FR3032965A1 - Procede de fabrication d’un corps poreux en materiau composite a matrice ceramique, et attenuateur acoustique comprenant un tel corps poreux - Google Patents

Procede de fabrication d’un corps poreux en materiau composite a matrice ceramique, et attenuateur acoustique comprenant un tel corps poreux Download PDF

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Abstract

Procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique, comprenant les étapes successives consistant à : - déposer dans un moule (2) des granulats formés par un matériau de remplissage temporaire fugitif, ces granulats constituant un ou plusieurs groupes de granulats en contact entre eux ; - filtrer au moyen d'un vecteur liquide le matériau destiné à former la matrice céramique à travers les interstices formés entre les granulats de matériau de remplissage fugitif ; - procéder si nécessaire suivant le type de vecteur liquide, à son élimination ; et - à procéder au frittage du matériau de la matrice céramique à une température permettant l'élimination du matériau de remplissage fugitif, pour former une matrice en matériau céramique (30) remplissant l'ensemble des volumes laissés libres entre les granulats.

Description

1 La présente invention concerne le domaine des panneaux d'atténuation acoustique, notamment destinés à équiper les zones chaudes d'éjection des gaz d'un turboréacteur d'aéronef. L'invention concerne plus spécifiquement un procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite céramique, ainsi qu'un panneau d'atténuation acoustique réalisé avec ce procédé, et un turboréacteur d'aéronef comportant un tel panneau. Les turboréacteurs comportent des surfaces de guidage aérodynamiques de l'écoulement des gaz chauds éjectés, qui peuvent être soumises à des températures élevées pouvant dépasser 600°C, et atteindre dans certains cas 1000°C.
Pour réduire les bruits émis par le turboréacteur en fonctionnement, il est connu de réaliser les surfaces de guidage aérodynamiques par des panneaux acoustiques comportant une structure du type sandwich composée d'un matériau d'âme recouvert par deux peaux. L'âme centrale comporte des parois transversales formant un grand 15 nombre de cellules fermées, qui peuvent présenter en particulier une forme en nid d'abeille. La peau avant tournée vers la source sonore, présente des passages de gaz formés par des micro-perforations, débouchant dans des cavités résonnantes formées par les cellules fermées de l'âme centrale, pour constituer des résonateurs de 20 Helmholtz réalisant une atténuation des émissions acoustiques émises par le turboréacteur. On peut réaliser les peaux et l'âme alvéolaire dans des matériaux métalliques. Cependant dans le domaine aéronautique où le gain de masse est un souci constant, les panneaux acoustiques en matériaux métalliques ajoutent un poids 25 qui est pénalisant. Il est également connu de réaliser un panneau d'atténuation acoustique poreux, comprenant une âme formée par une mousse poreuse comprenant un grand nombre de perforations sur le côté tournée vers l'émission acoustique. En particulier il est connu d'utiliser pour ces panneaux un matériau 30 céramique, qui permet un gain de masse par rapport aux matériaux métalliques habituellement utilisés. Toutefois les solutions connues pour réaliser ces panneaux ne sont pas idéales en ce qui concerne les performances ainsi que la simplicité de fabrication. Or il existe un besoin de disposer d'une solution permettant de fabriquer 35 de manière simple des panneaux d'atténuation acoustique en matériau composite à 3032965 2 matrice céramique « CMC », comportant une structure poreuse adaptée à l'atténuation acoustique. La présente invention visant notamment à pallier les inconvénients de l'art antérieur, se rapporte à cet effet à un procédé de fabrication d'un panneau 5 d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique, comprenant les étapes suivantes successives consistant à : - déposer dans un moule des granulats formés par un matériau de remplissage temporaire fugitif, ces granulats constituant un ou plusieurs groupes de granulats en contact entre eux ; 10 - filtrer au moyen d'un vecteur liquide le matériau destiné à former la matrice céramique, à travers les interstices formés entre les granulats de matériau de remplissage fugitif ; - procéder si nécessaire suivant le type de