FR3071867A1 - AUBE CERAMIC MATRIX COMPOSITE AND PROCESS FOR PRODUCING SUCH A BLADE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une aube (14), notamment pour une turbomachine, comportant un corps (21) profilé en matériau composite à matrice céramique, comprenant une zone interne creuse (25) s'étendant selon l'axe (Y) de l'aube (14), la surface interne du corps (21) comportant un revêtement (26) apte à former une barrière thermique, ainsi qu'un procédé de réalisation d'une telle aubeThe invention relates to a blade (14), in particular for a turbomachine, comprising a body (21) made of ceramic matrix composite material, comprising a hollow internal zone (25) extending along the axis (Y) of the vane (14), the inner surface of the body (21) having a coating (26) capable of forming a thermal barrier, and a method for producing such a dawn
Description
AUBE COMPOSITE A MATRICE CERAMIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION D’UNE TELLE AUBECOMPOSITE BLADE WITH CERAMIC MATRIX AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A BLADE
La présente invention concerne une aube, notamment pour une turbomachine, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une telle aube.The present invention relates to a blade, in particular for a turbomachine, as well as to a method for manufacturing such a blade.
L’aube selon l’invention est notamment destinée à équiper un stator de turbine, en particulier d’une turbine basse pression d’une turbomachine.The blade according to the invention is in particular intended to equip a turbine stator, in particular a low pressure turbine of a turbomachine.
Une turbine comporte classiquement plusieurs étages successifs, chaque étage comportant une roue à aubes mobiles appartenant à un rotor et un distributeur comprenant des aubes fixes appartenant à un stator. Les aubes fixes sont maintenues par un anneau intérieur et un anneau extérieur de manière à former le distributeur.A turbine conventionally comprises several successive stages, each stage comprising a moving blade wheel belonging to a rotor and a distributor comprising fixed blades belonging to a stator. The fixed vanes are held by an inner ring and an outer ring so as to form the distributor.
Les aubes fixes sont généralement creuses et métalliques. Chaque aube comporte des perçages débouchant dans la zone interne creuse et sur la surface externe de l’aube, c’est-à-dire au niveau de la surface d’intrados, de la surface d’extrados, du bord d’attaque et/ou du bord de fuite.The fixed blades are generally hollow and metallic. Each blade has holes opening into the hollow inner zone and onto the outer surface of the blade, that is to say at the level of the lower surface, of the upper surface, of the leading edge and / or the trailing edge.
De l’air frais provenant du compresseur basse pression de la turbomachine est amené dans la zone creuse de chaque aube avant d’être évacué dans la veine de la turbine, au travers des perçages.Fresh air from the low pressure compressor of the turbomachine is brought into the hollow area of each blade before being discharged into the turbine stream, through the bores.
Cet air permet notamment de refroidir les aubes fixes.This air makes it possible in particular to cool the stationary blades.
En effet, en fonctionnement, les aubes fixes sont soumises à des températures de l’ordre de 1200°C par exemple, c’est-à-dire à des températures supérieures à la température de fusion du matériau utilisé pour leur réalisation.In fact, in operation, the fixed blades are subjected to temperatures of the order of 1200 ° C. for example, that is to say to temperatures higher than the melting temperature of the material used for their production.
Le débit nécessaire pour refroidir les aubes fixes est relativement important, ce qui pénalise les performances de la turbomachine.The flow required to cool the stationary blades is relatively high, which penalizes the performance of the turbomachine.
L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.The object of the invention is in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem.
A cet effet, elle propose une aube, notamment pour une turbomachine, comportant un corps profilé en matériau composite à matrice céramique, comprenant une zone interne creuse s’étendant selon l’axe de l’aube, la surface interne du corps comportant un revêtement apte à former une barrière thermique.To this end, it offers a blade, in particular for a turbomachine, comprising a profiled body of composite material with ceramic matrix, comprising a hollow internal zone extending along the axis of the blade, the internal surface of the body comprising a coating. able to form a thermal barrier.
L’utilisation d’un matériau composite à matrice céramique (ou CMC) permet de résister à des températures de fonctionnement élevées.The use of a ceramic matrix composite (or CMC) material can withstand high operating temperatures.
Un tel matériau présente cependant un allongement à la rupture relativement faible (de l’ordre de 0,05%). Il convient donc d’éviter les phénomènes de dilatations différentielle, dus notamment à des gradients de température élevés.However, such a material has a relatively low elongation at break (of the order of 0.05%). It is therefore advisable to avoid the phenomena of differential expansion, due in particular to high temperature gradients.
