FR2999173A1 - Procede de realisation d'une aube de turbomachine en materiau composite oxyde/oxyde munie de canaux internes - Google Patents

Procede de realisation d'une aube de turbomachine en materiau composite oxyde/oxyde munie de canaux internes Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une aube (10) de turbomachine en matériau composite oxyde/oxyde comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage d'une première pluralité de fils et d'une deuxième pluralité de fils, les fils de ladite première pluralité de fils étant disposés en couches successives et s'étendant dans la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse correspondant à la direction longitudinale de l'aube, ledit renfort étant densifié par une matrice, l'aube comprenant en outre un ou plusieurs canaux internes (31, 32, 33) de forme hélicoïdale s'étendant dans la direction longitudinale de l'aube.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UNE AUBE DE TURBOMACHINE EN MATERIAU COMPOSITE OXYDE/OXYDE MUNIE DE CANAUX INTERNES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne les aubes de turbomachine munies de canaux internes. Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine en matériau composite à matrice céramique oxyde/oxyde, munie d'un ou plusieurs canaux internes servant au refroidissement de l'aube. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Afin de réduire le bruit et les turbulences en pied d'aube, il est connu de réaliser, dans les aubes, des canaux internes qui débouchent au voisinage du pied et du sommet de l'aube et qui permettent la circulation d'air. Les aubes munies de ces canaux internes sont généralement réalisées en matériau métallique, les canaux internes étant creusés dans la masse de l'aube. Toutefois, l'usinage de canaux internes dans des aubes en matériau métallique est relativement délicat et ne peut être mis en oeuvre que pour des aubes ayant des géométries relativement simples. En particulier, il n'est pas possible d'usiner des canaux internes dans des aubes métalliques présentant une forme vrillée. Afin d'obtenir des aubes plus légères, il est connu de réaliser des aubes en matériau composite, c'est-à-dire en réalisant des pièces de structure à renfort fibreux densifié par une matrice. Selon la technique décrite dans le document FR 2 955 609 (référence [1]), l'aube est fabriquée par tissage tridimensionnel d'une ébauche fibreuse, mise en forme de l'ébauche fibreuse pour obtenir une préforme de l'aube à réaliser, puis densification de la préforme par imprégnation de la préforme avec une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice et traitement thermique de la préforme imprégnée, afin obtenir une aube ayant un renfort fibreux constitué par ladite préforme et densifié par la matrice. Pour former des canaux internes dans l'aube tout en préservant son intégrité mécanique, des fils en matériau à caractère fugace sont introduits dans la partie interne de l'ébauche fibreuse et sont éliminés après la densification de la préforme. Le matériau à caractère fugace peut notamment être un matériau thermo-fusible, tel que l'acétate de polyvinyle ou le polyéthylène, ou un matériau apte à être dissout par un solvant (eau, alcool, etc.) tel qu'un polymère soluble, par exemple un PVA (alcool polyvinylique). De tels matériaux composites à matrice organique (ou CMO) sont généralement utilisés pour réaliser des pièces telles que la soufflante ou le compresseur d'une turbomachine. Pour réaliser des pièces destinées à résister à des températures encore plus élevées, comme par exemple des turbines basses pressions, on préfèrera utiliser des matériaux composites à matrice céramique (ou CMC). Plus précisément, afin d'abaisser le coût de fabrication des aubes et d'améliorer leur stabilité thermique sous air à haute température, on cherche à présent à réaliser des aubes en composite à matrice céramique oxyde/oxyde, c'est-à-dire constituées d'une matrice microporeuse d'oxyde renforcée par des fibres d'oxyde ; il s'agira, de préférence, d'une matrice microporeuse d'alumine renforcée par des fibres d'alumine. Pour la réalisation d'une telle aube, l'usage de fils en un matériau apte à être dissout par un solvant aqueux, par exemple des fils à base de polymère soluble dans l'eau, est à proscrire car la barbotine utilisée pour l'imprégnation de la préforme est une suspension aqueuse contenant des particules de céramiques oxydes et le polymère soluble peut alors passer en solution. Il est à noter que, dans ce qui précède et ce qui suit, on parlera indifféremment de « céramiques oxydes » ou