FR3044022A1 - Dispositif pour le revetement d'un ou plusieurs fils par un procede de depot en phase vapeur - Google Patents

Dispositif pour le revetement d'un ou plusieurs fils par un procede de depot en phase vapeur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) pour le revêtement d'un ou plusieurs fils par un procédé de dépôt en phase vapeur, comportant au moins : - une chambre de traitement (4) définissant au moins une première zone de traitement (4a) dans laquelle au moins un fil est destiné à être revêtu par mise en œuvre d'un procédé de dépôt en phase vapeur, un système de convoyage (6) configuré pour transporter ledit au moins un fil au moins au travers de la première zone (4a) le long d'un axe de convoyage (Y), - un premier dispositif d'injection configuré pour injecter une première phase gazeuse de traitement (10a) dans la première zone (4a) au travers d'au moins un premier orifice d'entrée (7a), et - un premier dispositif d'évacuation configuré pour évacuer la première phase gazeuse résiduelle (11a) hors de la première zone (4a) au travers d'au moins un premier orifice de sortie (8a), le premier orifice d'entrée (7a) et le premier orifice de sortie (8a) étant situés en regard l'un de l'autre et étant alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage (Y).

Description

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne des dispositifs et procédés pour le revêtement d'un ou plusieurs fils par un procédé de dépôt en phase vapeur.
Les matériaux composites à matrice céramique (CMC) sont mis en oeuvre à des températures de fonctionnement relativement élevées. Ces matériaux comportent un renfort fibreux formé de fils en matériau céramique ou en carbone présent au sein d'une matrice céramique.
Lors de la réalisation de pièces en CMC, une texture fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce peut tout d'abord être obtenue par exemple par tissage tridimensionnel. Cette texture fibreuse est ensuite mise en forme afin d'obtenir une préforme fibreuse ayant une forme voisine de celle de la pièce à fabriquer. La préforme est alors densifiée afin de former la matrice et ainsi obtenir la pièce finale, la matrice peut par exemple être en tout ou partie formée par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Infiltration » ; « CVI ») ou d'infiltration à l'état fondu (« Melt-Infiltration » ; « MI ») par exemple. Les fils peuvent avant l'étape de mise en forme textile (tissage, tressage...) avoir été revêtus d'un revêtement d'interphase permettant de retarder la rupture de fibres des fils par des fissures qui s'amorcent initialement au sein de la matrice. Le revêtement d'interphase de défragilisation peut, par exemple, être formé d'un matériau de structure lamellaire qui, lorsqu'une fissure parvient à l'interphase, est capable de dissiper l'énergie de fissuration par une déliaison localisée à l'échelle atomique de sorte que la fissure se trouve déviée au sein de l'interphase. Des matériaux constitutifs d’une interphase de défragilisation peuvent par exemple être le carbone pyrolytique (PyC) et le nitrure de bore (BN) qui présentent une structure lamellaire. Le revêtement d'interphase peut par exemple être formé par dépôt chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Déposition » ; « CVD »), infiltration chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Infiltration ») ou encore par voie liquide.
Des dispositifs aptes à réaliser le revêtement en continu d'une pluralité de fils par une interphase par dépôt chimique en phase vapeur ont été proposés dans la littérature. De tels dispositifs peuvent comporter une chambre de traitement au travers de laquelle une pluralité de fils à revêtir sont transportés par entrainement par un système de poulies. Un mélange réactif gazeux est injecté dans la chambre de traitement au travers d'un orifice d'entrée afin former sur les fils le revêtement d'interphase par dépôt chimique en phase vapeur. Le mélange réactif gazeux n'ayant pas réagi ainsi que les sous-produits de réaction sont pompés au travers d'un orifice de sortie lequel est décalé de l'orifice d'entrée le long de l'axe longitudinal de la chambre de traitement. Dans de tels dispositifs, le mélange gazeux injecté s'écoule le long de l'axe longitudinal de la chambre de traitement jusqu'à être pompé au travers de l'orifice de sortie. Des revêtements d'interphase multicouches peuvent être réalisés en plaçant en série plusieurs unités de ce type comprenant un dispositif d'injection d'une phase gazeuse ainsi qu'un dispositif d'évacuation de la phase gazeuse résiduelle.
Toutefois, la fiabilité des procédés connus peut être améliorée dans la mesure où, dans ces procédés, il peut être difficile de maintenir une tension de fils adéquate par le système de poulies et où des vitesses de défilement des fils relativement élevées peuvent être mises en œuvre lesquelles peuvent aboutir à la sortie de certains fils des gorges des poulies de convoyage.
En outre, dans le cas où des revêtements multicouches sont formés, il peut y avoir mélange entre différentes phases gazeuses injectées lesquelles sont chacune destinées à former une couche distincte du revêtement multicouches, ce qui peut être problématique lorsque l'obtention d'interfaces nettes entre les différentes couches du revêtement est recherchée.
Il existe donc un besoin pour fournir des dispositifs permettant d'améliorer la fiabilité des procédés de revêtement d'un ou plusieurs fils par dépôt en phase vapeur.
Il existe, en outre, un besoin pour fournir des dispositifs permettant, si cela est souhaité, de réduire le phénomène de mélange de phases gazeuses rencontré dans les dispositifs de l'art antérieur lorsque des revêtements multicouches sont formés.
