally. two-dimensional. As a result of the impregnation, each laminate usually undergoes consolidation, densification and partial hardening (B-phase) of the matrix material. Multiple layers of the prepregs obtained are then superimposed in a mold and individualized to form a laminated preform, a process called "superposition". The prepregs are ordinarily arranged so that the adjacent prepreg strands are mutually transversely oriented (e.g. perpendicular to each other), giving greater mechanical strength in the laminar plane of the preform (corresponding to the main directions ( the load component) of the final CMC component) in comparison with out-of-plane directions, for example perpendicular to the laminar plane of the preform (i.e. the z-direction of the preform). Following the layering of layers, the laminated preform undergoes a new series of consolidation, densification and final curing (baking) processes to achieve the desired CMC element.

On sait que les CCFC présentent une "dégradation" du fait de l'action durcissante des fibres de renforcement. La matrice de céramique peut se fissurer sous l'effet d'une première contrainte (par exemple environ 140 MPa (20 000 psi)) tandis que la résistance à la rupture à cours terme des CCFC peut être bien plus grande (par exemple environ 280 MPa (40 000 psi)) . Cet effet résulte surtout de l'action du matériau de renforcement qui comble la fissure et redistribue la charge. Pour favoriser cet effet de comblement, les matériaux de renforcement sont ordinairement revêtus d'un agent anti-adhésif, généralement du nitrure de bore (BN) avec ou sans autre composé, pour permettre un glissement limité et maîtrisé entre les fibres et la matrice. Lorsque des mèches à alignement sur un seul axe d'un CCFC sont groupées de manière dense, les revêtements anti-adhésifs sur les fibres adjacentes sont proches les uns des autres et peuvent se toucher. Comme le revêtement anti-adhésif est lui-même très faiblement collé aux fibres, les plans intralaminaires (dans lesquels les fibres se trouvent dans les couches) et les plans interlaminaires (entre des couches adjacentes) ont des résistances à la rupture relativement faibles (par exemple moins d'environ 20 MPa (3 000 psi). Du fait de leur structure stratifiée, les matériaux CCFC peuvent présenter des résistances à la traction et au cisaillement relativement faibles lorsqu'ils subissent des charges hors du plan, ce qui limite forcément l'utilisation des CCFC pour de nombreuses applications.  It is known that CCFCs exhibit "degradation" due to the hardening action of the reinforcing fibers. The ceramic matrix may crack under the effect of a first stress (for example about 20,000 psi) while the short-term break strength of the CCFCs may be much larger (eg about 280 MPa (40,000 psi)). This effect results mainly from the action of the reinforcing material which fills the crack and redistributes the load. To promote this filling effect, the reinforcing materials are usually coated with a release agent, usually boron nitride (BN) with or without other compound, to allow limited and controlled slip between the fibers and the matrix. When single-axis alignment bits of a CCFC are densely grouped, the release coatings on the adjacent fibers are close to one another and can touch each other. Since the release liner itself is very weakly bonded to the fibers, the intralaminar (in which the fibers are in the layers) and the interlaminar (between adjacent layers) planes have relatively low tensile strengths (eg less than about 20 MPa (3000 psi). Because of their stratified structure, CCFC materials may exhibit relatively low tensile and shear strengths when subjected to off-plane loads, which necessarily limits use of CCFCs for many applications.

Outre les matériaux CMC, les composites à matrice de polymère (CMP) à structure stratifiée peuvent également présenter des résistances interlaminaires relativement faibles. Les CMP diffèrent notablement des CMC par le fait qu'ils utilisent comme matière de matrice une résine polymère durcie. On connaît des procédés pour accroître les propriétés interlaminaires des CMP par l'apport de fibres ou baguettes de renforcement orientées dans la direction z. Si les éléments de renforcement sont sollicités aux abords de leur résistance à la rupture sous traction, l'effort est transmis sans fissuration interlaminaire du fait de la grande souplesse et de la grande plasticité de la matrice en résine ainsi que de la grande rigidité du renforcement. Des modèles mécaniques simples de matériaux CCFC à constructions stratifiées également renforcés par des fibres ou des baguettes dans la direction z ont prédit que si les éléments de renforcement sont sollicités jusqu'aux abords de leur résistance à la rupture sous traction, il suffit d'une petite fraction en volume (environ 5%) pour doubler la résistance interlaminaire des CCFC. Cependant, sous l'effet de cette sollicitation du renforcement, on a observé que des fissures interlaminaires se forment et se développent à mesure que la charge est transmise au renforcement par l'intermédiaire de la matrice de céramique rigide. En particulier dans des applications à haute température, les fissures dans la matrice ne sont pas acceptables car elles risquent de compromettre la résistance du composite aux conditions ambiantes.  In addition to CMC materials, laminated structure polymer matrix (CMP) composites can also have relatively low interlaminar strengths. CMPs differ significantly from CMCs in that they use a cured polymer resin as the matrix material. Methods are known for increasing the interlaminar properties of CMPs by providing reinforcing fibers or rods oriented in the z direction. If the reinforcing elements are stressed in the vicinity of their tensile strength, the force is transmitted without interlaminar cracking due to the high flexibility and plasticity of the resin matrix and the high stiffness of the reinforcement. . Simple mechanical models of CCFC materials with stratified constructions also reinforced with fibers or rods in the z-direction have predicted that if the reinforcing elements are stressed up to the point of tensile strength under tension, it is sufficient to small fraction by volume (about 5%) to double the interlaminar resistance of CCFCs. However, as a result of this stressing of the reinforcement, it has been observed that interlaminar cracks form and develop as the load is transmitted to the reinforcement through the rigid ceramic matrix. Especially in high temperature applications, cracks in the die are not acceptable as they may compromise the strength of the composite at ambient conditions.