d'« oxydes », les oxydes étant un type particulier de céramiques. L'usage de fils en un matériau thermo-fusible et non hydrosoluble (par exemple un fil polymère non hydrosoluble) peut, quant à lui, être envisagé ; après l'étape d'injection de la barbotine dans la préforme, un traitement thermique de frittage (par exemple à 1200°C dans le cas d'une barbotine contenant des particules d'alumine) permet de détruire les fils en polymère et les canaux laissés par la combustion du polymère peuvent alors être utilisés comme canaux de refroidissement. Cependant, il est possible que les aubes ainsi obtenues ne soient pas satisfaisantes, car l'imprégnation de la préforme peut ne pas être homogène, ce qui a pour conséquence de détériorer les propriétés mécaniques de l'aube. Il est en effet difficile d'imprégner des préformes épaisses du fait de la ségrégation de l'alumine, qui est susceptible de gêner l'accès de la barbotine au coeur de la préforme fibreuse. Il est donc souhaitable de pouvoir améliorer la répartition des particules de la barbotine au sein de la préforme, afin de disposer d'aubes en matériau composite oxyde/oxyde, pour des turbines de turbomachines, qui comportent un ou plusieurs canaux internes servant au refroidissement de l'aube, tout en ayant les propriétés mécaniques requises. EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine en un matériau composite, qui comprend un renfort fibreux densifié par une matrice obtenue par frittage de particules et qui présente au moins un canal de refroidissement, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) la mise en forme d'une ébauche fibreuse pour obtenir une préforme de l'aube à réaliser, ladite ébauche fibreuse comprenant une première pluralité de fils et une deuxième pluralité de fils tissés entre eux, les fils de la première pluralité de fils étant disposés en couches successives et s'étendant dans la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse qui correspond à la direction longitudinale de l'aube à fabriquer, au moins une couche de fils de la première pluralité de fils située dans la partie interne de l'ébauche fibreuse comportant un ou plusieurs fils en un premier matériau à caractère fugace et au moins un fil en un premier matériau à caractère fugace étant entouré, selon sa direction longitudinale, par un fil en un second matériau à caractère fugace ; b) une première densification de la préforme comprenant une première imprégnation de la préforme avec une suspension aqueuse contenant des particules de la matrice et un premier frittage de la préforme imprégnée à une température (T01) pour obtenir une aube ayant un renfort fibreux constitué par ladite préforme et densifié par la matrice ; c) l'élimination du ou des fils en un premier matériau à caractère fugace pour former un ou plusieurs canaux internes dans l'aube ; d) une deuxième densification de la préforme comprenant une deuxième imprégnation de la préforme avec une suspension aqueuse contenant des particules de la matrice, la suspension aqueuse étant introduite par le ou les canaux internes formés à l'étape c) et un deuxième frittage de la préforme ainsi imprégnée à une température (T02); e) l'élimination du ou des fils en un second matériau à caractère fugace pour former un ou plusieurs canaux de refroidissement dans l'aube ; f) un troisième frittage de la matrice à une température supérieure ou égale à la température de frittage de la matrice, dans le cas où la température du deuxième frittage (T02) serait inférieure à la température de frittage de la matrice (rfrittage)- Ainsi, grâce au procédé selon l'invention, il est possible de fabriquer des aubes en matériau composite comprenant des canaux internes de refroidissement amélioré, avec préservation de l'intégrité mécanique de la structure de l'aube. En effet, selon le procédé de l'invention, les canaux sont formés sans altération de la continuité des fils du renfort adjacents aux canaux. Par ailleurs, les fils à caractère fugace étant introduits dans le renfort avant la mise en forme de l'ébauche fibreuse, il est possible de réaliser des aubes de forme complexes, en particulier mise en forme par vrillage, avec des canaux internes de refroidissement. D'autre part, grâce à la présence des canaux internes obtenus à l'issue de l'étape d'élimination des fils en un premier matériau fugace, il est possible d'amener la suspension aqueuse contenant des particules au coeur de la préforme. On obtient donc, avec la deuxième imprégnation, une meilleure densité à coeur. Enfin, les canaux de refroidissement, par leur forme hélicoïdale, permettent un