Objet et résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un dispositif pour le revêtement d'un ou plusieurs fils par un procédé de dépôt en phase vapeur, comportant au moins : une chambre de traitement définissant au moins une première zone de traitement dans laquelle au moins un fil est destiné à être revêtu par mise en œuvre d'un procédé de dépôt en phase vapeur, un système de convoyage configuré pour transporter ledit au moins un fil au moins au travers de la première zone le long d'un axe de convoyage, un premier dispositif d'injection configuré pour injecter une première phase gazeuse de traitement dans la première zone au travers d'au moins un premier orifice d'entrée, et un premier dispositif d'évacuation configuré pour évacuer la première phase gazeuse résiduelle hors de la première zone au travers d'au moins un premier orifice de sortie, le premier orifice d'entrée et le premier orifice de sortie étant situés en regard l'un de l'autre et étant alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage.
Le dispositif selon l'invention présente avantageusement une longueur ainsi qu'un encombrement réduits. L'invention permet, du fait de la longueur réduite du dispositif, d'imposer plus facilement une tension de fil adéquate lors du dépôt en phase vapeur. En outre, le fait que la chambre de traitement présente une longueur réduite par rapport aux dispositifs de l'art antérieur permet avantageusement de mettre en œuvre des vitesses de défilement plus faibles sans pour autant augmenter la durée de traitement des fils, ce qui permet avantageusement de réduire le risque que le ou les fils ne se désolidarisent du système de convoyage. En outre, la première zone de traitement dans laquelle le dépôt en phase vapeur est destiné à être effectué est localisée au niveau des premiers orifices d'entrée et de sortie et présente une longueur réduite par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. L'invention permet ainsi de contrôler de manière plus fiable les conditions du dépôt en phase vapeur dans la zone de dépôt étant donné la longueur réduite de celle-ci. Le dispositif selon l'invention permet ainsi du fait de sa longueur réduite de mettre en oeuvre des procédés de revêtement d'un ou plusieurs fils par dépôt en phase vapeur avec une fiabilité améliorée.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif peut en outre comporter : un deuxième dispositif d'injection configuré pour injecter une deuxième phase gazeuse de traitement dans une deuxième zone de traitement de la chambre de traitement au travers d'au moins un deuxième orifice d'entrée, les première et deuxième zones étant décalées le long de l'axe de convoyage, et un deuxième dispositif d'évacuation configuré pour évacuer la deuxième phase gazeuse résiduelle hors de la deuxième zone au travers d'au moins un deuxième orifice de sortie, le deuxième orifice d'entrée et le deuxième orifice de sortie étant situés en regard l'un de l'autre et étant alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif peut, en outre, comporter : un dispositif d'injection d'une phase gazeuse inerte configuré pour injecter une phase gazeuse inerte dans une zone barrière de la chambre de traitement située entre les première et deuxième zones le long de l'axe de convoyage, et un dispositif d'évacuation de la phase gazeuse inerte configuré pour évacuer la phase gazeuse inerte hors de la zone barrière.
La phase gazeuse inerte présente dans la zone barrière fait office de « rideau gazeux » permettant, si cela est souhaité, de réduire, voire d'éviter, le mélange entre les première et deuxième phases gazeuses.
Dans un exemple de réalisation, le système de convoyage comporte un élément de réglage de la vitesse de défilement dudit au moins un fil au travers de la chambre de traitement.
Une telle caractéristique permet avantageusement de facilement faire varier l'épaisseur de la ou des couches formée(s) en modifiant la vitesse de défilement dudit au moins un fil au travers de la première zone et éventuellement de la deuxième zone lorsque cette dernière est présente.
Le dispositif peut en outre comporter un système de chauffage configuré pour chauffer la première et/ou la deuxième zone de traitement.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif peut comporter un élément ajouré présent dans la chambre de traitement entourant latéralement la première zone de traitement et des joints d'étanchéité présents entre ledit élément ajouré et une paroi de la chambre de traitement, ledit élément ajouré et lesdits joints d'étanchéité étant configurés pour canaliser l'écoulement de la première phase gazeuse depuis le premier orifice d'entrée vers la première zone et pour canaliser l'écoulement de la première phase gazeuse résiduelle depuis la première zone vers le premier orifice de sortie.
La présente invention vise également un procédé de revêtement d'un ou plusieurs fils par un procédé de dépôt en phase vapeur mettant en œuvre un dispositif tel que décrit plus haut, le procédé comportant les étapes suivantes : injection de la première phase gazeuse dans la première zone de traitement par le premier dispositif d'injection au travers du premier orifice d'entrée, transport d'au moins un fil au moins au travers de la première zone de traitement par le système de convoyage afin de former une première couche sur ledit au moins un fil par dépôt en phase vapeur à partir de la première phase gazeuse injectée, et évacuation de la première phase gazeuse résiduelle hors de la première zone de traitement au travers du premier orifice de sortie.
Le dépôt de la première couche peut avoir lieu alors que ledit au moins un fil est mis en mouvement par le système de convoyage au travers de la première zone de traitement.
