FR2967471A1

FR2967471A1 - Article composite.

Info

Publication number: FR2967471A1
Application number: FR1160491A
Authority: FR
Inventors: David Johnson; Toby Hutton
Original assignee: Meggitt Aerospace Ltd
Current assignee: Meggitt Aerospace Ltd
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-05-18
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: GB201119883D0; GB2485673B; GB2485673A; US20120118685A1; FR2967471B1

Abstract

Un disque de frein (11, 21) comprenant une couche d'âme et une couche d'usure, la couche d'âme ayant une face et une périphérie externe, la couche d'usure étant attachée à la face, dans lequel la couche d'âme comprend un premier matériau C-C ou carbure réfractaire et une pluralité de régions distinctes d'un second matériau, le second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que la capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique du premier matériau.

Description

ARTICLE COMPOSITE

La présente invention concerne un article composite qui présente une faible usure et qui a une haute capacité calorifique. En particulier, bien que non exclusivement, l'invention concerne un disque de friction en carbone à utiliser, par exemple dans un frein d'aéronef.

Pour des raisons d'opportunité économique, les programmes actuels d'aéronefs sont de plus en plus motivés par la nécessité de réduire le poids. Ces réductions de poids permettent une augmentation des charges utiles à emporter et/ou une réduction du carburant requis pour faire voler l'aéronef, deux considérations importantes en ces temps de diminution ou de compression des marges et de plus grande sensibilisation à la protection de l'environnement. Les disques de frein en composite carbone-carbone (C-C) sont devenus le matériau de choix pour des systèmes de frein multidisques d'aéronef où leur coût relativement élevé est justifié par leur poids relativement inférieur en comparaison à l'alternative métallique. La haute chaleur spécifique du carbone permet l'absorption de grandes quantités d'énergie par une faible masse de garniture de surchauffe des freins pendant le freinage. Toutefois, lorsqu'elle est mesurée volumétriquement, la capacité calorifique du carbone est inférieure à celle de l'acier et des éléments métalliques des disques de frein classiques, ce qui signifie que les dissipateurs de chaleur en carbone doivent être plus grands que les dissipateurs de chaleur en acier équivalents afin d'avoir le même rendement. Cela signifie que les composants associés au dissipateur de chaleur, par exemple les tubes de couple et les éléments de montage, doivent également être plus grands, augmentant de ce fait le poids de ces composants dans un dissipateur de chaleur en carbone en comparaison à un dissipateur de chaleur en acier. Les premiers développements des disques de frein C-C ont montré que certains matériaux ayant de faibles propriétés d'usure ne possédaient pas la résistance structurelle nécessaire pour le transfert de couple dans le frein. Une solution à ce problème est proposée dans les documents US 3 712 427 et US 3 956 548, où des faces d'usure à faible usure à base de carbone étaient attachées par des moyens mécaniques ou par collage à un matériau d'âme à base de carbone. Le coût élevé du C-C suite à son introduction en tant que matériau de friction de frein pour aéronef a induit le souhait de pouvoir remettre à neuf et réutiliser les disques sans avoir besoin d'un remplacement complet. Les documents US 3 800 392 et US 5 558 186 proposent des systèmes où les faces d'usure pourraient être enlevées d'un disque support à la fin de leur durée de service et être remplacées par un matériau vierge. Le document US 4 982 818 divulgue un système dans lequel l'âme d'un disque usé est partagée en deux et on fait adhérer chaque moitié à une âme vierge pour reformer un nouveau disque de friction. La masse de garniture de surchauffe des freins minimale, qui est la masse de rejet à laquelle la garniture de surchauffe des freins doit être retirée du service (masse de rejet du frein) est fréquemment déterminée par l'énergie à absorber par l'événement de freinage le plus exigeant, la situation interdisant le décollage (RTO pour « Reject-Take-Off »). La masse requise d'une nouvelle garniture de surchauffe est déterminée en calculant la masse de rejet requise plus une tolérance pour le matériau d'usure qui est fonction du taux d'usure par arrêt et du nombre d'arrêts que le frein a besoin d'assurer pendant sa durée de service. Dans le passé, les disques de frein en C-C ont été infiltrés avec du silicium fondu et traités thermiquement pour faire réagir au moins une partie du silicium avec le carbone de la matrice pour former du carbure de silicium qui améliore les propriétés de friction du disque ainsi formé. Ces matériaux sont connus pour avoir une masse volumique plus élevée que le C-C du disque de « base », la masse volumique du matériau à base de silicium étant typiquement dans la plage de 1,9 à 2,2 g/cm-3. Toutefois, le taux d'usure de tels disques de frein à base de silicium est typiquement significativement plus élevé que celui d'un disque en C-C correspondant, nécessitant ainsi une garniture de surchauffe plus longue de masse volumique plus élevée, augmentant de ce fait le poids global de la roue et du frein.

Un objectif de la présente invention consiste à proposer un article composite qui présente une capacité améliorée d'absorption de l'énergie et/ou un faible taux d'usure en utilisation une fois en prise par friction avec un autre article composite de l'invention ou un autre article.