Compte tenu des considérations ci-dessus, il serait souhaitable de disposer d'une technique pour améliorer la résistance laminaire, en particulier la résistance intralaminaire, des CMC, en particulier des CCFC, et donc d'accroître le nombre d'applications dans lesquelles des CMC peuvent être utilisés.  In view of the above considerations, it would be desirable to have a technique for improving the laminar strength, in particular the intralaminar strength, of CMCs, in particular CCFCs, and thus to increase the number of applications in which CMC can be used.

La présente invention propose un article en matériau composite à matrice de céramique (CMC) tel qu'une pièce de turbine à gaz, ainsi qu'un procédé de fabrication de l'article. L'invention vise en particulier un article en CMC qui comprend de multiples couches, chaque couche étant constituée par un premier matériau de renforcement dans une matrice en céramique, et le premier matériau de renforcement est revêtu d'un agent anti-adhésif qui favorise les glissements entre le premier matériau de renforcement et le matériau de la matrice de céramique. Les couches sont superposées de façon que les couches de chaque paire adjacente de couches définissent chacune une interface entre elles.  The present invention provides an article of ceramic matrix composite material (CMC) such as a gas turbine part, as well as a method of manufacturing the article. In particular, the invention is directed to a CMC article which comprises multiple layers, each layer consisting of a first reinforcing material in a ceramic matrix, and the first reinforcing material is coated with a release agent which promotes the sliding between the first reinforcing material and the material of the ceramic matrix. The layers are superimposed so that the layers of each adjacent pair of layers each define an interface between them.

Selon l'invention, l'article contient également un second matériau de renforcement qui relie physiquement les unes aux autres les couches de l'article en comblant les interfaces entre elles. Selon un aspect préféré de l'invention, une plus forte liaison existe entre le second matériau de renforcement et la matrice de céramique qu'entre le premier matériau de renforcement et la matrice de céramique, de telle sorte que la résistance mécanique, en particulier la résistance intracouche de l'article augmente sans empêcher l'aptitude du premier matériau de renforcement dans les couches à permettre un glissement limité et maîtrisé entre lui-même et la matrice en céramique. Ce résultat peut être obtenu avec un second matériau de renforcement dépourvu d'agent anti-adhésif qui favoriserait les glissements entre le second matériau de renforcement et la matrice en céramique des couches.  According to the invention, the article also contains a second reinforcing material which physically connects the layers of the article to one another by bridging the interfaces between them. According to a preferred aspect of the invention, a stronger bond exists between the second reinforcing material and the ceramic matrix than between the first reinforcing material and the ceramic matrix, so that the mechanical strength, in particular the Intra-layer resistance of the article increases without inhibiting the ability of the first reinforcing material in the layers to permit limited and controlled sliding between itself and the ceramic matrix. This result can be achieved with a second reinforcing material free of release agent which would promote sliding between the second reinforcing material and the ceramic matrix of the layers.

Dans un mode de réalisation, le premier matériau de renforcement est essentiellement constitué de mèches à alignement sur un seul axe, et l'article composite à matrice de céramique est un article composite en céramique à fibres continues.  In one embodiment, the first reinforcing material consists essentially of single-axis alignment bits, and the ceramic matrix composite article is a continuous fiber ceramic composite article.

Dans un autre mode de réalisation, le second matériau de renforcement comporte des éléments columnaires distincts insérés dans la paire adjacente de couches de façon à combler l'interface entre celles-ci.  In another embodiment, the second reinforcing material has discrete columnar elements inserted into the adjacent pair of layers so as to bridge the interface therebetween.

Dans encore un autre mode de réalisation, l'article comprend en outre des trous préformés dans la paire adjacente de couches et alignés d'un bord à l'autre de l'interface entre celles-ci, le second matériau de renforcement étant constitué par un matériau comprenant le matériau de matrice de céramique de façon que le second matériau de renforcement fasse corps avec le matériau de matrice de céramique.  In still another embodiment, the article further comprises preformed holes in the adjacent pair of layers and aligned from one edge to the other of the interface therebetween, the second reinforcing material being formed by a material comprising the ceramic matrix material such that the second reinforcing material is integral with the ceramic matrix material.

Le procédé de réalisation de l'article en CMC comprend globalement la formation d'une préforme composée de couches de préforme de façon que les couches des paires adjacentes de couches de la préforme définissent entre elles des interfaces. Selon une première forme de réalisation du procédé, le second matériau de renforcement est préformé sous la forme d'élément columnaires distincts, qui sont ensuite insérés dans deux (ou plus) couches de préforme de manière à combler les interfaces entre celles-ci. Selon une deuxième forme de réalisation du procédé, des trous sont préalablement ménagés dans deux (ou plus) couches de préforme, puis le second matériau de renforcement est formé in situ en remplissant les trous d'un matériau comportant le matériau formant la matrice de céramique, de façon que les différents éléments du second matériau de renforcement fassent corps avec le matériau de la matrice en céramique.  The method of producing the CMC article generally comprises forming a preform composed of preform layers so that the layers of the adjacent pairs of layers of the preform define between them interfaces. According to a first embodiment of the method, the second reinforcing material is preformed as separate columnar elements, which are then inserted into two (or more) preform layers so as to bridge the interfaces therebetween. According to a second embodiment of the method, holes are previously formed in two (or more) layers of preform, then the second reinforcing material is formed in situ by filling the holes with a material comprising the material forming the ceramic matrix so that the different elements of the second reinforcing material form part of the material of the ceramic matrix.

Avec la présente invention, la résistance laminaire d'un article en CMC, et en particulier d'articles en CCFC, peut être améliorée, en améliorant donc la résistance de ces articles à la fissuration du type décollement des couches, et par conséquent, en accroissant le nombre d'applications dans lesquelles des CMC peuvent être utilisés.  With the present invention, the laminar strength of a CMC article, and in particular of CCFC articles, can be improved, thereby improving the resistance of these articles to layer-like cracking, and therefore increasing the number of applications in which CMCs can be used.