Dans un exemple de réalisation, le procédé peut en outre comporter les étapes suivantes : injection de la deuxième phase gazeuse dans la deuxième zone de traitement par le deuxième dispositif d'injection au travers du deuxième orifice d'entrée, transport dudit au moins un fil revêtu de la première couche provenant de la première zone de traitement au travers de la deuxième zone de traitement par le système de convoyage afin de former par dépôt en phase vapeur à partir de la deuxième phase gazeuse injectée une deuxième couche sur la première couche, et évacuation de la deuxième phase gazeuse résiduelle hors de la deuxième zone de traitement au travers du deuxième orifice de sortie.
Le dépôt de la deuxième couche peut avoir lieu alors que ledit au moins un fil est mis en mouvement par le système de convoyage au travers de la deuxième zone de traitement.
Dans un exemple de réalisation, ledit au moins un fil peut être transporté en continu par le système de convoyage au travers de la chambre de traitement. En d'autres termes, ledit au moins un fil ne s'arrête pas lors de son trajet au travers de la chambre de traitement. Dans ce cas, ledit au moins un fil est, sur toute la durée de son trajet au travers de la chambre de traitement, animé d'une vitesse non nulle.
Dans un exemple de réalisation, ledit au moins un fil peut effectuer un unique passage au travers de la chambre de traitement. Ainsi, ledit au moins un fil peut traverser une unique fois la première zone, et la deuxième zone ainsi que la zone barrière éventuellement présentes.
Le procédé de dépôt en phase vapeur mis en œuvre peut être un dépôt chimique en phase vapeur (« CVD »), un dépôt chimique en phase vapeur réactive (« Reactive Chemical Vapor Déposition » ; « RCVD ») ou un dépôt physique en phase vapeur (« Physical Vapor Déposition » ; « PVD »).
Dans un exemple de réalisation, la première couche et/ou la deuxième couche peut être formée par dépôt chimique en phase vapeur (addition de matière sur la surface des fils) ou dépôt chimique en phase vapeur réactive (transformation de la matière présente à la surface des fils).
Dans un exemple de réalisation, la première couche peut être une couche d'un revêtement d'interphase. Dans ce cas, la deuxième couche peut être formée sur la première couche et la deuxième couche peut être une couche d'un revêtement d'interphase.
La première et/ou la deuxième couche d'un revêtement d'interphase est, par exemple, en pyrocarbone (PyC), nitrure de bore (BN), carbone dopé au bore (BC), nitrure de silicium (Si3N4) ou en carbure mixte de bore et de silicium (Si-B-C).
La présente invention vise également un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes : revêtement d'une pluralité de fils par un revêtement d'interphase au moins par mise en œuvre d'un procédé tel que décrit plus haut, formation d'une préforme fibreuse par mise en œuvre d'une ou plusieurs opérations textiles à partir des fils ainsi revêtus par le revêtement d'interphase, et densification de la préforme fibreuse par une matrice afin d'obtenir une pièce en matériau composite.
De préférence, la préforme fibreuse est obtenue par tissage, par exemple par tissage tridimensionnel, à partir des fils revêtus par le revêtement d'interphase.
La matrice peut comporter un matériau céramique comme du carbure de silicium ou être en carbone. La matrice peut être formée par tout type de procédé connu comme l'infiltration chimique en phase vapeur (« Chemical Vapor Infiltration ») ou l'infiltration à l'état fondu (« Melt-Infiltration »), par exemple.
La pièce formée peut, par exemple, être une aube de turbomachine ou un secteur d'anneau de turbine, par exemple.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe le long de l'axe de convoyage d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement une section du dispositif de la figure 1 perpendiculairement à l'axe de convoyage, et - la figure 3 représente un détail du dispositif de la figure 1, - la figure 4 représente une variante de dispositif selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
On a représenté à la figure 1 un dispositif 1 selon l'invention permettant le revêtement d'un substrat 2 sous la forme d'une pluralité de fils 2i,..., 2n (voir figure 2) par un procédé de dépôt en phase vapeur.
Le dispositif 1 comporte une chambre de traitement 4 définissant une première zone de traitement 4a dans laquelle les fils 2lf..., 2n sont destinés à être revêtus par mise en œuvre d'un procédé de dépôt en phase vapeur. Les fils 2i, ..., 2n destinés à être revêtus dans la première zone de traitement 4a ne sont pas liés entre eux (en particulier ces fils ne sont pas tissés, tricotés ou tressés). Ces fils 2i,2n n'ont pas subi d'opération textile et ne forment pas une structure fibreuse. Dans l'exemple illustré, la chambre de traitement 4 présente sur tout ou partie de sa longueur une section de forme circulaire (voir figure 2). Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque la chambre de traitement présente sur tout ou partie de sa longueur une section ayant une autre forme comme une forme polygonale, par exemple carrée, ou elliptique. La chambre de traitement 4 s'étend entre une première extrémité d'entrée 5a et une deuxième extrémité de sortie 5b le long d'un axe longitudinal X représenté dans l'exemple illustré comme rectiligne. Dans des variantes non illustrées, l'axe longitudinal de la chambre de traitement peut avoir une forme curviligne ou de ligne brisée.