Un objectif particulier, mais non exclusif, de l'invention consiste à proposer un article composite qui est approprié pour une utilisation en tant que disque de friction dans un frein d'aéronef, le disque ayant une capacité améliorée d'absorption de l'énergie et/ou un faible taux d'usure pour minimiser le poids d'une garniture de surchauffe et/ou pour réduire la longueur de la garniture de surchauffe ainsi formée. Il est postulé qu'en réduisant la longueur de la garniture de surchauffe, la longueur d'un châssis de frein environnant et d'autres composants de roue sera réduite, réduisant le poids de l'aéronef de façon concomitante. Dans un premier aspect, l'invention propose un article composite (par exemple un disque de frein), par exemple à utiliser dans une garniture de surchauffe de frein pour aéronef, l'article comprenant une couche d'âme et une couche d'usure, où la couche d'âme comprend un premier matériau C-C ou carbure réfractaire et au moins une (par exemple une pluralité de) région(s) distincte(s) d'un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que la capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique du premier matériau. La couche d'usure peut être formée solidairement avec l'âme ou peut lui être jointe en tant qu'élément entier séparé. Par exemple, la couche d'âme peut avoir une portion de face à laquelle la couche d'usure est attachée, par exemple par des moyens mécaniques (rivets, pièces de fixation etc.) et/ou par des moyens chimiques (pax exemple pendant le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), une imprégnation ou d'autres procédés). De préférence, la ou les régions du second matériau sont toutes positionnées vers l'intérieur d'une périphérie externe de l'article.

Un deuxième aspect de l'invention propose un disque ventilé, le disque comprenant une âme sensiblement annulaire ayant des première et seconde grandes faces, une périphérie interne et une périphérie externe, au moins une ouverture ou passage s'étendant radialement depuis la périphérie externe vers la périphérie interne pour former un passage d'écoulement, l'âme étant fabriquée, au moins en partie, à partir d'un matériau C-C ou à partir d'un matériau carbure réfractaire, le au moins un passage étant au moins partiellement doublé avec un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que la capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique du premier matériau.

L'ouverture ou chaque ouverture ou passage peut s'étendre vers la périphérie interne. En variante, l'ouverture ou chaque ouverture ou passage peut s'étendre uniquement en partie en direction de la périphérie interne. L'ouverture ou chaque ouverture ou passage peut être doublé le long de la totalité ou d'une partie de sa longueur et/ou sur l'intégralité ou une partie de sa périphérie avec ledit second matériau.

Le second matériau peut en outre être disposé au sein de l'âme à l'extérieur de l'ouverture ou du ou des passages.

De préférence, le premier matériau est C-C, le second matériau a, à température ambiante, une capacité calorifique spécifique ( C2 ) supérieure à 0,71 Jg 1°C-1 et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique ( CV2 ) : CV2 = p' x1,313Jcm 3~C ' 1,85 où pl est la masse volumique du premier matériau.

De préférence, le second matériau a un point de fusion de 1 000 °C ou plus. Le second matériau a de préférence un point de fusion suffisamment élevé pour garantir que le second matériau ne fonde pas pendant l'utilisation de l'article ou disque. Avantageusement, cela pare au besoin de prendre des mesures spéciales pour assurer un confinement du second matériau, qui est nécessaire si ce matériau fond pendant l'utilisation. Les valeurs de capacité calorifique C2 et/ou CV2 resteront de manière préférée entre toutes au-delà de celles du premier matériau sur la plage de service entière de l'article ou disque, conférant de ce fait le bénéfice sur la plage de service de l'article ou disque. Un troisième aspect de l'invention propose un article composite à utiliser dans une garniture de surchauffe de frein pour aéronef, l'article comprenant une couche d'âme ayant une portion de face et une couche d'usure attachée à ou solidaire à la portion de face, dans lequel la couche d'âme comprend un matériau C-C ou carbure réfractaire et une ou plusieurs zones discrètes d'un second matériau, le second matériau étant un ou plusieurs éléments parmi le bore, le béryllium ou les composés de bore, de béryllium et/ou de lithium. De préférence, la ou les régions du second matériau sont toutes positionnées vers l'intérieur d'une périphérie externe de l'article.

Il est en outre proposé, dans un troisième aspect de l'invention, un article composite à utiliser dans une garniture de surchauffe de frein pour aéronef, l'article comprenant une couche d'âme et une couche de face (par exemple une couche d'usure), dans lequel la couche d'âme comprend un matériau C-C ou carbure réfractaire et un second matériau, dans lequel le second matériau est disposé sur et/ou dans un précurseur de couche d'âme avant densification de la couche d'âme, et dans lequel le second matériau comprend du BN, du Li2O ou du LiA1O2. Dans un aspect supplémentaire, l'invention propose un disque de frein à utiliser dans une garniture de surchauffe des freins pour aéronef, le disque comprenant une couche d'âme et une couche d'usure, dans lequel la couche d'usure comprend un premier matériau et la couche d'âme comprend le premier matériau et plusieurs régions distinctes d'un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique ( C2 ) supérieure à 0,71 Jg-1°C"1 et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique ( CV2 ) :30 C'z = p' x1,313Jcm 3°C ' 1,85 où pl est la masse volumique du premier matériau et où le second matériau a un point de fusion (TM2 ) de 1 000 °C ou plus et ne présente pas de changement de phase pendant l'utilisation.