meilleur refroidissement de l'aube en cours d'utilisation. En effet, l'enroulement (ou « twistage » en anglais) d'un fil en un second matériau à caractère fugace (par exemple un fil métallique) autour d'un fil en un premier matériau à caractère fugace (par exemple un fil polymère) permet d'augmenter le parcours - et donc la surface d'échange - de l'air au contact de l'aube, une fois le fil en un second matériau à caractère fugace éliminé. Il est à noter que la suspension aqueuse utilisée au cours de la deuxième densification est généralement identique (même composition chimique des particules et même concentration) à celle utilisée au cours de la première densification. Par ailleurs, on rappelle qu'un frittage est un processus de traitement thermique au cours duquel un agglomérat de particules (poudre) est consolidé, sans fusion de l'ensemble. Enfin, dans ce qui précède et ce qui suit, le terme « fugace » désigne quelque chose de sacrificiel, destiné à être détruit. Dans le cadre de l'invention, un matériau fugace ou à caractère fugace désigne donc un matériau destiné à être détruit, par exemple par chauffage (pour le faire fondre ou le brûler) ou par voie chimique (dissolution chimique). De préférence, après avoir effectué la première et la deuxième imprégnation, on procède à l'évaporation de l'eau contenue dans la suspension aqueuse avant de procéder au premier et au deuxième frittage. Cela permet de sécher la préforme imprégnée et éventuellement de la démouler. Avantageusement, les premier et second matériaux à caractère fugace sont des matériaux choisis parmi des matériaux thermo-fusibles, des matériaux éliminables par un agent chimique et des matériaux éliminables par combustion sous air, ces matériaux étant non solubles dans la suspension aqueuse et ayant respectivement une température de fusion ou de combustion T1 et T2, avec T1 inférieure à T2. Le premier matériau peut être un polymère, par exemple l'acétate de polyvinyle ou le polyéthylène, tandis que le second matériau est un matériau métallique ou en carbone. Le second matériau peut par exemple être en aluminium, qui est non attaquable par une suspension aqueuse comprenant un dispersant tel que l'acide nitrique. De préférence, l'élimination des fils en un premier matériau à caractère fugace (étape c) est réalisée par traitement thermique à une température supérieure ou égale à la température de fusion ou de combustion des fils en un premier matériau et inférieure à la température de fusion ou de combustion des fils en un second matériau et l'élimination des fils en un second matériau à caractère fugace (étape e) est réalisée par traitement chimique, à savoir par l'application d'un acide ou d'une base qui va attaquer les fils en un second matériau, ou par traitement thermique à une température supérieure ou égale à la température de fusion ou de combustion des fils en un second matériau. Selon une variante préférée du procédé, les étapes b) et c) sont concomitantes. Dans ce cas, l'élimination du ou des fils en un premier matériau à caractère fugace se produit lors du frittage à la température (T01) de la préforme imprégnée, le premier matériau étant brûlé ou fondu à une température inférieure ou égale à la température de frittage (T01). En fonction du choix du second matériau à caractère fugace et de sa température de fusion ou de combustion, et plus particulièrement selon que la température de fusion ou de combustion est inférieure ou supérieure à la température de frittage de la matrice, le procédé selon l'invention peut se présenter selon deux variantes.
Selon une première variante, si les températures de fusion ou de combustion des premier et second matériaux à caractère fugace (T1) et (T2) sont inférieures à la température de frittage de la matrice (Tfrittage), le premier frittage peut être réalisé à une température supérieure à la température de fusion ou de combustion du premier matériau (T1) et inférieure ou égale à la température de fusion ou de combustion du second matériau (T2) et le deuxième frittage peut être réalisé à une température inférieure à la température de fusion ou de combustion du second matériau (T2). Dans ce cas, les première et deuxième densifications aboutissent à des frittages partiels et il est alors nécessaire de procéder à un frittage final (troisième frittage) à une température supérieure ou égale à la température de frittage de la matrice afin de conférer à la matrice le taux de microporosités désiré. Selon une seconde variante, si les températures de fusion ou de combustion du premier (T1) et du second (T2) matériau à