La chambre de traitement 4 peut, par exemple, présenter une longueur li supérieure ou égale à 0,5 mètre et par exemple comprise entre 0,5 mètre et 5 mètres. La longueur li de la chambre de traitement 4 correspond à la distance séparant l'extrémité d'entrée 5a de l'extrémité de sortie 5b mesurée le long de l'axe longitudinal X. La première zone de traitement 4a peut quant à elle présenter une longueur la mesurée le long de l'axe longitudinal X supérieure ou égale à 0,01 mètre et par exemple comprise entre 0,01 mètre et 0,2 mètre.
Le dispositif 1 comporte, en outre, un système de convoyage 6 comprenant, dans l'exemple illustré, une première poulie 6a située en regard de l'extrémité d'entrée 5a ainsi qu'une deuxième poulie 6b située en regard de l'extrémité de sortie 5b. Les fils 2i... 2n sont tendus entre les première et deuxième poulies 6a et 6b et sont tendus entre les extrémités d'entrée et de sortie 5a et 5b (voir figures 1 et 2). Le système de convoyage 6 est configuré pour transporter les fils 2i, ..., 2n dans la chambre de traitement 4 au travers de la première zone 4a le long d'un axe de convoyage Y. L'axe de convoyage Y est, dans l'exemple illustré, parallèle à l'axe longitudinal X mais on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque ce n'est pas le cas. L'axe de convoyage Y est représenté comme rectiligne à la figure 1. Dans des variantes non illustrées, l'axe de convoyage Y a une autre forme comme une forme de ligne brisée, par exemple.
Le système de convoyage 6 est configuré pour transporter les fils 2i, ..., 2n au travers de la chambre de traitement 4 sur toute la longueur li de celle-ci. Les fils 2i ... 2n peuvent être formés d'un matériau céramique, par exemple d'un matériau oxyde, nitrure, carbure, par exemple de carbure de silicium (SiC). En variante, les fils 2i ... 2n peuvent être des fils de carbone. Dans un exemple de réalisation, une partie des fils 2i ... 2nest formée d'un matériau céramique et une partie des fils 2i... 2n est en carbone.
Le dispositif 1 comporte en outre un premier dispositif d'injection (non représenté) configuré pour injecter une première phase gazeuse de traitement 10a dans la première zone 4a au travers de l'orifice d'entrée 7a ainsi qu'un premier dispositif d'évacuation (non représenté) configuré pour évacuer la première phase gazeuse résiduelle hors de la première zone 4a au travers de l'orifice de sortie 8a. Le premier dispositif d'évacuation est configuré pour évacuer la première phase gazeuse résiduelle hors de la chambre de traitement 4. Afin de réaliser l'évacuation de la première phase gazeuse résiduelle, l'orifice de sortie 8a est en relation avec des moyens d'aspiration tels qu'une pompe à vide (non représentée). Le premier orifice d'entrée 7a et le premier orifice de sortie 8a sont situés en regard l'un de l'autre et sont alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage Y. En d'autres termes, les orifices d'entrée 7a et de sortie 8a sont alignés le long d'un axe Z perpendiculaire à l'axe de convoyage Y. La première zone 4a est située entre le premier orifice d'entrée 7a et le premier orifice de sortie 8a. Dans l'exemple illustré, le premier orifice d'entrée 7a et ie premier orifice de sortie 8a débouchent au niveau de la paroi 3 délimitant la chambre de traitement 4. Dans l'exemple illustré, le premier orifice d'entrée 7a est diamétralement opposé au premier orifice de sortie 8a. Dans l'exemple illustré, le premier orifice d'entrée 7a et le premier orifice de sortie 8a sont symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe de convoyage Y.
Le dispositif 1 comporte en outre un deuxième dispositif d'injection (non représenté) configuré pour injecter une deuxième phase gazeuse de traitement 10b dans une deuxième zone de traitement 4b de la chambre de traitement 4 au travers d'un deuxième orifice d'entrée 7b. Cette deuxième zone 4b est destinée à être traversée par les fils 2i ... 2n lors de leur transport par le système de convoyage 6. Lors de leur transport par le système de convoyage 6, les fils 2i ... 2n traversent la première zone 4a puis la deuxième zone 4b. Les première et deuxième zones 4a et 4b sont espacées le long de l'axe de convoyage Y. Le deuxième orifice d'entrée 7b est décalé du premier orifice d'entrée 7a le long de l'axe de convoyage Y.
Le dispositif 1 comporte en outre un deuxième dispositif d'évacuation (non représenté) configuré pour évacuer la deuxième phase gazeuse résiduelle 10b hors de la deuxième zone 4b au travers de l'orifice de sortie 8b. Le deuxième dispositif d'évacuation est configuré pour évacuer la deuxième phase gazeuse résiduelle hors de la chambre de traitement 4. Le deuxième orifice de sortie 8b est décalé du premier orifice de sortie 8a le long de l'axe de convoyage Y. L'agencement relatif des deuxièmes orifices d'entrée et de sortie 7b et 8b est identique à celui des premiers orifices d'entrée et de sortie 7a et 8a décrit plus haut. En particulier, le deuxième orifice d'entrée 7b et le deuxième orifice de sortie 8b sont situés en regard l'un de l'autre et sont alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage Y. La deuxième zone 4b est située entre le premier orifice d'entrée 7b et le premier orifice de sortie 8b. Dans l'exemple illustré, le deuxième orifice d'entrée 7b et le deuxième orifice de sortie 8b débouchent au niveau de la paroi 3 délimitant la chambre de traitement 4. Le gradient de pression entre le premier orifice d'entrée 7a et le premier orifice de sortie 8a est dirigé perpendiculairement à l'axe de convoyage Y. De même, le gradient de pression entre le deuxième orifice d'entrée 7b et entre le deuxième orifice de sortie 8b est dirigé perpendiculairement à l'axe de convoyage Y. La deuxième zone de traitement 4b peut quant à elle présenter une longueur lb mesurée le long de l'axe longitudinal X supérieure ou égale à 0,01 mètre et par exemple comprise entre 0,01 mètre et 0,2 mètre.