Le revêtement formant une barrière thermique permet de limiter de tels gradients au sein du matériau composite à matrice céramique et donc d’éviter toute dégradation ou rupture de l’aube.The coating forming a thermal barrier makes it possible to limit such gradients within the ceramic matrix composite material and therefore to avoid any deterioration or breakage of the blade.
Le revêtement peut comporter au moins une première couche d’un premier matériau appliquée sur la surface interne du corps, apte à former une sous-couche, et une seconde couche d’un second matériau appliquée sur la première couche.The coating may comprise at least a first layer of a first material applied to the internal surface of the body, capable of forming an undercoat, and a second layer of a second material applied to the first layer.
L’utilisation d’une sous-couche permet de faciliter l’adhésion de la seconde couche sur le corps.The use of an undercoat facilitates the adhesion of the second layer on the body.
La première couche peut être une sous-couche à base de silicium, par exemple en silicium pur.The first layer may be a silicon-based sublayer, for example made of pure silicon.
La première couche peut être déposée par projection thermique (plasma, par projection par Flamme Supersonique ou HVOF (« High Velocity Oxy-Fuel ») ou à l’arc), par voie liquide (siliciuration liquide) ou par électrodéposition.The first layer can be deposited by thermal spraying (plasma, by spraying by Supersonic Flame or HVOF ("High Velocity Oxy-Fuel") or by arc), by liquid way (liquid siliciding) or by electrodeposition.
La première couche peut avoir une épaisseur comprise entre 20 et 300 pm, de préférence de l’ordre de 50 pm.The first layer may have a thickness of between 20 and 300 μm, preferably of the order of 50 μm.
La présence de la sous-couche permet d’éviter tout phénomène de délaminage aux températures de fonctionnement au sein de la veine primaire, pouvant atteindre 1200°C par exemple au niveau de la turbine basse pression.The presence of the sub-layer makes it possible to avoid any delamination phenomenon at operating temperatures within the primary vein, which can reach 1200 ° C. for example at the level of the low pressure turbine.
La seconde couche peut être réalisée à base de disilicate d’yttrium ou de silicate d’ytterbium.The second layer can be made from yttrium disilicate or ytterbium silicate.
La seconde couche peut avoir une épaisseur comprise entre 500 et 800 pm.The second layer can have a thickness of between 500 and 800 μm.
Les matériaux précités de la première couche et de la seconde couche permettent d’obtenir des résultats satisfaisants en terme de protection thermique. Ils permettent par ailleurs d’éviter l’oxydation du corps, une telle oxydation engendrant une dégradation prématurée dudit corps.The aforementioned materials of the first layer and of the second layer make it possible to obtain satisfactory results in terms of thermal protection. They also make it possible to avoid oxidation of the body, such oxidation causing premature degradation of said body.
Le corps peut être réalisé à base de fibres de carbure de silicium incorporées dans une matrice à base de carbure de silicium.The body can be made from silicon carbide fibers incorporated in a matrix based on silicon carbide.
L’invention concerne également une turbine pour turbomachine comportant au moins une aube du type précité.The invention also relates to a turbine for a turbomachine comprising at least one blade of the aforementioned type.
L’invention concerne par ailleurs un procédé de fabrication d’une aube du type précité, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à :The invention also relates to a process for manufacturing a blade of the aforementioned type, characterized in that it comprises the steps consisting in:
(a) réaliser un noyau, par exemple un noyau métallique ou en graphite, de préférence en graphite poreux, (b) recouvrir le noyau d’au moins une couche de revêtement destinée à former un revêtement de type barrière thermique, (c) recouvrir le noyau et le revêtement d’un matériau composite à matrice céramique formant le corps, et (d) retirer le noyau.(a) producing a core, for example a metallic or graphite core, preferably of porous graphite, (b) covering the core with at least one coating layer intended to form a coating of the thermal barrier type, (c) covering the core and the coating of a ceramic matrix composite material forming the body, and (d) removing the core.
Le recouvrement du noyau peut être mis en oeuvre aisément puisqu’il consiste à recouvrir une surface externe du noyau. Par comparaison, il est moins aisé de recouvrir la surface interne d’une pièce creuse.The core covering can be implemented easily since it consists in covering an external surface of the core. By comparison, it is less easy to cover the inner surface of a hollow part.