D'autres objectifs et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement grâce à la description détaillée ci-après.  Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description hereinafter.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une représentation en coupe transversale d'un article en CCFC à structure stratifiée et avec un matériau de renforcement interstratifié distinct formé selon une première forme de réalisation de la présente invention; et les figures 2 et 3 sont des représentations en coupe transversale d'un article en CCFC à structure stratifiée et illustrent deux étapes par lesquelles des éléments interlaminaires d'un matériau de renforcement sont formés in situ selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention.  The invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a cross-sectional representation of a laminated structure CCFC article and a separate interstratified reinforcing material formed according to a first embodiment of the present invention; and Figures 2 and 3 are cross-sectional representations of a laminated structure CCFC article and illustrate two steps by which interlaminar elements of a reinforcing material are formed in situ according to a second embodiment of the present invention. .

La présente invention est globalement applicable aux pièces en CMC et en particulier aux pièces en CCFC devant fonctionner dans des environnements caractérisés par des températures relativement élevées. On peut citer comme exemples notables de telles pièces des pièces de chambres de combustion, des aubes de turbines haute pression et d'autres aubages et pièces de la section chaude de turbines à gaz, bien que l'invention puisse s'appliquer à d'autres pièces, dont des turbines à vapeur perfectionnées pour la production d'électricité. On peut citer comme exemples de matériaux CMC particulièrement concernés par l'invention ceux à matériaux de renforcement constitués de carbure de silicium, de nitrure de silicium et/ou de silicium dans une matrice en céramique constituée de carbure de silicium, de nitrure de silicium et/ou de silicium, par exemple un CMC à SiC/SiC, bien que l'invention s'applique également à d'autres types de matériaux CMC.  The present invention is generally applicable to CMC parts and in particular to CCFC parts to operate in environments characterized by relatively high temperatures. Notable examples of such parts are combustion chamber parts, high pressure turbine blades, and other blades and parts of the hot gas turbine section, although the invention can be applied to other parts, including advanced steam turbines for power generation. Examples of CMC materials particularly concerned by the invention include those with reinforcing materials consisting of silicon carbide, silicon nitride and / or silicon in a ceramic matrix consisting of silicon carbide, silicon nitride and or silicon, for example a SiC / SiC CMC, although the invention also applies to other types of CMC materials.

La Fig. 1 est une vue en coupe transversale d'une pièce 10 en CCFC à structure stratifiée comprenant de multiples couches 12, chacune contenant un matériau de renforcement 20 dans une matrice en céramique 22. Chaque paire de couches adjacentes 12 forment une interface interlaminaire 14. Le matériau de renforcement 20 se présente de préférence sous la forme d'un ensemble de faisceaux de fibres, ou mèches 20, comme représenté sur la Fig. 1. En tant que pièce 10 en CCFC, les mèches 20 sont de préférence orientées sur un axe unique dans chaque couche 12, c'est-à-dire qu'elles sont orientées côte à côte et parallèlement les unes aux autres, et que l'orientation des mèches 20 dans une couche donnée est transversale par rapport aux mèches 20 des couches immédiatement adjacentes 12. Les diamètres appropriés pour les mèches 20 dépendent de l'épaisseur des couches 12 et de l'application particulière. On estime que des entre-axes d'environ 1 mm (environ 0,040 pouce) des mèches conviennent pour des mèches 20 en SiC et servant à renforcer une matrice 22 de SiC dans des couches 12 dont l'épaisseur est d'environ 2,5 mm. (environ 0,1 pouce) à la suite de leur stratification et de leur durcissement.  Fig. 1 is a cross-sectional view of a laminated structure CCFC member 10 comprising multiple layers 12, each containing a reinforcing material 20 in a ceramic matrix 22. Each pair of adjacent layers 12 form an interlaminar interface 14. Reinforcing material 20 is preferably in the form of a set of fiber bundles, or wicks 20, as shown in FIG. 1. As a CCFC member 10, the wicks 20 are preferably oriented on a single axis in each layer 12, i.e. they are oriented side by side and parallel to each other, and that the orientation of the strands 20 in a given layer is transverse to the strands 20 of the immediately adjacent layers 12. The appropriate diameters for the strands 20 depend on the thickness of the layers 12 and the particular application. It is estimated that center-to-center distances of about 1 mm (about 0.040 inches) of the rovings are suitable for SiC wicks and serve to reinforce an SiC matrix 22 in layers 12 having a thickness of about 2.5. mm. (about 0.1 inches) as a result of their stratification and hardening.

Suivant une pratique antérieure, les mèches 20 sont de préférence revêtues d'un agent anti-adhésif (non représenté), par exemple du nitrure de bore (BN) ou du carbone, qui permet un glissement limité et maîtrisé entre les mèches 20 et le matériau de la matrice en céramique 22 au sein de chaque couche 12. Lorsque des fissures apparaissent dans la pièce 10, une ou plusieurs mèches 20 comblant la fissure servent à redistribuer la charge entre les mèches adjacentes 20 et des régions du matériau de matrice 22, ce qui empêche ou au moins ralentit la poursuite de la propagation de la fissure.  According to previous practice, the locks 20 are preferably coated with a release agent (not shown), for example boron nitride (BN) or carbon, which allows a limited and controlled sliding between the locks 20 and the ceramic matrix material 22 within each layer 12. When cracks appear in the workpiece 10, one or more wicks 20 filling the crack serve to redistribute the load between the adjacent wicks 20 and regions of the matrix material 22, which prevents or at least slows further crack propagation.