Le dispositif 1 comporte, en outre, un dispositif d'injection d'une phase gazeuse inerte (non représenté) configuré pour injecter une phase gazeuse inerte 10c dans une zone barrière 4c de la chambre de traitement 4 située entre les première 4a et deuxième 4b zones le long de l'axe de convoyage Y. La zone barrière 4c est destinée à être traversée par les fils 2i... 2n lors de leur transport par le système de convoyage 6. Les fils 2i... 2n traversent successivement la première zone 4a, puis la zone barrière 4c puis la deuxième zone 4b lors de leur transport par le système de convoyage 6. La phase gazeuse inerte 10c est injectée au travers d'au moins un orifice d'entrée 7c de la phase gazeuse inerte. La phase gazeuse inerte 10c est évacuée hors de la zone barrière 4c et hors de la chambre de traitement 4 par un dispositif d'évacuation de la phase gazeuse inerte (non représenté) au travers d'au moins un orifice de sortie 8c de la phase gazeuse inerte. Le premier orifice d'entrée 7a, l'orifice d'entrée 7c de la phase gazeuse inerte ainsi que le deuxième orifice d'entrée 7b sont positionnés de manière décalée le long de l'axe de convoyage Y. L'orifice d'entrée 7c de la phase gazeuse inerte est situé entre les premier et deuxième orifices d'entrée 7a et 7b le long de l'axe de convoyage Y. De même, le premier orifice de sortie 8a, l'orifice de sortie 8c de la phase gazeuse inerte ainsi que le deuxième orifice de sortie 8b sont positionnés de manière décalée le long de l'axe de convoyage Y. L'orifice de sortie 8c de la phase gazeuse inerte est situé entre les premier et deuxième orifices de sortie 8a et 8b le long de l'axe de convoyage Y. Dans l'exemple illustré, l'orifice d'entrée 7c et l'orifice de sortie 8c sont situés en regard l'un de l'autre et sont alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage Y. La phase gazeuse inerte peut par exemple comporter du N2 et/ou de l'argon (Ar).
Le dispositif 1 illustré à la figure 1 comporte une chambre de traitement 4 définissant deux zones de traitement 4a et 4b, une couche distincte étant formée par un procédé de dépôt en phase vapeur dans chacune de ces zones 4a et 4b. Un tel dispositif 1 permet de former un revêtement bicouches sur les fils 2i ... 2n par dépôt en phase vapeur. La présence de la zone barrière 4c permet quant à elle d'éviter un mélange des première et deuxième phases gazeuses et permet ainsi d'obtenir une interface nette entre les deux couches formées dans les première et deuxième zones 4a et 4b. Dans une variante non illustrée, la chambre de traitement définit une unique zone de traitement, un tel dispositif permettant de former un revêtement monocouche sur les fils par dépôt en phase vapeur. En variante encore, la chambre de traitement définit au moins trois zones de traitement afin de former un revêtement comprenant au moins trois couches. Dans une variante non illustrée, on peut s'affranchir de la présence de la zone barrière 4c, notamment lorsque l'on cherche à obtenir une évolution progressive de la composition du revêtement entre les différentes couches formées.
On a représenté à la figure 3 un détail du dispositif de la figure 1 au niveau de la première zone de traitement 4a étant entendu que la même structure est présente au niveau de la deuxième zone de traitement 4b. Le dispositif comprend un système de chauffage configuré pour chauffer la première zone de traitement afin de réaliser le dépôt en phase vapeur. Plus précisément, un suscepteur 15 est présent dans la chambre de traitement 4 et entoure la première zone 4a. Le suscepteur 15 chauffe la première zone 4a afin de réaliser le dépôt en phase vapeur et est couplé inductivement avec un inducteur 13 situé à l'extérieur de la chambre de traitement 4. Le suscepteur 15 présente une pluralité d'ajours traversants 15a permettant d'assurer une communication fluidique entre le premier orifice d'entrée 7a et la zone de traitement 4a et entre la zone de traitement 4a et le premier orifice de sortie 8a. Ainsi, la première zone de traitement 4a est délimitée latéralement par le suscepteur 15. Des joints d'étanchéité amont 16a et aval 16b sont présents entre le suscepteur 15 et la paroi 3 de la chambre de traitement 4 afin de canaliser la première phase gazeuse 10a vers la première zone 4a et afin de canaliser la première phase gazeuse résiduelle lia vers l'orifice de sortie 8a.