caractère fugace sont respectivement inférieure ou égale, pour le premier matériau, et supérieure, pour le second matériau, à la température de frittage de la matrice, le premier frittage peut être réalisé à une température supérieure à la température de fusion ou de combustion du premier matériau (T1) et inférieure ou égale à la température de frittage de la matrice (Tfrittage), tandis que le deuxième frittage peut être réalisé à une température inférieure ou égale à la température de frittage de la matrice (Tfrittage) ; dans ce cas, la première densification aboutit à un frittage partiel, tandis que la deuxième densification peut aboutir soit à une frittage partiel, soit à un frittage complet, selon la température utilisée au cours de ce deuxième frittage ; si la température du deuxième frittage est inférieure à la température de frittage de la matrice, il faudra alors procéder à un troisième frittage à une température supérieure ou égale à la température de frittage de la matrice. Dans le cas où le deuxième matériau est le carbone, alors il peut être éliminé lors du traitement de frittage qui est réalisé sous air. Selon un aspect de l'invention, l'ébauche fibreuse peut être réalisée par tissage tridimensionnel, au moins des fils de la deuxième pluralité de fils liant des fils de la première pluralité des fils sur plusieurs couches. Le tissage tridimensionnel peut être un tissage multicouches avec une armure de type choisi parmi au moins une des armures suivantes: satin, multisatin, multi-toile et interlock. De préférence, les particules de la suspension aqueuse sont en un matériau céramique oxyde, de préférence en alumine. De préférence, lesdites particules ont une taille submicrométrique (c'est-à-dire comprise entre 0,1 et 1 micromètre). Les fils de la première pluralité de fils autres que les fils en un premier matériau à caractère fugace et en un second matériau à caractère fugace et les fils de la deuxième pluralité de fils sont avantageusement en un matériau céramique oxyde, de préférence en alumine. Le titre ou le diamètre des fils en un premier et en un second matériaux à caractère fugace est déterminé, respectivement, en fonction de la taille des premier et second canaux internes à réaliser dans l'aube, les premiers canaux internes servant à la deuxième imprégnation et les seconds canaux internes servant au refroidissement de l'aube en cours de fonctionnement par circulation d'air. L'invention concerne également une aube de turbomachine en matériau composite oxyde/oxyde comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, le renfort fibreux comprenant une première pluralité de fils et une deuxième pluralité de fils tissés les uns avec les autres, les fils de ladite première pluralité de fils étant disposés en couches successives et s'étendant dans la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse correspondant à la direction longitudinale de l'aube à fabriquer, l'aube comprenant un ou plusieurs canaux de refroidissement s'étendant dans la direction longitudinale de ladite aube, l'aube étant caractérisée en ce que le ou les canaux de refroidissement ont une forme hélicoïdale. L'aube peut présenter une forme complexe, et notamment une forme vrillée. Selon un aspect de l'invention, les fils de la première pluralité de fils et les fils de la deuxième pluralité de fils sont en alumine et la matrice du matériau composite est en alumine. La pale de l'aube peut en outre avoir un profil d'épaisseur variable. L'invention vise aussi une turbomachine équipée d'une aube selon l'invention ou fabriquée selon le procédé tel que défini ci-avant. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des figures annexées. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en perspective d'une aube de turbomachine en matériau composite comportant des canaux internes de forme hélicoïdale obtenue selon le procédé de l'invention et servant au refroidissement de l'aube (canaux de refroidissement). La figure 2 illustre de façon très schématique une ébauche fibreuse tissée tridimensionnelle destinée à la réalisation d'une préforme fibreuse pour une aube telle que celle illustrée par la figure 1. Les figures 3 et 4 illustrent des étapes successives de réalisation d'une préforme fibreuse pour une aube telle qu'illustrée par la figure 1, à partir de l'ébauche fibreuse de la figure 2.
La figure 5 est une vue en coupe montrant le profil, mis à plat, d'une aube telle que celle de la figure 2. La figure 6 est une vue en coupe d'un ensemble de couches de fils de chaîne permettant d'obtenir un profil tel que celui de la figure 5.