Lors de la fabrication de la pièce stratifiée 10, un nombre voulu de rubans de préimprégnés de stratifié sont superposés pour former une préforme (non représentée) de la pièce. Avant la superposition, chaque ruban est ordinairement formé en imprégnant une architecture de renforcement (formée par les mèches 20) avec un précurseur en matériau de matrice voulu 22, suivant des techniques connues. Par exemple, un ruban de préimprégné peut être formé en une seule opération en appliquant le précurseur pendant l'enroulement d'un filament sur une bobine. Divers précurseurs sont connus à cette fin, et les compositions préférées dépendront de la composition particulière souhaitée pour la matrice de céramique 22 de la pièce 10. A la suite de l'imprégnation, on laisse partiellement sécher le précurseur. Après la superposition, les rubans stratifiés sont globalement individualisés et durcis tout en étant soumis à l'application d'une pression et d'une forte température, par exemple comme dans un autoclave. De préférence, la préforme réalisée subit une infiltration supplémentaire, par exemple avec du silicium en fusion fourni de l'extérieur, de manière à réduire la porosité et à transformer le précurseur de céramique en formant de ce fait la matrice de céramique 22 et en aboutissant à la pièce en CMC voulue 10. Les techniques et les paramètres de traitement appropriés dépendent de la composition particulière des matériaux et ne seront pas abordés ici.  In making the laminate piece 10, a desired number of laminate prepreg strips are superimposed to form a preform (not shown) of the workpiece. Prior to superimposition, each ribbon is ordinarily formed by impregnating a reinforcing architecture (formed by the wicks 20) with a precursor of desired die material 22, according to known techniques. For example, a prepreg ribbon can be formed in a single operation by applying the precursor during the winding of a filament on a spool. Various precursors are known for this purpose, and the preferred compositions will depend on the particular composition desired for the ceramic matrix 22 of the workpiece 10. Following the impregnation, the precursor is allowed to partially dry. After the superposition, the laminated tapes are generally individualized and hardened while being subjected to the application of a pressure and a high temperature, for example as in an autoclave. Preferably, the formed preform undergoes additional infiltration, for example with molten silicon supplied from the outside, so as to reduce the porosity and transform the ceramic precursor thereby forming the ceramic matrix 22 and resulting in to the desired CMC part 10. The appropriate processing techniques and parameters depend on the particular composition of the materials and will not be discussed here.

Selon une première forme de réalisation de la présente invention, la Fig. 1 représente également un certain nombre d'éléments interlaminaires individuels d'un matériau de renforcement 16 dans des trous 18 traversant entièrement les couches 12 de la pièce 10. Le matériau de renforcement 16 peut se présenter sous la forme de mèches, de grosses fibres monolithiques ou de baguettes préfabriquées en matériau CMC ou CCFC. Les matériaux qui conviennent pour le matériau de renforcement 16 comprennent les mêmes matériaux que ceux qui conviennent pour le renforcement (mèches 20) des couches stratifiées 12, par exemple des fibres de carbure de silicium, de nitrure de silicium ou de silicium, en raison de leur compatibilité thermique, bien qu'il soit envisageable que d'autres matériaux puissent être utilisés à condition que le matériau choisi soit chimiquement approprié pour l'environnement de fonctionnement de la pièce 10 et compatible avec le matériau de la matrice des couches stratifiées 12. Le matériau de renforcement 16 est représenté orienté sensiblement perpendiculairement aux surfaces des couches 12 et aux interfaces interlaminaires 14 présentes entre celles-ci, c'est-à-dire orienté dans la direction z de la pièce 10, bien que d'autres orientations soient envisageables.  According to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 also represents a number of individual interlaminar elements of a reinforcing material 16 in holes 18 completely through the layers 12 of the part 10. The reinforcing material 16 may be in the form of wicks, large monolithic fibers or prefabricated chopsticks made of CMC or CCFC material. Suitable materials for the reinforcing material 16 include the same materials as are suitable for reinforcing (strands 20) laminate layers 12, for example silicon carbide, silicon nitride or silicon fibers, due to their thermal compatibility, although it is conceivable that other materials can be used provided that the chosen material is chemically appropriate for the operating environment of the part 10 and compatible with the matrix material of the laminated layers 12. The reinforcing material 16 is shown oriented substantially perpendicularly to the surfaces of the layers 12 and the interlaminar interfaces 14 present therebetween, that is to say oriented in the z direction of the part 10, although other orientations are conceivable.

A la différence des mèches 20 dans les couches 12, qui sont revêtues d'un agent anti-adhésif pour permettre un glissement limité et maîtrisé entre les mèches 20 et la matrice de céramique 22 qui les entoure, une forte liaison est souhaitable entre le matériau de renforcement 16 et le matériau de matrice 22 des couches 12 afin d'accroître la résistance mécanique hors du plan, en particulier la résistance intralaminaire, de la pièce 10. C'est pourquoi le matériau de renforcement 16 est de préférence exempt de tout agent anti-adhésif. Plus généralement, il est souhaitable que la liaison entre le matériau de renforcement 16 et le matériau de matrice en céramique 22 soit plus forte que la liaison entre les mèches de renforcement 20 au sein des couches 12 et du matériau de matrice en céramique 22, ce qui accroît donc la résistance laminaire, et en particulier la résistance intralaminaire, de la pièce 10 sans amoindrir l'aptitude des mèches 20 présentes dans les couches stratifiées 12 à empêcher la propagation d'une fissure à travers le matériau de matrice en céramique 22. En outre, il est souhaitable que le matériau de renforcement 16 ait un module d'élasticité plus grand que le module interlaminaire effectif pour faciliter un transfert rapide de charge.  Unlike wicks 20 in layers 12, which are coated with a release agent to allow limited and controlled slip between the wicks 20 and the surrounding ceramic matrix 22, a strong bond is desirable between the material 16 and the matrix material 22 of the layers 12 in order to increase the out-of-plane mechanical resistance, in particular the intralaminar resistance, of the part 10. This is why the reinforcing material 16 is preferably free from any agent anti adhesive. More generally, it is desirable for the bond between the reinforcing material 16 and the ceramic matrix material 22 to be stronger than the bonding between the reinforcing strands 20 within the layers 12 and the ceramic matrix material 22. which therefore increases the laminar strength, and in particular the intralaminar strength, of the workpiece 10 without impairing the ability of the wicks 20 in the laminate layers 12 to prevent the propagation of a crack through the ceramic matrix material 22. In addition, it is desirable for the reinforcing material 16 to have a modulus of elasticity greater than the effective interlaminar modulus to facilitate fast charge transfer.