Lors de la mise en œuvre du procédé de revêtement en phase vapeur, la première phase gazeuse 10a est injectée au travers de l'orifice d'entrée 7a et s'écoule ensuite au travers des ajours 15a du suscepteur 15 afin de pénétrer dans la première zone 4a dans laquelle le dépôt en phase vapeur est réalisé. La phase gazeuse résiduelle lia s'écoule ensuite au travers des ajours 15a du suscepteur en direction de l'orifice de sortie 8a afin d'être évacuée. Du fait de l'aspiration réalisée au niveau du premier orifice de sortie 8a, la première phase gazeuse s'écoule perpendiculairement à l'axe de convoyage Y sur tout son trajet au travers de la première zone 4a. Ainsi, la première phase gazeuse ne se déplace pas le long de l'axe de convoyage Y lorsqu'elle s'écoule dans la première zone 4a. La première zone 4a est délimitée le long de l'axe de convoyage Y par les joints d'étanchéité amont et aval 16a et 16b. En d'autres termes, la longueur la de la première zone 4a est inférieure ou égale à la distance d séparant le joint d'étanchéité amont 16a du joint d'étanchéité aval 16b, la longueur la et la distance d étant mesurées le long de l'axe de convoyage Y.
De la même manière qu'à la figure 3, il a été représenté à la figure 4 un détail d'un dispositif selon l'invention au niveau de la première zone de traitement 4a étant entendu que la même structure est présente au niveau de la deuxième zone de traitement 4b. Dans cette variante, le suscepteur 15' est présent à l'extérieur de la chambre de traitement 4 et entoure la première zone 4a. Le suscepteur 15' chauffe la paroi 3 délimitant la chambre de traitement 4 afin de chauffer la première zone 4a et réaliser le dépôt en phase vapeur. Le suscepteur 15' est couplé inductivement avec un inducteur 13 situé lui aussi à l'extérieur de la chambre de traitement 4. Le suscepteur 15' n'est pas ajouré dans l'exemple illustré. Une grille ajourée 17 présentant une pluralité d'ajours traversants 17a est présente dans la chambre de traitement 4 et permet d'assurer une communication fluidique entre le premier orifice d'entrée 7a et la zone de traitement 4a et entre la zone de traitement 4a et le premier orifice de sortie 8a. Ainsi, la première zone de traitement 4a est délimitée latéralement par la grille ajourée 17. Des joints d'étanchéité amont 16a et aval 16b sont présents entre la grille ajourée 17 et la paroi 3 de la chambre de traitement 4 afin de canaliser la première phase gazeuse 10a vers la première zone 4a et afin de canaliser la première phase gazeuse résiduelle lia vers l'orifice de sortie 8a.
Lors de la mise en œuvre du procédé de revêtement en phase vapeur, la première phase gazeuse 10a est injectée au travers de l'orifice d'entrée 7a et s'écoule ensuite au travers des ajours 17a de la grille ajourée 17 afin de pénétrer dans la première zone 4a dans laquelle le dépôt en phase vapeur est réalisé. La phase gazeuse résiduelle lia s'écoule ensuite au travers des ajours 17a de la grille ajourée 17 en direction de l'orifice de sortie 8a afin d'être évacuée. Du fait de l'aspiration réalisée au niveau du premier orifice de sortie 8a, la première phase gazeuse s'écoule perpendiculairement à l'axe de convoyage Y sur tout son trajet au travers de la première zone 4a. Ainsi, la première phase gazeuse ne se déplace pas le long de l'axe de convoyage Y lorsqu'elle s'écoule dans la première zone 4a. La première zone 4a est délimitée le long de l'axe de convoyage Y par les joints d'étanchéité amont et aval 16a et 16b. En d'autres termes, la longueur la de la première zone 4a est inférieure ou égale à la distance d séparant le joint d'étanchéité amont 16a du joint d'étanchéité aval 16b, la longueur la et la distance d étant mesurées le long de l'axe de convoyage Y. La configuration illustrée à la figure 4 permet avantageusement de disposer d'un volume accru pour la première zone 4a du fait du positionnement du suscepteur 15' à l'extérieur de la chambre de traitement 4.