La couche de face ou couche d'usure peut être formée solidairement avec l'âme ou peut lui être jointe en tant que composant séparé. Par exemple, la couche d'âme peut avoir une portion de face à laquelle la couche de face ou d'usure est attachée, par exemple par des moyens mécaniques (rivets, pièces de fixation etc.) et/ou par des moyens chimiques (par exemple pendant le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), une imprégnation ou d'autres procédés) et/ou par brasage à haute température.

La couche d'âme peut être formée en deux parties, ayant chacune une couche de face ou d'usure, les deux étant jointes ensemble pour former cet article ou disque.

De préférence, la couche d'âme comprend plus de 0 à 20 % p/p du second matériau. Dans certains modes de réalisation, la couche d'âme comprend plus de 20 % p/p, ou plus de 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 % p/p, par exemple au moins 70, 75 ou 80 % p/p, par exemple au moins 90 ou 95 % p/p, du second matériau.

Dans certains modes de réalisation, le second matériau comprend des fibres de bore, par exemple des fibres de bore noyées au sein d'une matrice (par exemple, une matrice de carbone). De manière davantage préférée, le second matériau comprend un composite bore-bore, c'est-à-dire des fibres de bore noyées dans une matrice de bore.

De préférence, le matériau carbure réfractaire, s'il est présent, comprend du Si-C.

De préférence, le second matériau est disposé dans une ou plusieurs zones distinctes dans la couche d'âme.

Dans certains modes de réalisation, les zones distinctes comprennent des 30 doublures formées dans un ou plusieurs évidements (par exemple des évidements de ventilation) s'étendant vers l'intérieur d'une circonférence externe de la couche d'âme. De préférence, les doublures sont d'une masse volumique suffisamment élevée pour que la couche d'âme incluant les évidements doublés ait une masse supérieure ou égale à une couche d'âme de dimension identique sans aucun évidement. De préférence, le second matériau comprend un ou plusieurs éléments parmi le bore, le béryllium ou des composés de bore, de béryllium et/ou de lithium.

De préférence, le second matériau comprend au moins un élément parmi BN, B4C, Li2O ou LiMO2. Dans certains modes de réalisation, la couche d'âme comprend au moins 70 % p/p de C-C, par exemple au moins 80 % p/p de C-C. De préférence, la couche d'âme comprend jusqu'à 30 % vol/vol du second matériau. Par exemple, la couche d'âme peut comprendre 5 % vol/vol à 25 % vol/vol. Dans certains modes de réalisation, la couche d'âme peut comprendre plus de 30 % vol/vol, par exemple plus de 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 ou 95 % vol/vol. De préférence, le second matériau comprend un ou plusieurs inserts au 20 sein de la couche d'âme. De préférence, les un ou plusieurs inserts sont au moins partiellement, par exemple intégralement, encapsulés au sein de la couche d'âme. De préférence, au moins l'un des inserts comprend un article fritté. Dans certains modes de réalisation, l'article fritté peut comprendre un mélange non 25 stoechiométrique d'éléments et/ou composés. De préférence, les articles frittés comprennent un premier composant (par exemple choisi parmi le bore, le béryllium ou les composés de bore, de béryllium ou de lithium) et un second composant (par exemple LiF). Dans certains modes de réalisation, le second composant comprend 10 à 25 % p/p ou moins de l'article 30 fritté.

De préférence, au moins l'un des inserts a une masse volumique d'au moins 90 % (par exemple au moins 95 %) de la masse volumique théorique du second matériau. De préférence, le second matériau est disposé sur et/ou dans un précurseur de couche d'âme avant densification de la couche d'âme, et dans lequel le second matériau comprend du BN, Li2O ou LiA1O2. De préférence, la couche d'âme comprend au moins 70 % p/p de C-C, par exemple au moins 80 % p/p de C-C. De préférence, la face d'usure comprend quasiment exclusivement du C-C.

Afin de comprendre plus pleinement l'invention, on la décrira à présent uniquement à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une illustration d'une section à travers un disque de frein en C-C de l'art antérieur montrant des régions de carbone pouvant faire l'objet d'une usure ; la figure 2 est une illustration d'une section à travers un disque de l'invention montrant les faces d'usure en C-C collées à une âme ; la figure 3 est une illustration d'une section à travers un disque de l'invention montrant les faces d'usure en C-C enlevées et des régions pour des inserts de haute capacité d'énergie ; la figure 4 est une illustration d'un disque de frein selon l'invention ; la figure 5 est une illustration d'un disque de frein selon l'invention. En se référant à la figure 1, une vue en coupe d'un dispositif de frein de l'art antérieur pour un frein multidisques d'aéronef est montrée. Ici, un disque de frein de rotor en C-C 11 est montré avec des clavettes d'entraînement (non montrées) sur sa périphérie externe pour mise en prise dans une roue d'aéronef (non montrée). Le disque de frein 11 a deux surfaces d'usure 12, une sur chaque grande face du disque 11 pour une mise en prise par friction avec des disques situés de part et d'autre lorsqu'ils sont installés dans un ensemble de frein. A mesure que le disque 11 s'use pendant l'utilisation, les surfaces d'usure 12 progresseront à travers l'épaisseur du matériau sous-jacent 13 jusqu'à atteindre la position 14, point auquel le disque 11 est totalement usé et sera remplacé.