Avec les matériaux CMC, il peut être préférable de former, plutôt que d'usiner, un trou traversant car des opérations d'usinage risquent d'endommager les mèches 20. Selon leur structure, les éléments constitués par le matériau de renforcement 16 de la Fig. 1 peuvent être introduits en poussant ceux-ci dans la préforme de la pièce à l'état cru. Selon une autre possibilité, les trous 18 peuvent être formés à l'aide d'un mandrin à pointes ou autre outil approprié pour déplacer les mèches 20 dans les plans des couches 12. Ensuite, en l'absence d'agent anti-adhésif, le matériau de renforcement 16 peut se trouver étroitement lié au matériau de la matrice de céramique 22 de chaque couche 12 pendant les étapes ultérieures d'infiltration et de cuisson. A la suite de la cuisson, il est possible de retirer toute partie du matériau 16 dépassant de la pièce 10.  With CMC materials, it may be preferable to form, rather than machining, a through hole because machining operations may damage the wicks 20. According to their structure, the elements constituted by the reinforcing material 16 of the Fig. 1 can be introduced by pushing them into the preform of the piece in the green state. Alternatively, the holes 18 may be formed using a tipped mandrel or other suitable tool for moving the wicks 20 in the planes of the layers 12. Then, in the absence of a release agent, the reinforcing material 16 may be closely bonded to the material of the ceramic matrix 22 of each layer 12 during subsequent infiltration and cooking steps. After cooking, it is possible to remove any part of the material 16 protruding from the part 10.

Bien qu'elle soit représentée comme ayant une forme plane, la pièce 10 pourrait être formée en enroulant un filament (par exemple une mèche) imprégné de précurseur sur un mandrin cylindrique. Après séchage et durcissement partiels, le matériau de renforcement 16 pourrait être inséré dans la préforme de forme annulaire réalisée, par exemple avec une orientation radiale par rapport à la préforme. Par conséquent, cette utilisation du matériau de renforcement 16 est également couverte par la présente invention.  Although shown as having a planar shape, the workpiece 10 could be formed by winding a precursor impregnated filament (eg wick) onto a cylindrical mandrel. After partial drying and curing, the reinforcing material 16 could be inserted into the annular shaped preform made, for example with a radial orientation relative to the preform. Therefore, this use of the reinforcing material 16 is also covered by the present invention.

Les figures 2 et 3 représentent une deuxième forme de réalisation de l'invention dans laquelle des trous 118 sont formés en retirant de la matière (par perçage, poinçonnage, etc.) d'une préforme de pièce crue 130 (Fig. 2), laquelle, par cuisson, forme une pièce 110 en CCFC (Fig. 3). Comme dans le cas de la forme de réalisation selon la Fig. 1, la pièce 10 et sa préforme 130 ont une structure stratifiée comprenant de multiples couches 112 et rubans 132 stratifiés, des paires adjacentes respectives de couches 112 et de rubans 132 définissant des interfaces interlaminaires 114. Chaque ruban 132 de la préforme est représenté comme contenant un matériau de renforcement 120 dans un matériau précurseur en céramique 134 qui, par cuisson, forme le matériau de matrice en céramique 122 de la pièce 110. Comme dans le cas de la forme de réalisation selon la Fig. 1, le matériau de renforcement 120 est représenté sous la forme de mèches 120 à axe unique, revêtues d'un agent antiadhésif (non représenté) pour permettre un glissement limité et maîtrisé avec le matériau de matrice 122.  Figures 2 and 3 show a second embodiment of the invention in which holes 118 are formed by removing material (by drilling, punching, etc.) from a green part preform 130 (Figure 2), which, by cooking, forms a piece 110 in CCFC (Figure 3). As in the case of the embodiment according to FIG. 1, the workpiece 10 and its preform 130 have a laminated structure comprising multiple layers 112 and laminated ribbons 132, respective adjacent pairs of layers 112 and ribbons 132 defining interlaminar interfaces 114. Each ribbon 132 of the preform is shown as containing a reinforcing material 120 in a ceramic precursor material 134 which, by firing, forms the ceramic matrix material 122 of the workpiece 110. As in the case of the embodiment according to FIG. 1, the reinforcing material 120 is shown as single-axis wicks 120, coated with a release agent (not shown) to allow limited and controlled slip with the matrix material 122.