Afin de réaliser le revêtement de fils 2U ..., 2n par un revêtement d'interphase, il est possible de mettre en œuvre le procédé suivant. Les fils 2i, ..., 2n sont tout d'abord transportés au travers de la première zone 4a. La première phase gazeuse 10a est injectée au travers du premier orifice d'entrée 7a par le premier dispositif d'injection alors que les fils 2i, ..., 2n sont transportés continûment au travers de la première zone 4a. Le traitement par la première phase gazeuse 10a permet de former sur les fils 2i, ..., 2n, lors de leur transport au travers de la première zone 4a, une première couche d'un revêtement d'interphase par dépôt chimique en phase vapeur à partir de la première phase gazeuse. Les fils revêtus de la première couche du revêtement d'interphase traversent ensuite la zone barrière 4c puis sont transportés par le système de convoyage 6 jusqu'à la deuxième zone de traitement 4b. Dans cette deuxième zone 4b, une deuxième phase gazeuse de traitement 10b est injectée au travers du deuxième orifice d'entrée 7b par le deuxième dispositif d'injection afin de former, sur les fils revêtus de la première couche, une deuxième couche d'un revêtement d'interphase par dépôt chimique en phase vapeur à partir de la deuxième phase gazeuse. Les phases gazeuses 10a et 10b permettant le dépôt chimique en phase vapeur comprennent un ou plusieurs précurseurs du matériau de la couche à former. Les phases gazeuses 10a et 10b peuvent comporter un unique gaz ou un mélange de gaz. Lorsqu'un revêtement d'interphase en carbone est destiné à être formé, les phases gazeuses peuvent comporter un ou plusieurs hydrocarbures gazeux, par exemple choisis parmi le méthane, l'éthane, le propane et le butane. Les phases gazeuses peuvent en variante comporter un précurseur gazeux d'un matériau céramique comme du méthyltrichlorosilane. Afin de réaliser un dépôt donné, le choix du ou des précurseurs à mettre en œuvre ainsi que les conditions de pression et de température à imposer dans la chambre de traitement 4 font partie des connaissances générales de l'homme du métier. Les fils 2\, 2n sont transportés en continu par le système de convoyage 6 entre la première extrémité d'entrée 5a et la deuxième extrémité de sortie 5b de la chambre de traitement 4. En outre, les fils 2i, ..., 2n effectuent un unique passage au travers de la chambre de traitement 4 dans l'exemple illustré (pas de retour vers la première extrémité 5a une fois que les fils ont atteint la deuxième extrémité 5b). A titre d'exemple, la vitesse de défilement imposée aux fils 2i, ..., 2n durant tout ou partie de leur trajet au travers de la chambre de traitement 4 peut être supérieure ou égale à 0,01 mètre/minute. La vitesse de défilement imposée aux fils 2if ..., 2n durant tout ou partie de leur trajet au travers de la chambre de traitement 4 peut être inférieure ou égale à 2 mètres/minute et par exemple être comprise entre 0,01 mètre/minute et 2 mètres/minute. Comme mentionné plus haut, le système de convoyage 6 peut avantageusement comporter un élément de réglage de la vitesse de défilement des fils 2i, ..., 2n au travers de la chambre de traitement 4. En faisant varier la vitesse de défilement des fils 2i, / 2n, un utilisateur peut ainsi modifier le temps de séjour des fils dans la ou les zones de traitement et par conséquent modifier l'épaisseur de la ou des couches formées sur les fils. Une fois la vitesse de défilement fixée, l'homme du métier est en mesure de déterminer à partir de ses connaissances générales les valeurs des débits des phases gazeuses à mettre en œuvre afin d'obtenir le dépôt en phase vapeur recherché. A titre d'exemple, le débit de la première phase gazeuse injectée et/ou le débit de la deuxième phase gazeuse injectée peut être supérieur ou égal à 0,02 litre/minute, par exemple compris entre 0,02 litre/minute et 10 litres/minute.
Exemple
Un revêtement d'interphase de nitrure de bore (BN) a été déposé par un procédé de dépôt en phase vapeur sur une pluralité de fils défilant dans une zone de traitement d'une chambre de traitement. Les fils sont des fils de carbone ou des fils en matériau céramique (fils SiC ou Si- C-0, comme des fils Nicalon®, Hi-Nicalon® ou Hi-Nicalon® Type S de la société Nippon Carbon). Une phase gazeuse de traitement a été injectée dans la zone de traitement au travers d'au moins un orifice d'entrée et la phase gazeuse résiduelle a été évacuée de ladite zone au travers d'au moins un orifice de sortie, l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie étant situés en regard l'un de l'autre et étant alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage. La valeur de la vitesse de défilement des fils dans la zone de traitement a été imposée à 50 millimètres/minute. La longueur de chauffe (i.e. la longueur du suscepteur) était de 220 mm et le diamètre du suscepteur était de 24 mm. Le suscepteur était ajouré et placé à l'intérieur de la chambre de traitement. Les paramètres suivants ont été imposés pour réaliser le dépôt en phase vapeur : - température de 1100°C, - coefficient alpha (correspondant au rapport (débit volumique de NH3)/(débit volumique de BCb)) de 1,3, - coefficient bêta (correspondant au rapport (débit volumique de H2)/(débit volumique de BCI3 + débit volumique de NH3)) de 1, - pression totale de 0,2 kPa, - temps de séjour de 87 millisecondes, - durée du traitement de 300 minutes.
Plus précisément, les débits suivants ont été imposés pour la phase gazeuse de traitement : - Η2 : 24,45cm3/min - NH3 : 13,82cm3/min - BCI3 : 10,63cm3/min - Total : 48,89cm3/min
Ces conditions de traitement ont permis d'obtenir un revêtement d'interphase de nitrure de bore ayant une épaisseur de 300nm hautement cristallisé et homogène, concentrique dans son épaisseur et sa longueur de dépôt. L'expression « compris(e) entre ... et ...» ou « allant de ... à ...» doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (1) pour le revêtement d'un ou plusieurs fils (2i ; ... ; 2n) par un procédé de dépôt en phase vapeur, comportant au moins : une chambre de traitement (4) définissant au moins une première zone de traitement (4a) dans laquelle au moins un fil (2i ; ... ; 2n) est destiné à être revêtu par mise en œuvre d'un procédé de dépôt en phase vapeur, un système de convoyage (6) configuré pour transporter ledit au moins un fil (2i ; ... ; 2n) au moins au travers de la première zone (4a) le long d'un axe de convoyage (Y), un premier dispositif d'injection configuré pour injecter une première phase gazeuse de traitement (10a) dans la première zone (4a) au travers d'au moins un premier orifice d'entrée (7a), et un premier dispositif d'évacuation configuré pour évacuer la première phase gazeuse résiduelle (lia) hors de la première zone (4a) au travers d'au moins un premier orifice de sortie (8a), le premier orifice d'entrée (7a) et le premier orifice de sortie (8a) étant situés en regard l'un de l'autre et étant alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage (Y).