Un ensemble de frein connu dans l'art antérieur a typiquement des disques de rotor en C-C clavetés sur et tournant avec la roue et imbriqués entre des disques de stator en C-C clavetés sur un tube de couple qui est monté sur la jambe de train d'atterrissage axialement autour de l'essieu. L'ensemble de disques de stator et de rotor est connu sous le nom de « garniture de surchauffe ». Les faces de friction des disques se mettent en prise par friction lorsque la charge de pression du frein est appliquée par les pistons d'actionneur dans le logement du piston de frein. Les pistons d'actionneur peuvent être actionnés hydrauliquement ou électriquement par des systèmes de commande de frein. A mesure que les disques de friction de frein s'usent au niveau des surfaces de mise en prise par friction, l'épaisseur de la garniture de surchauffe est réduite, la réduction d'épaisseur étant normalement montrée par un mécanisme indicateur d'usure. Lorsque la garniture de surchauffe atteint son épaisseur pleinement usée, la garniture de surchauffe est enlevée et remplacée par de nouveaux disques. La longueur de la garniture de surchauffe à sa condition totalement usée est connue sous le nom de longueur de garniture de surchauffe de rejet. La figure 2 est une vue en section d'un disque de frein 21 selon l'invention. Le disque de frein 21 comprend une portion d'âme 22, attachée aux faces 25 dont la portion de coeur 22 constitue des portions d'usure 23, qui comportent des surfaces d'usure 24 pour mise en prise par friction avec un disque de frein adjacent (non montré) en utilisation. Les portions d'usure 23 peuvent être liées à l'âme 22 par des moyens mécaniques, tels que des rivets et similaires, par des agents de collage chimiques tels qu'un alliage de brasage à haute température, par exemple le Nicrobraz 30 fourni par Wall Colmonoy Corporation, ou par collage par diffusion comme il est connu dans l'art antérieur. Les faces d'usure 23 ont une épaisseur de matériau d'usure disponible, dont la limite est montrée en position 26. Les disques de frein 21 sont montrés avec deux faces d'usure 23, néanmoins, on envisagera que certains disques de frein puissent n'avoir qu'une seule face d'usure, en particulier les stators aux extrémités de la garniture de surchauffe. Les faces d'usure 23 pourront être en matériau C-C (par exemple de masse volumique de 1,6 à 1,85 g/cm 3) ou un autre matériau ayant un taux d'usure approprié et des propriétés de friction appropriées pour application à un disque de frein pour aéronef. La portion d'âme 22 est montrée de profil et séparément des portions d'usure 23 sur la figure 3. Le corps principal 22a de la portion d'âme est formé de C-C ou d'un matériau réfractaire approprié, toutefois une pluralité d'inserts 30 est noyée dans le corps principal 22a de la portion d'âme 22. Les inserts sont constitués d'un matériau qui a une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que le C-C (qui, à une masse volumique de 1,8 g/cm 3, a une capacité calorifique spécifique volumétrique de 1,28 J/cm3/°C à température ambiante), augmentant ainsi la capacité calorifique spécifique volumétrique de la portion d'âme 22 dans sa totalité. Les matériaux idéaux pour les inserts 30 ont également une capacité calorifique spécifique plus élevée que le C-C (qui a une capacité calorifique spécifique de 0,71 J/g/°C à température ambiante) et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique supérieure au C-C (qui, à une masse volumique de 1,85 g/cm 3, a une capacité calorifique spécifique volumétrique de 1,31 J/cm3/°C à température ambiante), offrant ainsi la plus grande performance de dissipateur de chaleur pour le poids et le volume de l'insert. Les matériaux idéaux ont également des points de fusion au-dessus des 20 températures de service typiques du dissipateur de chaleur, afin d'empêcher un changement de phase pendant des opérations de freinage. Les matériaux appropriés peuvent être choisis parmi le bore, le béryllium, le BN, le B4C, le Li2O ou le LiA1O2, dont les capacités calorifiques et masses volumiques sont montrées dans le tableau 1 ci-dessous. D'autres composés de 25 bore, béryllium et lithium peuvent également conférer des caractéristiques appropriées. Matériau Capacité Masse Capacité calorifique Point de calorifique volumique spécifique volumétrique fusion spécifique (g/cm') (J/cm3/°C) (°C) (J/cm3/°C) B 1,02 2,34 2,4 2 300 Be 1,82 1,85 3,37 1 278 BN 1,04 2,25 2,34 3000 B4C 0,96 2,52 2,42 2 350 Li2O 2,16 2,01 4,34 1 570 LiA1O2 1,19 2,61 3,11 > 1 625 Tableau 1 Les inserts 30 peuvent être fabriqués en frittant les poudres d'un ou plusieurs de ces matériaux, par exemple par pressage isostatique à chaud. Avec de tels procédés, il est possible d'atteindre des masses volumiques à ou près de la masse volumique théorique des matériaux, garantissant de ce fait que le volume de l'insert est minimisé et que la capacité calorifique est maximisée. Les inserts 30 sont de préférence collés dans des trous ou évidements correspondants dans la portion d'âme 22. En variante, toutefois, les inserts 30 peuvent être maintenus en place par les faces d'usure 23, une fois que ces faces d'usure 23 ont été fixées à la portion d'âme 22 prête à l'emploi. Le disque de frein 21 ainsi produit a en conséquence une capacité calorifique élevée à la fois pour son poids et son volume par comparaison avec les disques de frein de l'art antérieur. En conséquence, on fait des économies de poids non seulement sur le disque 21 lui-même, mais également sur les équipements auxiliaires, car la longueur d'une garniture de surchauffe complète, par exemple de cinq ou six disques 21, peut être considérablement réduite par rapport à l'art antérieur et ces équipements auxiliaires peuvent donc être plus petits et plus légers. Dans un mode de réalisation en variante, le matériau de capacité calorifique élevée est disposé dans l'âme au moment de la fabrication du matériau C-C utilisé pour le fabriquer. Dans la fabrication de ces portions d'âme, le matériau de capacité calorifique élevée est ajouté sous forme de poudre sur des couches de tissu de carbone, sur la ou les zones où il est requis. La poudre pourrait être laissée sur le tissu ou incorporée plus profondément dans le tissu, par exemple, par application d'une vibration au tissu. Des couches de tissu avec la poudre de capacité calorifique élevée ajoutée sont ensuite accumulées, les unes sur les autres, jusqu'à ce que le poids requis de fibre et de poudre soit atteint. Dans certains modes de réalisation en variante, la poudre pourra être incorporée dans un aérosol et pulvérisée sur le tissu. Les couches de tissu peuvent ensuite être comprimées jusqu'au volume de fibre requis dans un dispositif de serrage, par aiguilletage et/ou aiguilletage de brai ou d'une résine. La CVI (Chemical Vapor Infiltration, infiltration chimmique en phase vapeur) ou un procédé d'imprégnation et de carbonisation peuvent alors densifier des disques à la masse volumique requise. Cela produira un disque avec un renforcement de fibres de carbone et une matrice contenant du carbone et le matériau de haute capacité calorifique.