Les rubans 132 de la préforme 130 sont superposés et traités comme décrit plus haut en référence à la Fig. 1, mais sans l'introduction du matériau de renforcement distinct 16. En revanche, les trous 118 sont de préférence formés dans les rubans individuels 132 de la préforme, après quoi les rubans 132 sont superposés et consolidés pour former la préforme 130. Dans la préforme 130 est ensuite infiltré du silicium ou un autre matériau approprié de façon que les trous 118 de la préforme 130 viennent à être remplis de l'agent d'infiltration et du matériau précurseur 134 provenant des régions environnantes des rubans 132 de la préforme. Pour accroître la résistance mécanique, un matériau précurseur supplémentaire 134 peut être directement introduit dans les trous 118, après quoi la préforme 130 est mise en phase B, consolidée et cuite. Pendant la cuisson, le matériau précurseur 134 et l'agent infiltré dans les trous 118 forment un matériau de renforcement interlaminaire 116 qui fait sensiblement corps avec le matériau de matrice de céramique 122 de la pièce 10, et de ce fait relie mécaniquement les unes aux autres les couches 112 de la pièce 110 pour accroître la résistance laminaire et en particulier la résistance intralaminaire à la traction de la pièce 10. Pour obtenir une augmentation de 100 % de la résistance intralaminaire/interlaminaire à la traction, on estime que les trous 118 doivent constituer au moins environ 10 % de la superficie de l'interface interlaminaire 114.  The tapes 132 of the preform 130 are superposed and processed as described above with reference to FIG. 1, but without the introduction of the distinct reinforcing material 16. On the other hand, the holes 118 are preferably formed in the individual ribbons 132 of the preform, after which the ribbons 132 are superimposed and consolidated to form the preform 130. preform 130 is then infiltrated with silicon or other suitable material so that the holes 118 of the preform 130 are filled with the infiltrating agent and the precursor material 134 from the surrounding regions of the ribbons 132 of the preform. To increase the mechanical strength, an additional precursor material 134 may be directly introduced into the holes 118, after which the preform 130 is put into phase B, consolidated and fired. During firing, the precursor material 134 and the infiltrated agent in the holes 118 form an interlaminar reinforcing material 116 which is substantially integral with the ceramic matrix material 122 of the workpiece 10, and thereby mechanically connects one to the other. other layers 112 of the workpiece 110 to increase the laminar strength and in particular the tensile intralaminar strength of the workpiece 10. To obtain a 100% increase in intralaminar / interlaminar tensile strength, it is estimated that the holes 118 must constitute at least approximately 10% of the area of the interlaminar interface 114.

Dans une variante de la forme de réalisation selon les figures 2 et 3, les trous 118 sont formés après stratification et consolidation de la préforme 130. Les trous 118 peuvent être ménagés à travers l'épaisseur de la préforme 130 (ou jusqu'à une certaine profondeur intermédiaire) par perçage, par exemple par perçage mécanique ou laser, ou par une technique de formage de matière fugitive. Un matériau précurseur 134 est ensuite directement déposé dans les trous 118, après quoi une consolidation, une infiltration et une cuisson sont réalisées pour former in situ le matériau de renforcement interlaminaire 116, lequel fait à nouveau sensiblement corps avec le matériau de matrice de céramique 122.  In a variant of the embodiment according to Figures 2 and 3, the holes 118 are formed after lamination and consolidation of the preform 130. The holes 118 may be formed through the thickness of the preform 130 (or up to some intermediate depth) by drilling, for example by mechanical or laser drilling, or by a fugitive material forming technique. A precursor material 134 is then directly deposited in the holes 118, after which consolidation, infiltration and firing are performed to form in situ the interlaminar reinforcing material 116, which again substantially forms a body with the ceramic matrix material 122. .

L'invention peut être étendue à des CMC dont le matériau de renforcement comporte une architecture tridimensionnelle tissée ou tressée. Dans une telle forme de réalisation, le matériau de renforcement (par exemple des fibres, des baguettes) orienté dans les directions principales (de support de charge) de l'architecture est revêtu d'un agent anti-adhésif, tandis que le matériau de renforcement introduit dans l'architecture de renforcement de manière à être perpendiculaire aux directions principales (c'est-à-dire dans la direction z) est exempt d'agent anti-adhésif pour assurer le renforcement intralaminaire et interlaminaire.  The invention can be extended to CMCs whose reinforcing material comprises a three-dimensional woven or braided architecture. In such an embodiment, the reinforcing material (e.g., fibers, rods) oriented in the main (load bearing) directions of the architecture is coated with a release agent, while reinforcement introduced into the reinforcement architecture so as to be perpendicular to the principal directions (i.e. in the z direction) is free of release agent to provide intralaminar and interlaminar reinforcement.