vecteur liquide, à son élimination ; et - à procéder au frittage du matériau de la matrice céramique à une température permettant l'élimination du matériau de remplissage fugitif, pour former une matrice en matériau céramique remplissant l'ensemble des volumes laissés libres entre les granulats. Un avantage de ce procédé de fabrication est qu'en adaptant la taille, la densité et la répartition des granulats, avec des granulats en surface pour former une porosité de la surface supérieure du panneau, et avec le contact entre eux des granulats d'un groupe, on obtient en une seule opération simple et économique, après l'élimination au moins partielle, et de préférence totale du matériau de remplissage fugitif lors du frittage de la matrice, un corps poreux à matrice céramique formant un panneau d'atténuation acoustique, comprenant des réseaux de cavités débouchant sur le dessus formés par chaque groupe de granulats. De plus en déposant des granulats adaptés localement en taille et en densité, on obtient un réseau de cavités structuré permettant de contrôler dans l'épaisseur la porosité du panneau, pour optimiser ses caractéristiques mécaniques et 30 acoustiques. Le procédé de fabrication selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le procédé de fabrication utilise pour le matériau de remplissage fugitif des granulats un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières 35 plastiques thermoplastiques et thermodurcissables. 3032965 3 En particulier, la matrice peut comprendre au moins deux matériaux céramiques différents. On adapte ainsi les caractéristiques locales de la matrice suivant les contraintes. Avantageusement, les granulats de matériaux de remplissage présentent 5 un diamètre compris entre environ 100 et 500um. Avantageusement, le panneau présente un taux de porosité volumique supérieur à 74%. En particulier, le panneau peut comporter des cavités sensiblement sphériques dont le diamètre est compris entre environ 200 et 400um, ce panneau 10 présentant un taux de porosité volumique compris entre 80 et 98%. Avantageusement, les granulats de matériau de remplissage présentent une forme sensiblement sphérique comportant des facettes planes. On peut ainsi facilement empiler les granulats avec à la fois une surface de contact importante entre eux donnant une bonne communication entre les porosités, et un taux de porosité 15 élevé. En particulier, le procédé de fabrication peut comporter localement la dépose de granulats suivant des caractéristiques variées, comprenant notamment des variations de dimension, de densité ou de répartition. En complément, le procédé de fabrication peut comporter la dépose de 20 renforts fibreux dans la matrice, comprenant un volume supérieur à 20% du volume total de cette matrice. L'invention a aussi pour objet un panneau d'atténuation acoustique constitué d'un corps poreux, qui est obtenu par un procédé comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. 25 L'invention a de plus pour objet un ensemble propulsif d'aéronef (c'est-à dire l'ensemble formé par un turboréacteur équipé de sa nacelle, cet ensemble pouvant inclure le mât moteur), l'ensemble propulsif comportant un ou plusieurs panneaux d'atténuation acoustique comprenant l'une quelconque des caractéristiques définies ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un panneau acoustique préparé avec un procédé selon l'invention ; - la figure 2 présente un granulat de matériaux de remplissage fugitif pour réaliser un panneau acoustique ; 3032965 4 - la figure 3 présente un ensemble de ces granulats assemblés avant la filtration de la matrice ; - la figure 4 présente le matériau destiné à former la matrice, filtré autour des granulats ; 5 - la figure 5 présente la matrice autour d'un granulat ; et - les figures 6 et 7 présentent l'ensemble de la matrice respectivement pour une rangée de granulats et pour un bloc. La figure 1 présente un panneau acoustique réalisé sur un moule 2, comportant une matrice en matériau céramique 30, notamment du type oxyde 10 métallique, remplissant tout l'espace autour d'un ensemble de cavités sensiblement sphériques 4, reliées les unes aux autres pour former un réseau de cavités. Le réseau de cavités 4 débouche sur la surface supérieure 10 par des petites perforations 8 formées sur les cavités supérieures, constituant une porosité de cette surface.