Les figures 7A et 7B sont des vues en coupe chaîne montrant un mode de tissage de l'ébauche fibreuse de la figure 2. Les figures 8A à 8C illustrent des étapes successives de réalisation d'une aube telle qu'illustrée par la figure 1, à partir de l'ébauche fibreuse de la figure 2.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention est applicable à différents types d'aubes de turbomachine, notamment des aubes de turbine de différents corps de turbines à gaz, par exemple une aube de roue mobile de turbine basse pression (BP), telle que celle illustrée par la figure 1. L'aube 10 de la figure 1 comprend de façon en soi bien connue, une pale 20, un pied 30 formé par une partie de plus forte épaisseur, prolongé par une échasse 32. La pale 20 s'étend en direction longitudinale entre le pied 30 et son sommet 20c et présente en section transversale un profil incurvé d'épaisseur variable entre son bord d'attaque 20a et son bord de fuite 20b. L'aube 10 est montée sur un rotor de turbine (non illustré) par engagement du pied 30 dans un logement de forme correspondante aménagé à la périphérie du rotor. Dans la figure 1, l'aube 10 comprend trois canaux internes 31, 32 et 33 de forme hélicoïdale (canaux de refroidissement) destinés à aspirer l'air au niveau du pied 30 et à le souffler au niveau du sommet 20c de la pale 20. Il est à noter que nous avons ici pris l'exemple d'une aube comportant trois canaux, notamment par souci de simplification et de clarté de la figure 1, mais il est tout à fait possible de réaliser des aubes comportant un, deux, quatre canaux ou plus. La figure 2 montre très schématiquement une ébauche fibreuse 100 à partir de laquelle une préforme fibreuse d'aube peut être mise en forme afin, après les étapes de densification par une matrice et usinage éventuel, d'obtenir une aube en matériau composite telle que celle illustrée par la figure 1. L'ébauche 100 est obtenue par tissage tridimensionnel ou tissage multicouche et est destinée, après mise en forme, à constituer une préforme de pale et pied d'aube. L'ébauche 100 est réalisée sous forme d'une bande s'étendant de façon générale dans une direction X correspondant à la direction longitudinale de l'aube à réaliser. L'ébauche 100 présente une épaisseur variable déterminée en fonction de l'épaisseur de profil de la pale de l'aube à réaliser. Dans sa partie destinée à former une préforme de pied, l'ébauche fibreuse présente une surépaisseur 103 déterminée en fonction de l'épaisseur du pied de l'aube à réaliser. L'ébauche 100 a une largeur 1 choisie en fonction de la longueur du profil développé (à plat) de la pale et du pied de l'aube à réaliser. Un mode de tissage tridimensionnel de l'ébauche fibreuse 100 va à présent être décrit plus en détail. Il est supposé que le tissage est réalisé avec des fils de chaîne s'étendant dans la direction longitudinale X de l'ébauche, à savoir la direction longitudinale de l'aube à réaliser, étant noté qu'un tissage avec des fils de trame dans cette direction est également possible. La portion renflée 102 réalisant la variation d'épaisseur de l'ébauche 100 sur sa largeur est obtenue en utilisant des fils de chaîne de titre variable. On peut en variante ou en complément faire varier la contexture des fils de chaîne (nombre de fils par unité de longueur en sens trame), une contexture plus faible autorisant un amincissement plus important lors de la mise en forme de la préforme par moulage. Ainsi, pour obtenir un profil de pale d'aube tel que représenté en projection à plat sur la figure 5, on peut utiliser 3 couches de fils de chaîne de titre et de contexture variables comme illustré par la figure 6. Dans un exemple de réalisation, les fils utilisés, autres que ceux destinés à former les premiers et deuxièmes canaux internes comme expliqué ci-après, peuvent être des fils d'alumine A1203 ayant, par exemple, un titre (nombre de filaments) de 167 Tex (400 filaments). Pour la formation de la variation d'épaisseur 102, des fils de titre plus important, par exemple 333 Tex (750 filaments), sont utilisés. Si des fils de 333 Tex ne sont pas disponibles, ils peuvent être obtenus par la réunion par guipage de deux fils de 167 Tex. Bien entendu, selon les titres de fils disponibles, différentes combinaisons de nombres de couches de fils et de variations de contexture et de titre pourront être adoptées pour le profil à obtenir. Les figures 7A et 7B montrent, en coupe chaîne, deux plans successifs d'une armure pouvant être utilisée pour le tissage de l'ébauche fibreuse 100. La bande de l'ébauche fibreuse 100 comprend un ensemble de couches de fils de chaîne, le nombre de couches étant ici par exemple égal à 3 (couches CH, C12, C13). Les fils de chaîne sont liés par des fils de trame t1 par tissage tridimensionnel. Dans l'exemple illustré, le tissage est un tissage multicouche réalisé avec une armure de type satin, ou multi-satin. D'autres types de tissage tridimensionnel pourront être utilisés, par exemple un tissage multicouches à armure multi-toile ou un tissage à armure « interlock ». Par tissage « interlock », on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. Différents modes de tissage tridimensionnel sont notamment décrits dans le document WO 2006/136755 (référence [2]). Dans cet exemple de réalisation, trois des fils à 750 filaments de la couche C12, Fo., F2 et Fc3, c'est-à-dire la couche de fils de chaîne interne située entre les couches de fils de chaîne C11 et C13, sont en un premier matériau fugace ou fugitif, à savoir un matériau apte à être éliminé après le premier frittage ,par exemple par volatilisation (traitement thermique à une température supérieure ou égale à la température de fusion et de combustion du premier matériau).