Bien qu'elle soit présentée ci-dessus sous l'angle du traitement d'un préimprégné, l'invention peut également être étendue à des composites de céramique à renforcement par fibres réalisés à l'aide d'autres procédés, dont des techniques d'infiltration en phase vapeur par voie chimique (IVC) et de coulée de suspensions. Par exemple, une préforme constituée par des tissus de fibres superposées peut être revêtue d'un agent anti-adhésif puis de carbure de silicium à l'aide d'une technique d'IVC pour réaliser l'équivalent d'un second revêtement de préimprégné. Les trous peuvent être formés dans des directions appropriées à travers la préforme après l'application de l'agent anti-adhésif ou du carbure de silicium, éventuellement suivie de l'insertion d'un matériau de renforcement (par exemple 16 sur la Fig. 1). La préforme peut ensuite être infiltrée sous vide à l'aide d'un agent anti-adhésif approprié (par exemple SiC/C) semblable à celui utilisé pour former les rubans de préimprégné, après quoi un séchage et une infiltration par un agent en fusion sont réalisés. Dans un procédé hybride qui combine des aspects des techniques à préimprégné et à coulée de suspension, des mèches sont revêtues comme lors de la formation d'un préimprégné, puis sont tissées pour former un tissu. Le tissu peut alors être imprégné d'un matériau de matrice, d'une manière similaire à la coulée de suspension, à la suite de quoi une infiltration par un agent en fusion est réalisée. Les renforcements peuvent être insérés après la mise en forme de la pièce. Dans tous les cas, les trous et renforcements pourraient être insérés après infiltration par un agent en fusion, ce qui nécessite une autre opération de fusion.  Although presented above from the standpoint of treating a prepreg, the invention can also be extended to fiber reinforced ceramic composites made by other methods, including chemical vapor infiltration (CVI) and slurry casting. For example, a preform consisting of superimposed fiber fabrics can be coated with a release agent and then silicon carbide using an IVC technique to achieve the equivalent of a second prepreg coating. . The holes may be formed in appropriate directions through the preform after application of the release agent or silicon carbide, optionally followed by the insertion of a reinforcing material (e.g., in FIG. 1). The preform can then be infiltrated under vacuum using a suitable release agent (eg SiC / C) similar to that used to form the prepreg ribbons, after which drying and infiltration by a molten agent are realized. In a hybrid process that combines aspects of the prepreg and suspension casting techniques, locks are coated as in the formation of a prepreg and then woven to form a fabric. The fabric can then be impregnated with a matrix material, in a similar manner to the suspension casting, after which infiltration by a melt agent is achieved. Reinforcements can be inserted after forming the part. In all cases, the holes and reinforcements could be inserted after infiltration by a molten agent, which requires another melting operation.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Article composite (10,110) à matrice de céramique, caractérisé en ce qu'il comprend: de multiples couches (12, 112), chaque couche (12, 112) comprenant un premier matériau de renforcement (20, 120) dans un matériau de matrice de céramique (22, 122), le premier matériau de renforcement (20, 120) étant revêtu d'un agent anti-adhésif qui favorise les glissements entre le premier matériau de renforcement (20, 120) et le matériau de matrice de céramique (22, 122), des paires adjacentes des couches (12, 112) définissant entre elles des interfaces (14, 114) ; et un second matériau de renforcement (16, 116) reliant physiquement les unes aux autres au moins l'une des paires adjacentes des couches (12, 112) , une liaison plus forte existant entre le second matériau de renforcement (16, 116) et le matériau de matrice de céramique (22, 122) de la paire adjacente de couches (12, 112) qu'entre le premier matériau de renforcement (20, 120) et le matériau de matrice de céramique (22, 122) de la paire adjacente de couches (12, 112).  A ceramic matrix composite article (10, 110), characterized in that it comprises: multiple layers (12, 112), each layer (12, 112) comprising a first reinforcing material (20, 120) in a material of the ceramic matrix (22, 122), the first reinforcing material (20, 120) being coated with a release agent which promotes sliding between the first reinforcing material (20, 120) and the matrix material ceramic (22, 122), adjacent pairs of layers (12, 112) defining between them interfaces (14, 114); and a second reinforcing material (16, 116) physically connecting to each other at least one of the adjacent pairs of the layers (12, 112), a stronger bond existing between the second reinforcing material (16, 116) and the ceramic matrix material (22, 122) of the adjacent pair of layers (12, 112) between the first reinforcing material (20, 120) and the ceramic matrix material (22, 122) of the pair adjacent layer (12, 112). 2. Article composite (10, 110) à matrice de céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier matériau de renforcement (20, 120) est essentiellement constitué de mèches à alignement sur un seul axe, et l'article composite (10, 110) à matrice de céramique est un article composite en céramique à fibres continues.  Ceramic matrix composite article (10, 110) according to claim 1, characterized in that the first reinforcing material (20, 120) essentially consists of single-axis alignment locks, and the composite article ( 10, 110) is a continuous fiber ceramic composite article. 3. Article composite (10, 110) à matrice de céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second matériau de renforcement (16, 116) est exempt d'agent anti-adhésif qui favoriserait les glissements entre le second matériau de renforcement (16, 116) et le matériau de matrice de céramique (22, 122) de la paire adjacente de couches (12, 112).  Ceramic matrix composite article (10, 110) according to claim 1, characterized in that the second reinforcing material (16, 116) is free of release agent which promotes sliding between the second reinforcing material (16,116) and the ceramic matrix material (22,122) of the adjacent pair of layers (12,112). 4. Article composite (10, 110) à matrice de céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second matériau de renforcement (16) comporte des éléments columnaires distincts insérés dans la paire adjacente de couches (12) de façon à combler l'interface (14) entre celles-ci.  A ceramic matrix composite article (10, 110) according to claim 1, characterized in that the second reinforcing material (16) comprises discrete columnar elements inserted into the adjacent pair of layers (12) so as to bridge the gap. interface (14) therebetween. 5. Article composite (10, 110) à matrice de céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des trous préformés (18) dans la paire adjacente de couches (112) et alignés d'un bord à l'autre de l'interface (14, 114) entre celles-ci, le second matériau de renforcement (116) étant constitué par un matériau comprenant le matériau de matrice de céramique (122) de façon que le second matériau de renforcement (116) fasse corps avec le matériau de matrice de céramique (122).  A ceramic matrix composite article (10, 110) according to claim 1, characterized in that it further comprises preformed holes (18) in the adjacent pair of layers (112) and aligned from one edge to the other. other of the interface (14, 114) therebetween, the second reinforcing material (116) being made of a material comprising the ceramic matrix material (122) so that the second reinforcing material (116) is integral with the ceramic matrix material (122). 6. Procédé de formation d'un article composite (10, 110) à matrice de céramique, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : former une préforme comprenant de multiples couches (132) de préforme entre des couches adjacentes de paires de couches (132) de préforme, chaque couche (132) de préforme comportant un premier matériau de renforcement (20, 120) revêtu d'un agent anti-adhésif et entouré par un matériau précurseur (134) de matrice de céramique, la préforme comportant un second matériau de renforcement (16, 116) qui relie physiquement les unes aux autres les couches de paires adjacentes des couches de préforme (12, 112) ; et cuire les couches (132) de préforme pour convertir le matériau précurseur (134) de matrice de céramique en un matériau de matrice de céramique (22, 122) et aboutit donc à un composite de matrice de céramique comportant de multiples couches (12, 112), l'agent anti-adhésif favorisant les glissements entre le premier matériau de renforcement (20, 120) et le matériau de matrice de céramique (22, 122) , de telle sorte qu'une liaison plus puissante existe entre le second matériau de renforcement (16, 116) et le matériau de matrice céramique (22, 122) qu'entre le premier matériau de renforcement (20, 120) et le matériau de matrice de céramique (22, 122).  A method of forming a ceramic matrix composite article (10, 110), the method characterized by comprising the steps of: forming a preform comprising multiple layers (132) of preform between layers adjacent pairs of preform layers (132), each preform layer (132) having a first reinforcing material (20, 120) coated with a release agent and surrounded by a ceramic matrix precursor material (134) the preform comprising a second reinforcing material (16, 116) which physically connects the layers of adjacent pairs of the preform layers (12, 112) to each other; and baking the preform layers (132) to convert the ceramic matrix precursor material (134) into a ceramic matrix material (22, 122) and thereby result in a multi-layered ceramic matrix composite (12, 112), the slip-preventing release agent between the first reinforcing material (20, 120) and the ceramic matrix material (22, 122), so that a stronger bond exists between the second material reinforcement (16, 116) and the ceramic matrix material (22, 122) only between the first reinforcing material (20, 120) and the ceramic matrix material (22, 122). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de formation consiste à former le second matériau de renforcement (16, 116) pour qu'il soit exempt d'un agent anti-adhésif qui favoriserait les glissements entre le second matériau de renforcement (16, 116) et le matériau de matrice de céramique (22, 122) des couches (12, 112).  7. The method of claim 6, characterized in that the forming step comprises forming the second reinforcing material (16, 116) so that it is free of a release agent which would promote slippage between the second reinforcing material (16,116) and the ceramic matrix material (22,122) of the layers (12,112). 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à former le second matériau de renforcement (16) sous la forme d'éléments columnaires distincts (16), puis à insérer les éléments columnaires distincts (16) dans les couches de préforme (132) afin de combler les interfaces (14) entre celles-ci.  Method according to claim 6, characterized in that it further comprises the steps of forming the second reinforcing material (16) as separate columnar elements (16), and then inserting the separate columnar elements (16). 16) in the preform layers (132) to fill the interfaces (14) therebetween. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à former des trous (118) dans les couches de préforme (112), puis à former le second matériau de renforcement (116) in situ en remplissant les trous (118) à l'aide d'un matériau comportant le matériau précurseur (134) de matrice de céramique de façon que le second matériau de renforcement (16) fasse corps avec le matériau de matrice de céramique (122) après l'étape de cuisson.  The method of claim 6, characterized in that it further comprises the steps of forming holes (118) in the preform layers (112), and then forming the second reinforcing material (116) in situ in filling the holes (118) with a material comprising the ceramic matrix precursor material (134) so that the second reinforcing material (16) is integral with the ceramic matrix material (122) after the baking step. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la préforme est réalisée par un procédé de préimprégnation, un procédé de coulée de suspension ou par une combinaison de ceux-ci.  10. Method according to claim 6, characterized in that the preform is made by a prepreg process, a suspension casting process or a combination thereof.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2535182A1 (en) * 2011-06-16 2012-12-19 General Electric Company Method for manufacturing a composite surface
EP3163024A1 (en) * 2015-10-29 2017-05-03 General Electric Company Ceramic matrix composite component and process of producing a ceramic matrix composite component
US20180002238A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 General Electric Company Ceramic matrix composite articles having different localized properties and methods for forming same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2909297B1 (en) * 2006-11-30 2010-03-05 Snecma METHOD FOR LASER DRILLING OF A PIECE OF COMPOSITE MATERIAL WITH CERAMIC MATRIX, HOLE OBTAINED BY THIS PROCESS, PIECE OF COMPOSITE MATERIAL WITH CERAMIC MATRIX COMPRISING IT, TURBOREACTOR COMPRISING SUCH A PIECE
DE102009036018A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-17 Siemens Aktiengesellschaft Thermoplastic final stage blade
KR101281185B1 (en) 2010-05-26 2013-07-02 한국기계연구원 A method for manufacturing preform for composites having discontinuous reinforcements
KR101727470B1 (en) 2015-11-13 2017-04-17 경상대학교산학협력단 Composite stitching structure reinforced by z-directional fiber
JP6824839B2 (en) 2017-07-11 2021-02-03 三菱重工業株式会社 Ceramic group composite material repair method and ceramic group composite member