Dans certains modes de réalisation en variante, le matériau de haute capacité calorifique (ou un précurseur de celui-ci) peut être introduit dans la préforme avant la densification sous la forme d'une solution, d'un sol, d'un liquide ou d'un précurseur de gaz de CVI. Les matériaux de haute capacité calorifique utilisés dans ce mode de 15 réalisation sont de préférence choisis parmi BN, Li2O ou LiA1O2. Les parties d'usure 23 peuvent ensuite être liées à la partie d'âme 22 comme il est décrit ci-dessus pour achever le disque 21. Dans tous les modes de réalisation où le second matériau n'assure pas une fonction structurelle, il est préféré que la couche d'âme comprenne au moins 70 % 20 p/p (par exemple au moins 80 % p/p) de C-C. En outre ou en variante, il est préféré que la couche d'âme puisse comprendre jusqu'à 30 % vol/vol de second matériau (par exemple, jusqu'à 30 % vol/vol de la couche d'âme comprennent le ou les inserts 30). Toutefois, si le second matériau est capable d'assurer une fonction structurelle, la proportion de second matériau peut être bien plus élevée, 25 par exemple supérieure à 60 % p/p. L'homme du métier appréciera donc qu'en utilisant des garnitures de surchauffe de frein comprenant les disques de frein de l'invention, on peut parvenir à de nombreux avantages. Par exemple, la longueur de la nouvelle garniture de surchauffe peut être réduite, conduisant à des réductions 30 concomitantes de poids de la roue et du frein. De plus, l'utilisation d'une couche de liaison de faible conductivité thermique offre la possibilité d'exploiter les surfaces d'usure à une température qui réduit l'usure et/ou améliore la performance de friction, en particulier pendant le roulage au départ d'un aéronef lorsque l'usure dans des disques de frein en C-C s'est révélée être disproportionnellement élevée pour l'énergie de frein impliquée.

En plus, on appréciera que l'utilisation de faces d'usure permet de remettre à neuf aisément les disques par l'élimination des faces d'usure complètement usées et leur remplacement par de nouvelles faces liées à l'âme. Une telle capacité de remise à neuf confère des bénéfices économiques considérables dans l'exploitation des disques de frein composites.

Il est envisagé que des faces d'usure puissent être fixées à des disques d'âme avec une surface plate ou bien que les faces d'usure puissent être fixées dans une zone évidée de l'âme. Dans l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus, il est préféré que les inserts 30 soient fabriqués en utilisant des techniques de métallurgie des poudres. En particulier, ces techniques garantissent que la constitution chimique des inserts ne soit pas nécessairement déterminée par la stoechiométrie des éléments ou des composés qu'elle comprend, mais que des mélanges de métaux et/ou de composés de ceux-ci puissen ent être proposés pour conférer, par exemple, une capacité calorifique spécifique ou une capacité calorifique volumétrique particulière. Par exemple, du fluorure de lithium peut être inclus dans une quantité, par exemple, inférieure à 10 % p/p du second matériau. Cela facilite le frittage du mélange de poudres tout en maintenant un point de fusion élevé du matériau au-delà de 1 200 °C lors de son cofrittage avec du bore, du béryllium, du BN, du B4C, du Li2O ou du LiA1O2. Cette approche offre la possibilité d'élever J/g et de plus contribue à la densification en augmentant la masse volumique frittée, et donc J/cm3. Dans un mode de réalisation en variante, l'invention propose un disque de frein ventilé 100, comme il est montré sur la figure 4.