Bien entendu, le nombre de couche de fils de chaîne peut être plus important selon l'épaisseur et les propriétés mécaniques envisagées. Autour de chacun de ces trois fils Fm, F2 et Fc3 est enroulé un fil en un second matériau à caractère fugace, fo., fc2 et fc3. Les fils Fm, FC2, FC3, fp., fC2 et fc3 peuvent avoir des titres ou des diamètres différents selon la taille des premiers et seconds canaux internes à réaliser.
Il est à noter que, quel que soit le nombre de couches de fils de chaîne de l'ébauche fibreuse (supérieure ou égale à 3), les fils en un premier matériau à caractère fugace et les fils en un second matériau à caractère fugace qui les entourent peuvent être introduits dans n'importe quelle couche de fils de chaîne située entre les deux couches de fils de chaîne superficielles destinées à former les peaux de l'aube.
Les figures 3 et 4 montrent très schématiquement comment une préforme fibreuse ayant une forme proche de celle de l'aube à fabriquer peut être obtenue à partir de l'ébauche fibreuse 100. Sur la figure 3, l'ébauche fibreuse 100 est coupée à une extrémité dans la surépaisseur 103 et à une autre extrémité pour avoir une bande 120 de longueur correspondant à la dimension longitudinale de l'aube à fabriquer, avec une partie renflée 130 formée par une partie de la surépaisseur 103 et située à un emplacement correspondant à la position du pied de l'aube à fabriquer. Une préforme fibreuse 200 de l'aube à fabriquer est ensuite obtenue par moulage avec déformation de la bande 102 pour reproduire le profil incurvé et vrillé de la pale de l'aube comme illustré sur la figure 4, suivi de l'application de chaleur pour provoquer un frittage. On obtient ainsi une préforme avec une partie 220 de préforme de pale et une partie 230 de préforme de pied (avec préforme d'échasse). Plus précisément, la préforme fibreuse 200 est obtenue par densification de l'ébauche fibreuse 100 par une matrice. La densification de l'ébauche fibreuse consiste à combler la porosité de l'ébauche, dans tout ou partie du volume de celle-ci, par le matériau constitutif de la matrice. La matrice du matériau composite constituant l'aube peut être obtenue de façon connue en soi suivant le procédé par voie liquide, qui consiste à imprégner l'ébauche fibreuse par une suspension aqueuse contenant des particules en céramique oxyde (barbotine), destinées à former le matériau de la matrice après frittage. La préforme est placée dans un moule pouvant être fermé de manière étanche et présentant un logement ayant la forme de la pièce finale moulée et pouvant notamment présenter une forme vrillée correspondant à la forme définitive de l'aube. Ensuite, on referme le moule et on injecte la suspension aqueuse (barbotine) dans tout le logement pour imprégner toute la partie fibreuse de la préforme. La transformation des particules en matrice oxyde est réalisée par traitement thermique de frittage, généralement effectué hors du moule, de préférence après élimination de l'eau de la barbotine. Si les fils à caractère fugace Fm, Fc2, Fc3, fC1, fC2, fC3 en un premier et en un second matériaux sont en matériau thermo-fusible, les premier et second matériaux sont choisis pour être fusible à une température inférieure, pour le premier matériau, et inférieure ou égale, pour le second matériau, à la température de frittage de la matrice. Nous allons à présent décrire succinctement la fabrication d'une aube en matériau composite alumine/alumine. Les fils de trame et les fils de chaine sont des fils d'alumine de 333 Tex (750 filaments), par exemple les fils NextelTM 610 fabriqués par la société 3M (référence commerciale). Les fils Fcb Fc2, Fc3, fcb f2 et fc3 en un premier et en un second matériaux à caractère fugace sont en matériaux thermo-fusibles, par exemple des fils polymère, par exemple l'acétate de polyvinyle ou le polyéthylène, pour les fils Fcl, FC2 et FC3, et des fils métalliques (par exemple en aluminium) ou en carbone, pour les fils fo., f2 et fc3. Les fils fo., f2 et fc3 sont enroulés autour des fils Fo., F2 et Fc3 (on parle aussi de co-twistage du fil métallique ou carbone sur le fil polymère) et on procède au tissage de ces fils avec les fils de trame et les fils de chaine afin de réaliser une ébauche fibreuse de l'aube. On peut ensuite éventuellement procéder au déguipage et au désensimage de ces fils. Puis, on met en forme l'ébauche fibreuse en préforme et on procède à la première imprégnation