  2. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, comportant en outre : un deuxième dispositif d'injection configuré pour injecter une deuxième phase gazeuse de traitement (10b) dans une deuxième zone de traitement (4b) de la chambre de traitement (4) au travers d'au moins un deuxième orifice d'entrée (7b), les première (4a) et deuxième zones (4b) étant décalées le long de l'axe de convoyage (Y), et un deuxième dispositif d'évacuation configuré pour évacuer la deuxième phase gazeuse résiduelle (11b) hors de la deuxième zone (4b) au travers d'au moins un deuxième orifice de sortie (8b), le deuxième orifice d'entrée (7b) et le deuxième orifice de sortie (8b) étant situés en regard l'un de l'autre et étant alignés perpendiculairement à l'axe de convoyage (Y).
  3. 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, comportant en outre : un dispositif d'injection d'une phase gazeuse inerte configuré pour injecter une phase gazeuse inerte (10c) dans une zone barrière (4c) de la chambre de traitement (4) située entre les première (4a) et deuxième (4b) zones le long de Taxe de convoyage (Y), et un dispositif d'évacuation de la phase gazeuse inerte configuré pour évacuer la phase gazeuse inerte (10c) hors de la zone barrière (4c).
  4. 4. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le système de convoyage comporte un élément de réglage de la vitesse de défilement dudit au moins un fil (2i ;... ; 2n) au travers de la chambre de traitement (4).
  5. 5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un élément ajouré (15 ; 17) présent dans la chambre de traitement (4) entoure latéralement la première zone de traitement (4) et dans lequel des joints d'étanchéité (16a ; 16b) sont présents entre ledit élément ajouré (15 ; 17) et une paroi (3) de la chambre de traitement (4), ledit élément ajouré (15 ; 17) et lesdits joints d'étanchéité (16a ; 16b) étant configurés pour canaliser l'écoulement de la première phase gazeuse (10a) depuis le premier orifice d'entrée (7a) vers la première zone (4a) et pour canaliser l'écoulement de la première phase gazeuse résiduelle (lia) depuis la première zone (4a) vers le premier orifice de sortie (8a).
  6. 6. Procédé de revêtement d'un ou plusieurs fils (2i ;... ; 2n) par un procédé de dépôt en phase vapeur mettant en œuvre un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, le procédé comportant les étapes suivantes : injection de la première phase gazeuse (10a) dans la première zone de traitement (4a) par le premier dispositif d'injection au travers du premier orifice d'entrée (7a), transport d'au moins un fil (2i ; ... ; 2n) au moins au travers de la première zone de traitement (4a) par le système de convoyage (6) afin de former une première couche sur ledit au moins un fil (2i ; ... ; 2n) par dépôt en phase vapeur à partir de la première phase gazeuse injectée (10a), et évacuation de la première phase gazeuse résiduelle (lia) hors de la première zone de traitement (4a) au travers du premier orifice de sortie (8a).
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, comportant en outre les étapes suivantes : injection de la deuxième phase gazeuse (10b) dans la deuxième zone de traitement (4b) par le deuxième dispositif d'injection au travers du deuxième orifice d'entrée (7b), transport dudit au moins un fil (2i ; ... ; 2n) revêtu de la première couche provenant de la première zone de traitement (4a) au travers de la deuxième zone de traitement (4b) par le système de convoyage (6) afin de former par dépôt en phase vapeur à partir de la deuxième phase gazeuse injectée (10b) une deuxième couche sur la première couche, et évacuation de la deuxième phase gazeuse résiduelle (11b) hors de la deuxième zone de traitement (4b) au travers du deuxième orifice de sortie (8b).
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, dans lequel ledit au moins un fil (2i ; ... ; 2n) est transporté en continu par le système de convoyage (6) au travers de la chambre de traitement (4).
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel ledit au moins un fil (2i ; ... ; 2n) effectue un unique passage au travers de la chambre de traitement (4).
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel la première couche et/ou la deuxième couche est formée par dépôt chimique en phase vapeur ou dépôt chimique en phase vapeur réactive.
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, la première couche étant une couche d'un revêtement d'interphase.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, la deuxième couche étant formée sur la première couche et la deuxième couche étant une couche d'un revêtement d'interphase.
  13. 13. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes : revêtement d'une pluralité de fils (2i ; ... ; 2n) par un revêtement d'interphase au moins par mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, formation d'une préforme fibreuse par mise en œuvre d'une ou plusieurs opérations textiles à partir des fils ainsi revêtus par le revêtement d'interphase, et densification de la préforme fibreuse par une matrice afin d'obtenir une pièce en matériau composite.
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