Le disque 100 peut comprendre une structure laminaire des faces d'usure 102a, 102b liées à une couche d'âme 104, bien qu'il puisse également comprendre une structure unitaire. Le disque comprend une pluralité d'évidements 106 s'étendant depuis des ouvertures 108 autour de la périphérie circonférentielle 110 du disque. Les évidements 106 s'étendent vers l'intérieur dans une direction radiale à partir des ouvertures 108, de façon à permettre la ventilation du disque 100. Les parois internes des évidements 106 sont pourvues d'un matériau secondaire 112 qui est plus dense que le matériau d'âme. Le matériau secondaire peut être fourni sous forme d'insert ou de revêtement. L'insert ou le revêtement est suffisamment épais pour que sa masse soit équivalente à la masse du matériau d'âme du même volume que l'évidement 106. De cette manière, le disque peut être ventilé sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le volume global du disque pour compenser une perte de masse globale et de capacité calorifique.

Le second matériau comprend de préférence du bore, du béryllium ou des composés de bore, béryllium et/ou lithium. Dans un mode de réalisation supplémentaire de l'invention, comme il est montré sur la figure 5, un disque de frein à deux parties 200 est proposé. Chaque partie 202a, 202b comprend une partie d'âme 204a, 204b comprenant principalement du C-C imprégné avec du carbure de silicium, et des parties d'usure 206a, 206b, ayant chacune des faces d'usure 208a, 208b, les parties d'usure 206a, 206b comprenant du C-C. Des inserts 210 d'un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que le C-C sont maintenus dans des évidements correspondants dans les faces internes 212a, 212b des partiess d'âme 204a, 204b. Le second matériau comprend de préférence du bore, du béryllium ou des composés de bore, béryllium et/ou lithium. Dans le mode de réalisation montré, les parties 212a, 212b sont des formes unitaires, par exemple constituées en empilant des couches de tissu de carbone et en ajoutant de la poudre de silicium à une portion des couches destinées à former la portion d'âme 204, puis en densifiant les couches de tissu (par exemple d'une manière similaire à celle décrite dans le document EP 1 260 729). Des modes de réalisation en variante forment les parties 212a, 212b sous forme de parties laminaires qui comprennent des faces d'usure et des régions 5 d'âme séparées et facultativement séparables. Bien que l'invention ait été décrite en rapport avec des disques de frein pour aéronef, elle peut également être utilisée, par exemple, dans des disques d'embrayage et d'autres disques de friction et similaires, où des économies de poids et/ou de taille sont souhaitables. Par exemple, les articles de l'invention 10 peuvent être utilisés comme dissipateurs de chaleur dans des applications aérospatiales et/ou spatiales. Par exemple, les articles peuvent se présenter sous forme de dalles mises en forme, qui peuvent être régulières ou irrégulières. Dans certaines des applications identifiées ci-dessus, les disques sont solides avec une porosité interne, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de trous traversants 15 pour l'écoulement d'air. Dans certains des cas ci-dessus, où de tels trous ne sont pas mentionnés, ces trous peuvent être présents. Dans le cas où la masse volumique du matériau d'âme est mentionnée, on se réfère à la masse volumique du matériau d'âme effective plutôt qu'à la masse volumique apparente du volume d'âme entier (c'est-à-dire comprenant les trous).