de la préforme avec de la barbotine d'alumine. La figure 8a représente de manière schématique un fil fc1 (fil métalliq ue ou carbone) enroulé autour d'un fil Fc1 (fil polymère) dans une préforme de l'aube (la préforme a été tronquée pour mieux voir les fils fc1 et Fm). Les fils en polymère peuvent être éliminés par un traitement thermique à une température moyenne (550°C-1000°C), suffisante pour détruire les fils en polymère sans détruire les fils métalliques ou carbone. Cette température est également suffisante pour obtenir un frittage partiel de la matrice, suffisant pour maintenir la structure de la pièce en prenant des précautions de manipulations adéquates. Bien évidemment, on peut également choisir des fils métalliques ou carbone ayant une température de fusion supérieure à 1200°C (correspondant à la température de frittage de la matrice d'alumine) si l'on souhaite obtenir un frittage complet de la structure, à l'issue de l'élimination des fils en premier matériau. La figure 8b représente l'aube après les étapes de première imprégnation de la préforme et de premier frittage, ayant conduit à l'élimination du fil Fc1 et à la formation d'un premier canal interne 21. On procède ensuite à une deuxième imprégnation de la préforme, afin d'améliorer l'imprégnation à coeur, en faisant pénétrer la barbotine par les canaux libérés 21 par la destruction des fils de polymère. L'opération de frittage est alors répétée (température comprise entre 600°C et 1000°C ou égale à 1200°C selon la composition des fils métalliques ou en carbone). Pour terminer, les fils métalliques ou en carbone sont éliminés par une attaque chimique (par exemple à l'aide d'un composé basique, par exemple du NaOH ou KOH, pour des fils en aluminium), formant ainsi de nouveaux canaux, qui vont servir de canaux de refroidissement de l'aube.
Eventuellement, une nouvelle opération de frittage est réalisée à la température de frittage de la matrice, 1200°C par exemple pour une matrice en alumine. La figure 8c représente l'aube après les étapes de ré-imprégnation de la préforme et de traitement chimique, ayant conduit à la formation d'un canal 31. Après l'élimination des fils fo., f2 et fc3, on obtient l'aube 10 de la figure 1, c'est-à-dire une aube présentant une forme vrillée et comportant trois canaux internes 31 à 33 de forme hélicoïdale. REFERENCES CITEES [1] FR 2 955 609 [2] WO 2006/136755 'o

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une aube (10) de turbomachine en un matériau composite, qui comprend un renfort fibreux densifié par une matrice obtenue par frittage de particules et qui présente au moins un canal de refroidissement (31; 32; 33), le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) la mise en forme d'une ébauche fibreuse (100) pour obtenir une préforme (200) de l'aube (10) à réaliser, ladite ébauche fibreuse comprenant une première pluralité de fils et une deuxième pluralité de fils tissés entre eux, les fils de la première pluralité de fils étant disposés en couches successives (CH, C12, C13) et s'étendant dans la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse qui correspond à la direction longitudinale de l'aube (10) à fabriquer, au moins une couche de fils (C12) de la première pluralité de fils située dans la partie interne de l'ébauche fibreuse comportant un ou plusieurs fils en un premier matériau à caractère fugace (Fm ; F2 ; Fc3) et au moins un fil en un premier matériau à caractère fugace étant entouré, selon sa direction longitudinale, par un fil en un second matériau à caractère fugace ; b) une première densification de la préforme (200) comprenant une première imprégnation de la préforme avec une suspension aqueuse contenant des particules de la matrice et un premier frittage de la préforme imprégnée à une température (T01) pour obtenir une aube (10) ayant un renfort fibreux constitué par ladite préforme et densifié par la matrice ; c) l'élimination du ou des fils en un premier matériau à caractère fugace (Fm ; F2 ; Fc3) pour former un ou plusieurs canaux internes (21) dans l'aube ; d) une deuxième densification de la préforme comprenant une deuxième imprégnation de la préforme avec une suspension aqueuse contenant des particules de la matrice, la suspension aqueuse étant introduite par le ou les canaux internes formés à l'étape c) et un deuxième frittage de la préforme ainsi imprégnée à une température (T02); e) l'élimination du ou des fils en un second matériau à caractère fugace pour former un ou plusieurs canaux de refroidissement (31, 32, 33) dans l'aube ;f) un troisième frittage de la matrice à une température supérieure ou égale à la température de frittage de la matrice, dans le cas où la température du deuxième frittage (T02) serait inférieure à la température de frittage de la matrice (Tfrittage)-