15 Suivant les caractéristiques mécaniques que l'on souhaite obtenir, la matrice en matériau céramique 30 peut être renforcée de fibres en matériau céramique, notamment du type oxyde métallique, comportant des fibres longues ou des fibres courtes. Chaque cavité 4 est formée par un granulat réalisé dans un matériau de 20 remplissage fugitif. L'ensemble des granulats est déposé dans le moule 2 destiné à former le panneau, en choisissant localement des dimensions et une densité adaptées en fonction de qualités acoustiques et des caractéristiques mécaniques particulières que l'on souhaite obtenir à cet endroit. On choisit le matériau de remplissage fugitif pour obtenir son élimination 25 au moins partielle, et de préférence totale, lors de l'opération de frittage en température de la matrice en matériau céramique qui remplira les espaces libres, cette élimination se faisant notamment par combustion, oxydation, fusion, évaporation ou sublimation. En particulier on peut utiliser pour le matériau de remplissage fugitif un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques 30 thermoplastiques (telles que le polyéthylène), les matières plastiques thermodurcissables (par exemple à base d'époxy), ou les métaux à bas point de fusion (par exemple à base d'aluminium, de plomb ou d'étain). Les figures 2 et 3 présentent un granulat 20 comportant une forme sensiblement sphérique comprenant un diamètre compris entre environ 100 et 35 500um, sur laquelle huit grandes facettes planes 22 ont été formées, ainsi que six petites facettes 24 intercalées entre ces grandes facettes.
3032965 5 Avantageusement on utilise des granulats présentant un diamètre compris entre environ 200 et 400um. On peut ainsi les empiler pour obtenir des couches successives de granulats 20. Au sein de cet empilement, les grandes facettes 22 et les petites facettes 5 24 d'un granulat sont en contact respectivement avec les grandes facettes 22 et les petites facettes 24 des granulats adjacents. Le procédé de fabrication du panneau acoustique comporte une première étape de dépose dans le moule 2 des granulats 20, en adaptant leurs dimensions à l'intérieur des plages de dimension données ci-dessus, ainsi que la 10 densité. Les granulats 20 constituent sur l'ensemble du panneau un ou plusieurs groupes de granulats en contact entre eux, chaque groupe disposant au moins d'une ouverture 8 sur la face supérieure du panneau 10. Les granulats 20 peuvent être déposés au préalable dans le moule 2 qui 15 est ouvert, ou être injectés par un point d'injection dans le moule fermé au préalable. On réalise lors de ces opérations les spécificités de répartition des granulats par zone si nécessaire. D'une manière générale les granulats 20 occupent un volume compris entre 74 et 99% du volume global du panneau, formant le taux de porosité volumique 20 final du panneau. Avantageusement les granulats 20 occupent un volume compris entre 85 et 95% du volume global. En complément on peut ajouter une deuxième série de granulats de petite dimension, comportant un diamètre réduit permettant de les insérer à l'intérieur des espaces laissés libres entre plusieurs granulats 20 de la première série 25 de gros granulats. On peut aussi écarter les gros granulats 20, ou disposer plus de deux séries de granulats de dimensions différentes. En variante on peut déposer dans le moule 2 des blocs de granulats 20 déjà agglomérés ensemble suivant une disposition optimisée, suivant un format prévu pour remplir ce moule.
30 La figure 4 présente l'étape suivante comportant une filtration au moyen d'un vecteur liquide du matériau destiné à former la matrice céramique 26, qui remplit entièrement tous les interstices formés entre les granulats 20 de matériau de remplissage fugitif. On choisit en particulier un liquide compatible avec le matériau de 35 remplissage fugitif des granulats 20, pour ne pas se mélanger avec ce matériau et le dissoudre.