20 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Disque de frein (11, 21) comprenant une couche d'âme et une couche d'usure, la couche d'âme ayant une face et une périphérie externe, la couche d'usure étant fixée à la face, dans lequel la couche d'âme comprend un premier matériau C-C ou carbure réfractaire et une pluralité de régions distinctes en un second matériau, le second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que la capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique du premier matériau.
2. Disque (11, 21) selon la revendication 1, dans lequel la couche d'usure est venue de matière avec l'âme.
3. Disque (11, 21) selon la revendication 1, dans lequel la couche d'usure est jointe à l'âme en tant qu'élément séparé.
4. Disque (11, 21) selon la revendication 3, dans lequel la couche d'usure est fixée à la couche d'âme par des moyens mécaniques (rivets, pièces de fixation etc.) et/ou par des moyens chimiques (par exemple pendant l'imprégnation par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), un brasage à haute température ou d'autres procédés).
5. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les régions du second matériau sont toutes positionnées vers l'intérieur de la périphérie externe.
6. Disque ventilé (11, 21), le disque comprenant une âme sensiblement annulaire ayant des première et seconde grandes faces, une périphérie interne et une périphérie externe, au moins un passage s'étendant radialement depuis la périphérie externe vers la périphérie interne pour former un passage d'écoulement, l'âme étant fabriquée, au moins en partie, à partir d'un matériau C-C ou à partir d'un matériau carbure réfractaire, le au moins un passage étant au moins partiellement revêtu avec un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que 2967471 1? la capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique du premier matériau.
7. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau est C-C, le second matériau a, à température 5 ambiante, une capacité calorifique spécifique (C2 ) supérieure à 0,71 Jg 1°C"1 et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique (CV2 ) : CVZ 185 x1,313Jcm 3°C ' 10 où p1 est la masse volumique du premier matériau.
8. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les valeurs de capacité calorifique C2 et/ou CV2 restent supérieures à celles du premier matériau sur tout la plage d'utilisation de l'article ou disque.
9. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 dans lequel le second matériau a un point de fusion de 1 000 °C ou plus.
10. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second matériau a un point de fusion suffisamment élevé pour garantir que le second matériau ne fonde pas pendant l'utilisation de l'article ou disque. 20
11. Article composite à utiliser dans une garniture de surchauffe des freins pour aéronef, l'article comprenant une couche d'âme, la couche d'âme ayant une face et une périphérie externe, la couche d'usure étant fixée à ou venue de matière avec la face, dans lequel la couche d'âme comprend un matériau C-C ou carbure réfractaire et une ou plusieurs zones discrètes d'un second matériau, le second 25 matériau étant un ou plusieurs éléments parmi le bore, le béryllium ou des composés de bore, béryllium et/ou lithium et étant situé vers l'intérieur de la périphérie externe.
12. Article composite à utiliser dans une garniture de surchauffe des freins pour aéronef, l'article comprenant une couche d'âme et une couche de face (par 2967471 1$ exemple une couche d'usure), dans lequel la couche d'âme comprend un matériau C-C ou carbure réfractaire et un second matériau, dans lequel le second matériau est disposé sur et/ou dans un précurseur de couche d'âme avant densification de la couche d'âme, et dans lequel le second matériau comprend du BN, du Li2O ou du 5 LiA1O2, et dans lequel la couche de face est sensiblement dépourvue du second matériau.
13. Disque de frein à utiliser dans une garniture de surchauffe des freins pour aéronef, le disque comprenant une couche d'âme et une couche d'usure, dans lequel la couche d'usure comprend un premier matériau et la couche d'âme 10 comprend le premier matériau et plusieurs régions distinctes d'un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique (C2 ) supérieure à 0,71 Jg 1°C"1 et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique (Cv2 ) : C -- p' x1,313Jcm 3°C ' V2 1,85 15 où pl est la masse volumique du premier matériau et où le second matériau a un point de fusion ( TM2 ) de 1 000 °C ou plus et ne présente pas de changement de phase pendant l'utilisation.
14. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 11, 12 et 20 13, dans lequel la couche d'usure est venue de matière avec le noyau.
15. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 11, 12 et 13, dans lequel la couche d'usure est jointe à l'âme en tant qu'élément séparé.
16. Article ou disque selon la revendication 15, dans lequel la couche d'âme a une portion de face à laquelle la couche d'usure est fixée. 25
17. Article ou disque selon la revendication 16, dans lequel la couche d'usure est fixée à la couche d'âme par des moyens mécaniques (rivets, pièces de fixation etc.) et/ou par des moyens chimiques (par exemple pendant le CVD, une imprégnation ou d'autres procédés).
18. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche d'âme est formée en deux parties, ayant chacune une couche de face ou d'usure, les deux étant jointes pour former cet article ou disque.
19. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second matériau comprend plus de 0 à 25 % p/p ou plus de 20 % p/p, par exemple plus de 30, 40, 50, 60 % p/p, par exemple au moins 70 % p/p, par exemple au moins 90 % p/p, de la couche d'âme.
20. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, dans lequel le second matériau comprend un ou plusieurs inserts (30) au sein de la couche d'âme.
21. Article ou disque selon la revendication 20, dans lequel au moins l'un des inserts (30) comprend un article fritté.
22. Article ou disque selon la revendication 21, dans lequel l'article fritté 15 peut comprendre un mélange non stoechiométrique d'éléments et/ou de composés.
23. Article ou disque selon la revendication 21 ou 22, dans lequel l'article fritté comprend un premier composant (par exemple choisi parmi le bore, le béryllium ou les composés de bore, béryllium ou lithium) et un second composant (par exemple LiF). 20
24. Article ou disque selon la revendication 23, dans lequel le second composant comprend 20 % p/p ou moins de l'article fritté.
25. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 20 à 24, dans lequel au moins l'un des inserts (30) a une masse volumique d'au moins 90 % (par exemple au moins 95 %) de la masse volumique théorique du second 25 matériau.
26. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face d'usure comprend quasiment exclusivement du C- C.lb REVENDICATIONS 1. Disque de frein (11, 21) comprenant une couche d'âme et une couche d'usure, la couche d'âme ayant une face et une périphérie externe, la couche d'usure étant fixée à la face, dans lequel la couche d'âme comprend un premier matériau C-C ou carbure réfractaire et une pluralité de régions distinctes en un second matériau, le second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que la capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique du premier matériau. 2. Disque (11, 21) selon la revendication 1, dans lequel la couche d'usure est venue de matière avec l'âme. 3. Disque (11, 21) selon la revendication 1, dans lequel la couche d'usure est jointe à l'âme en tant qu'élément séparé. 4. Disque (11, 21) selon la revendication 3, dans lequel la couche d'usure est fixée à la couche d'âme par des moyens mécaniques (rivets, pièces de fixation etc.) et/ou par des moyens chimiques (par exemple pendant l'imprégnation par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), un brasage à haute température ou d'autres procédés). 5. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les régions du second matériau sont toutes positionnées vers l'intérieur de la périphérie externe. 6. Disque ventilé (11, 21), le disque comprenant une âme sensiblement annulaire ayant des première et seconde grandes faces, une périphérie interne et une périphérie externe, au moins un passage s'étendant radialement depuis la périphérie externe vers la périphérie interne pour former un passage d'écoulement, l'âme étant fabriquée, au moins en partie, à partir d'un matériau C-C ou à partir d'un matériau carbure réfractaire, le au moins un passage étant au moins partiellement revêtu avec un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique plus élevée que 2967471 1? la capacité calorifique spécifique et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique du premier matériau. 7. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau est C-C, le second matériau a, à température 5 ambiante, une capacité calorifique spécifique (C2 ) supérieure à 0,71 Jg 1°C"1 et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique (CV2 ) : CVZ 185 x1,313Jcm 3°C ' 10 où p1 est la masse volumique du premier matériau. 8. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les valeurs de capacité calorifique C2 et/ou CV2 restent supérieures à celles du premier matériau sur tout la plage d'utilisation de l'article ou disque. 9. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 dans lequel le second matériau a un point de fusion de 1 000 °C ou plus. 10. Disque (11, 21) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second matériau a un point de fusion suffisamment élevé pour garantir que le second matériau ne fonde pas pendant l'utilisation de l'article ou disque. 20 11. Article composite à utiliser dans une garniture de surchauffe des freins pour aéronef, l'article comprenant une couche d'âme, la couche d'âme ayant une face et une périphérie externe, la couche d'usure étant fixée à ou venue de matière avec la face, dans lequel la couche d'âme comprend un matériau C-C ou carbure réfractaire et une ou plusieurs zones discrètes d'un second matériau, le second 25 matériau étant un ou plusieurs éléments parmi le bore, le béryllium ou des composés de bore, béryllium et/ou lithium et étant situé vers l'intérieur de la périphérie externe. 12. Article composite à utiliser dans une garniture de surchauffe des freins pour aéronef, l'article comprenant une couche d'âme et une couche de face (par 2967471 1$ exemple une couche d'usure), dans lequel la couche d'âme comprend un matériau C-C ou carbure réfractaire et un second matériau, dans lequel le second matériau est disposé sur et/ou dans un précurseur de couche d'âme avant densification de la couche d'âme, et dans lequel le second matériau comprend du BN, du Li2O ou du 5 LiA1O2, et dans lequel la couche de face est sensiblement dépourvue du second matériau. 13. Disque de frein à utiliser dans une garniture de surchauffe des freins pour aéronef, le disque comprenant une couche d'âme et une couche d'usure, dans lequel la couche d'usure comprend un premier matériau et la couche d'âme 10 comprend le premier matériau et plusieurs régions distinctes d'un second matériau ayant une capacité calorifique spécifique (C2 ) supérieure à 0,71 Jg 1°C"1 et/ou une capacité calorifique spécifique volumétrique (Cv2 ) : C -- p' x1,313Jcm 3°C ' V2 1,85 15 où pl est la masse volumique du premier matériau et où le second matériau a un point de fusion ( TM2 ) de 1 000 °C ou plus et ne présente pas de changement de phase pendant l'utilisation. 14. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 11, 12 et 20 13, dans lequel la couche d'usure est venue de matière avec le noyau. 15. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 11, 12 et 13, dans lequel la couche d'usure est jointe à l'âme en tant qu'élément séparé. 16. Article ou disque selon la revendication 15, dans lequel la couche d'âme a une portion de face à laquelle la couche d'usure est fixée. 25 17. Article ou disque selon la revendication 16, dans lequel la couche d'usure est fixée à la couche d'âme par des moyens mécaniques (rivets, pièces de fixation etc.) et/ou par des moyens chimiques (par exemple pendant le CVD, une imprégnation ou d'autres procédés).18. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche d'âme est formée en deux parties, ayant chacune une couche de face ou d'usure, les deux étant jointes pour former cet article ou disque. 19. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second matériau comprend plus de 0 à 25 % p/p ou plus de 20 % p/p, par exemple plus de 30, 40, 50, 60 % p/p, par exemple au moins 70 % p/p, par exemple au moins 90 % p/p, de la couche d'âme. 20. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, dans lequel le second matériau comprend un ou plusieurs inserts (30) au sein de la couche d'âme. 21. Article ou disque selon la revendication 20, dans lequel au moins l'un des inserts (30) comprend un article fritté. 22. Article ou disque selon la revendication 21, dans lequel l'article fritté 15 peut comprendre un mélange non stoechiométrique d'éléments et/ou de composés. 23. Article ou disque selon la revendication 21 ou 22, dans lequel l'article fritté comprend un premier composant (par exemple choisi parmi le bore, le béryllium ou les composés de bore, béryllium ou lithium) et un second composant (par exemple LiF). 20 24. Article ou disque selon la revendication 23, dans lequel le second composant comprend 20 % p/p ou moins de l'article fritté. 25. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications 20 à 24, dans lequel au moins l'un des inserts (30) a une masse volumique d'au moins 90 % (par exemple au moins 95 %) de la masse volumique théorique du second 25 matériau. 26. Article ou disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la face d'usure comprend quasiment exclusivement du C- C.