L’étape (b) peut comporter au moins les sous-étapes :Step (b) can include at least the sub-steps:
(b1) recouvrir le noyau d’une couche d’un matériau à base de disilicate d’yttrium ou silicate d’ytterbium destiné à former la seconde couche, (b2) recouvrir la couche précitée d’une autre couche d’un matériau à base de silicium, par exemple en silicium pur, destiné à former la première couche ou sous-couche.(b1) cover the core with a layer of a material based on yttrium disilicate or ytterbium silicate intended to form the second layer, (b2) cover the above-mentioned layer with another layer of a material to silicon base, for example in pure silicon, intended to form the first layer or sublayer.
Lors de la sous-étape (b1), la couche peut être déposée par projection plasma, par exemple par projection plasma sous pression atmosphérique.During sub-step (b1), the layer can be deposited by plasma spraying, for example by plasma spraying at atmospheric pressure.
Le procédé de projection plasma sous vide est également connu sous l’acronyme APS pour Atmospheric Plasma Spraying en anglais.The vacuum plasma projection process is also known by the acronym APS for Atmospheric Plasma Spraying in English.
Lors de la sous-étape (b2), la couche peut être déposée par projection plasma, par exemple par projection plasma sous vide.During sub-step (b2), the layer can be deposited by plasma spraying, for example by vacuum plasma spraying.
Le procédé de projection plasma sous vide est également connu sous l’acronyme VPS pourVaccum Plasma Spraying en anglais.The vacuum plasma spraying process is also known by the acronym VPS for Vaccum Plasma Spraying in English.
Lors de l’étape (d), le noyau peut être retiré par attaque chimique, par fusion ou par oxydation sous air.In step (d), the nucleus can be removed by chemical attack, by fusion or by oxidation in air.
L’étape (c), peut comporter au moins les sous-étapes :Step (c) can include at least the sub-steps:
(c1) draper le noyau et le revêtement d’une couche de fibres de renfort, par exemple des fibres à base de carbure de silicium, (c2) imprégner la couche de fibres d’une matrice céramique, par exemple d’une matrice à base de carbure de silicium.(c1) draping the core and the coating with a layer of reinforcing fibers, for example fibers based on silicon carbide, (c2) impregnating the fiber layer with a ceramic matrix, for example a matrix with silicon carbide base.
L’étape (c2) peut être réalisée dans un moule, par exemple à une température comprise entre 700 et 1000°C et par exemple pendant une durée comprise entre 2 heures et 50 heures. La matrice peut présenter une forme gazeuse et/ou liquide.Step (c2) can be carried out in a mold, for example at a temperature between 700 and 1000 ° C and for example for a period between 2 hours and 50 hours. The matrix may have a gaseous and / or liquid form.
L’étape (c1) peut être réalisée par application d’une nappe de chaque côté de l’ensemble formé par le noyau et le revêtement, les nappes se rejoignant au niveau d’un bord d’attaque et d’un bord de fuite.Step (c1) can be carried out by applying a ply on each side of the assembly formed by the core and the coating, the plies meeting at a leading edge and a trailing edge .
Lors de l’étape (c), une partie du matériau composite est en excès, cette partie en excès étant ensuite retirée, par exemple par usinage.During step (c), part of the composite material is in excess, this excess part then being removed, for example by machining.
Le noyau peut être retiré par fusion, par exemple à une température comprise entre 1000°C et 1400°C, par exemple pendant une durée comprise entre quelques minutes et plusieurs heures. L’utilisation d’un drain lors de cette étape peut permettre d’accélérer le retrait du matériau.The core can be removed by fusion, for example at a temperature between 1000 ° C and 1400 ° C, for example for a period between a few minutes and several hours. Using a drain during this step can speed up material removal.
En variante, le revêtement peut être déposé par électrophorèse ou par enduction par trempage (dip coating, en anglais) sur la surface interne du corps de l’aube.As a variant, the coating may be deposited by electrophoresis or by dip coating on the internal surface of the body of the blade.
Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de prévoir la formation d’un 10 noyau, le corps étant directement plongé dans un bain par exemple.In this case, it is not necessary to provide for the formation of a core, the body being directly immersed in a bath for example.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description given by way of nonlimiting example with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 une vue en coupe simplifiée d’une turbomachine,- Figure 1 a simplified sectional view of a turbomachine,
- la figure 2 est une vue en coupe, d’une partie de la turbine basse pression de la turbomachine selon l’invention,FIG. 2 is a sectional view of part of the low pressure turbine of the turbomachine according to the invention,
- la figure 3 est une vue en perspective du noyau,FIG. 3 is a perspective view of the core,
- la figure 4 est une vue en perspective du noyau recouvert de 20 la seconde couche,FIG. 4 is a perspective view of the core covered with the second layer,
- la figure 5 est une vue en perspective du noyau recouvert de la seconde couche et de la première couche,FIG. 5 is a perspective view of the core covered with the second layer and with the first layer,
- la figure 6 est une vue en perspective du noyau recouvert de la seconde couche, de la première couche et d’un matériau composite à matrice céramique,FIG. 6 is a perspective view of the core covered with the second layer, the first layer and a ceramic matrix composite material,
- la figure 7 est une vue en perspective du noyau, desdites seconde et première couche, et du corps,FIG. 7 is a perspective view of the core, of said second and first layers, and of the body,
- la figure 8 est une vue de détail de la figure 6,FIG. 8 is a detailed view of FIG. 6,
- la figure 9 est une vue en perspective de l’aube.- Figure 9 is a perspective view of the dawn.
La figure 1 représente une turbomachine 1 à double flux et à double corps. L’axe de la turbomachine est référencé X. Dans ce qui suit, les termes axial et radial sont définis par rapport à l’axe X.FIG. 1 represents a turbomachine 1 with double flow and with double body. The axis of the turbomachine is referenced X. In what follows, the terms axial and radial are defined relative to the axis X.
La turbomachine 1 comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz au sein de la turbomachine 1, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7.The turbomachine 1 comprises, from upstream to downstream in the direction of flow of the gases within the turbomachine 1, a fan 2, a low pressure compressor 3, a high pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high pressure turbine 6 and a low pressure turbine 7.
L’air issu de la soufflante 2 est divisé en un flux primaire A s’écoulant dans une veine primaire 8, et un flux secondaire B s’écoulant dans une veine secondaire 9.The air from blower 2 is divided into a primary flow A flowing in a primary vein 8, and a secondary flow B flowing in a secondary vein 9.
Le compresseur basse pression 3, le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse pression 7 sont ménagées dans la veine primaire 8.The low pressure compressor 3, the high pressure compressor 4, the combustion chamber 5, the high pressure turbine 6 and the low pressure turbine 7 are formed in the primary stream 8.
La turbine haute pression 6 et le compresseur haute pression 4 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un premier arbre 10 de manière à former un corps haute pression.The high pressure turbine 6 and the high pressure compressor 4 are coupled in rotation via a first shaft 10 so as to form a high pressure body.
La turbine basse pression 7, le compresseur basse pression 3 et la soufflante 2 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un second arbre (non représenté) de manière à former un corps basse pression.The low pressure turbine 7, the low pressure compressor 3 and the blower 2 are coupled in rotation by means of a second shaft (not shown) so as to form a low pressure body.
La figure 2 représente une partie de la turbine basse pression 7 de la turbomachine 1. La turbine basse pression 7 comporte plusieurs étages 11 successifs, chaque étage 11 comportant une roue à aubes mobiles appartenant à un rotor 12 et un distributeur 13 comprenant des aubes fixes 14 appartenant à un stator. Les aubes fixes 14 sont maintenues par un anneau intérieur 15 et un anneau extérieur 16 de manière à former le distributeur 13.FIG. 2 represents a part of the low pressure turbine 7 of the turbomachine 1. The low pressure turbine 7 comprises several successive stages 11, each stage 11 comprising a movable vane wheel belonging to a rotor 12 and a distributor 13 comprising fixed vanes 14 belonging to a stator. The fixed vanes 14 are held by an inner ring 15 and an outer ring 16 so as to form the distributor 13.
Comme indiqué précédemment, le rotor 12 de la turbine basse pression 7 est couplé en rotation au compresseur basse pression 3. Le stator est fixé à un carter 17 (figure 1) de la turbomachine 1.As indicated above, the rotor 12 of the low pressure turbine 7 is coupled in rotation to the low pressure compressor 3. The stator is fixed to a casing 17 (FIG. 1) of the turbomachine 1.
Dans la suite de la description, on s’intéressera plus particulièrement au procédé de fabrication des aubes fixes 14 du distributeur 13.In the following description, we will focus more specifically on the process for manufacturing the stationary vanes 14 of the distributor 13.