3032965 6 En complément on peut ajouter dans le vecteur liquide des fibres en matériau céramique, notamment du type oxyde métallique, qui vont donner après le frittage une matrice en matériau composite céramique. Dans ce cas la proportion de fibres dans la matrice en volume est avantageusement supérieure à 20% du volume 5 total de cette matrice. En variante on peut ajouter des fibres en matériau céramique dans les interstices entre les granulats 20 par tout autre procédé. On peut notamment introduire des fibres dans le moule 2 en même temps que les granulats 20 En complément les fibres en matériau céramique ajoutées peuvent être 10 enduites d'une suspension de poudre céramique, ou d'une résine précéramique, qui formera la matrice après l'opération de frittage. Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape si nécessaire de séchage du vecteur liquide pour laisser seulement le matériau destiné à former la matrice céramique 26, ou une polymérisation pour une résine précéramique, à une 15 température inférieure à la température d'élimination du matériau de remplissage fugitif. On a ensuite une étape de frittage du matériau de la matrice céramique à une température permettant l'élimination au moins partielle, et de préférence totale du matériau de remplissage fugitif, pour former une matrice en matériau céramique 20 légère et résistante, remplissant l'ensemble des volumes laissés libres entre les granulats 20. La figure 5 présente une forme élémentaire de matrice 30 restant autour d'un granulat 20, comportant des grandes surfaces ouvertes 32 correspondant aux grandes facettes planes 22 du granulat, et des petites surfaces ouvertes 34 25 correspondant à ses petites facettes 24. Les figures 6 et 7 présentent l'assemblage des formes élémentaires de matrice 30 entre elles, constituant un réseau de cavités comportant un volume important, avec une résistance mécanique suffisante donnée par l'ensemble des cloisons reliées entre elles.
30 Avantageusement, la matrice et, le cas échéant, les renforts fibreux, sont en oxyde métallique. En variante, la forme, la densité, l'agencement spatial des granulats sont variables suivant les propriétés mécaniques et acoustiques locales recherchées.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes consistant à : - déposer dans un moule (2) des granulats (20) formés par un matériau de remplissage temporaire fugitif, ces granulats constituant un ou plusieurs groupes de granulats en contact entre eux ; - filtrer au moyen d'un vecteur liquide le matériau destiné à former la 10 matrice céramique à travers les interstices formés entre les granulats de matériau de remplissage fugitif (20) ; - procéder si nécessaire suivant le type de vecteur liquide, à son élimination ; et - à procéder au frittage du matériau de la matrice céramique à une 15 température permettant l'élimination du matériau de remplissage fugitif, pour former une matrice en matériau céramique (30) remplissant l'ensemble des volumes laissés libres entre les granulats.
  2. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 20 utilise pour le matériau de remplissage fugitif des granulats (20) un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques thermoplastiques et thermodurcissables.
  3. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 25 que la matrice est en matériau céramique de type oxyde métallique.
  4. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice comprend au moins deux matériaux céramiques différents. 30
  5. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les granulats de matériaux de remplissage (22) présentent un diamètre compris entre environ 100 et 500um. 35
  6. 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que le panneau présente un taux de porosité volumique supérieur à 74%. 3032965 8
  7. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le panneau comporte des cavités (4) sensiblement sphériques dont le diamètre est compris entre environ 200 et 400pm, ce panneau présentant un taux de porosité 5 volumique compris entre 80 et 98%.
  8. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les granulats de matériau de remplissage (20) présentent une forme sensiblement sphérique comportant des facettes planes (22, 10 24).
  9. 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte localement la dépose de granulats (20) suivant des caractéristiques variées, comprenant des variations de dimension, de 15 densité ou de répartition.
  10. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte la dépose de renforts fibreux dans la matrice (30), comprenant un volume supérieur à 20% du volume total de cette 20 matrice.
  11. 11. Panneau d'atténuation acoustique constitué d'un corps poreux, caractérisé en ce que ce corps poreux est obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25
  12. 12. Ensemble propulsif d'aéronef comportant un ou plusieurs panneaux d'atténuation acoustique réalisés par un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10.
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FR1557078A Pending FR3032965A1 (fr) 2015-07-24 2015-07-24 Procede de fabrication d’un corps poreux en materiau composite a matrice ceramique, et attenuateur acoustique comprenant un tel corps poreux

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