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second matériaux à caractère fugace sont des matériaux choisis parmi des matériaux thermo-fusibles, des matériaux éliminables par un agent chimique et des matériaux éliminables par combustion sous air, ces matériaux étant non solubles dans la suspension aqueuse et ayant respectivement une température de fusion ou de combustion (T1) et 1 0 (T2), avec (T1) inférieure à (T2).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les étapes b) et c) sont concomitantes. 15
  4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape c) est réalisée par traitement thermique à une température supérieure ou égale à la température de fusion ou de combustion des fils en un premier matériau et inférieure à la température de fusion ou de combustion des fils en un second matériau et l'étape e) est réalisée par traitement thermique à une température supérieure ou égale à 20 la température de fusion ou de combustion des fils en un second matériau ou par application d'un agent chimique .
  5. 5. Procédé selon à la revendication 4, caractérisé en ce que, les températures de fusion ou de combustion des premier et second matériaux à caractère 25 fugace (T1) et (T2) étant inférieures à la température de frittage de la matrice (Tfrittage), le premier frittage est réalisé à une température supérieure à la température de fusion ou de combustion du premier matériau (Tfusion 1) et inférieure ou égale à la température de fusion ou de combustion du second matériau (Tfusion 2) et le deuxième frittage est réalisé à une température inférieure à la température de fusion ou de combustion du second 30 matériau (Tfusion 2).
  6. 6. Procédé selon à la revendication 4, caractérisé en ce que, les températures de fusion ou de combustion du premier (T1) et du second (T2) matériau à caractère fugace étant respectivement inférieure ou égale et supérieure à la température de frittage de la matrice, le premier frittage est réalisé à une température supérieure à la température de fusion ou de combustion du premier matériau (T1) et inférieure ou égale à la température frittage de la matrice (Tfratage) et le deuxième frittage est réalisé à une température inférieure ou égale à la température de frittage de la matrice (rfrittage)-
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les particules de la suspension aqueuse sont en un matériau céramique oxyde, de préférence en alumine.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les fils de la première pluralité de fils autres que les fils en un premier matériau à caractère fugace et en un second matériau à caractère fugace, ainsi que les fils de la deuxième pluralité de fils sont en un matériau céramique oxyde, de préférence en alumine.
  9. 9. Aube (10) de turbomachine en matériau composite oxyde/oxyde comprenant un renfort fibreux (200) densifié par une matrice, le renfort fibreux comprenant une première pluralité de fils et une deuxième pluralité de fils tissés les uns avec les autres, les fils de ladite première pluralité de fils étant disposés en couches successives (CH, C12, C13) et s'étendant dans la direction longitudinale de l'ébauche fibreuse (200) correspondant à la direction longitudinale de l'aube (10), l'aube comprenant en outre un ou plusieurs canaux de refroidissement (31, 32, 33) s'étendant dans la direction longitudinale de l'aube, l'aube étant caractérisée en ce que le ou les canaux de refroidissement (31, 32, 33) ont une forme hélicoïdale.
  10. 10. Aube selon la revendication 9, caractérisée en ce que les fils de la première pluralité de fils et les fils de la deuxième pluralité de fils sont en alumine et la matrice du matériau composite est en alumine.
  11. 11. Turbomachine équipée d'une aube selon la revendication 9 ou 10 ou fabriquée selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 8.
FR1261838A 2012-12-10 2012-12-10 Procede de realisation d'une aube de turbomachine en materiau composite oxyde/oxyde munie de canaux internes Active FR2999173B1 (fr)

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