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452199A1 (en) * 1990-04-09 1991-10-16 Societe Europeenne De Propulsion Method of strengthening preforms for the fabrication of heat resistant composite material parts, in particular parts in the shape of sails or panels
US5436042A (en) * 1994-03-11 1995-07-25 The Carborundum Company Ceramic fiber-reinforced composite articles and their production

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452199A1 (en) * 1990-04-09 1991-10-16 Societe Europeenne De Propulsion Method of strengthening preforms for the fabrication of heat resistant composite material parts, in particular parts in the shape of sails or panels
US5436042A (en) * 1994-03-11 1995-07-25 The Carborundum Company Ceramic fiber-reinforced composite articles and their production

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2535182A1 (en) * 2011-06-16 2012-12-19 General Electric Company Method for manufacturing a composite surface
EP3163024A1 (en) * 2015-10-29 2017-05-03 General Electric Company Ceramic matrix composite component and process of producing a ceramic matrix composite component
CN107034444A (en) * 2015-10-29 2017-08-11 通用电气公司 The technique of ceramic matrix composite component and manufacture ceramic matrix composite component
US10260358B2 (en) 2015-10-29 2019-04-16 General Electric Company Ceramic matrix composite component and process of producing a ceramic matrix composite component
US20180002238A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 General Electric Company Ceramic matrix composite articles having different localized properties and methods for forming same
US11383494B2 (en) * 2016-07-01 2022-07-12 General Electric Company Ceramic matrix composite articles having different localized properties and methods for forming same
US11890836B2 (en) 2016-07-01 2024-02-06 General Electric Company Ceramic matrix composite articles having different localized properties and methods for forming same

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