Les figures 3 à 9 illustrent différentes étapes successives d’une forme de réalisation d’un tel procédé.Figures 3 to 9 illustrate different successive stages of an embodiment of such a method.
On réalise tout d’abord un noyau 18 métallique, par exemple en silicium, ou en graphite, par exemple en graphite poreux. Le noyau 18 présente une forme profilée et s’étend selon un axe Y.First, a metallic core 18 is produced, for example made of silicon, or of graphite, for example of porous graphite. The core 18 has a profiled shape and extends along a Y axis.
Le noyau 18 est ensuite recouvert d’une couche 19 en un matériau à base de disilicate d’yttrium ou de silicate d’ytterbium.The core 18 is then covered with a layer 19 of a material based on yttrium disilicate or ytterbium silicate.
Cette couche 19 est par exemple déposée par projection plasma, par exemple par projection plasma sous pression atmosphérique.This layer 19 is for example deposited by plasma spraying, for example by plasma spraying at atmospheric pressure.
Le procédé de projection plasma sous pression atmosphérique est également connu sous l’acronyme APS pour Atmospheric Plasma Spraying en anglais.The atmospheric pressure plasma projection process is also known by the acronym APS for Atmospheric Plasma Spraying in English.
Le dépôt par projection thermique atmosphérique est en général préféré au dépôt d'un ciment, car le ciment a tendance à se fissurer à hautes températures. En effet, les dépôts effectués par projection thermique atmosphérique sont plus cohésifs et tenaces. La projection thermique est un groupe de procédés de revêtement de surface dans lesquels de fines particules du matériau à déposer sont déposées dans un état fondu ou semi fondu sur un substrat.The deposition by atmospheric thermal spraying is generally preferred to the deposition of a cement, because the cement tends to crack at high temperatures. Indeed, deposits made by atmospheric thermal spraying are more cohesive and tenacious. Thermal spraying is a group of surface coating processes in which fine particles of the material to be deposited are deposited in a molten or semi-molten state on a substrate.
La projection thermique au plasma consiste à introduire au sein d'un jet très énergétique (un jet de plasma) le matériau à déposer sous forme pulvérulente (c'est-à-dire sous forme de particules, ici de quelques dizaines de microns de diamètre moyen). Les particules sont alors fondues par le jet et simultanément accélérées en direction du noyau 18 à revêtir. Ainsi ces particules s'écrasent sur la surface du noyau 18 sous forme de gouttes, qui se solidifient très rapidement après leur impact par conduction de leur chaleur en formant des lamelles sur la surface du noyau 18. L'empilement de ces lamelles perpendiculairement à la surface du noyau conduit progressivement à la formation du dépôt. La projection est conduite à la pression atmosphérique sous air.Thermal plasma spraying consists in introducing into a very energetic jet (a plasma jet) the material to be deposited in pulverulent form (that is to say in the form of particles, here a few tens of microns in diameter way). The particles are then melted by the jet and simultaneously accelerated towards the core 18 to be coated. Thus these particles are crushed on the surface of the core 18 in the form of drops, which solidify very quickly after their impact by conduction of their heat by forming lamellae on the surface of the core 18. The stacking of these lamellae perpendicular to the surface of the nucleus gradually leads to the formation of the deposit. The projection is carried out at atmospheric pressure in air.
Par exemple, on peut utiliser de la poudre de disilicate d’yttrium de granulométrie comprise entre 5 et 25 microns, que l'on projette au moyen d'une torche à plasma avec un mélange plasmagène (gaz destiné à faciliter le dépôt plasma) argon et hydrogène à 15 à 20% en volume d'hydrogène et une puissance de 40 à 45 kW, sur la surface à revêtir préalablement préchauffée à 750°C. La sous-couche en disilicate d’yttrium peut avoir une épaisseur entre 500 et 800 microns.For example, it is possible to use yttrium disilicate powder with a particle size of between 5 and 25 microns, which is projected by means of a plasma torch with a plasma mixture (gas intended to facilitate plasma deposition) argon and hydrogen at 15 to 20% by volume of hydrogen and a power of 40 to 45 kW, on the surface to be coated previously preheated to 750 ° C. The yttrium disilicate underlayment can be between 500 and 800 microns thick.
La vitesse de croissance de la couche 19 est de l'ordre de 100 microns par minute, par exemple.The growth speed of layer 19 is of the order of 100 microns per minute, for example.
La figure 3 représente le noyau 18 revêtu de la couche 19.FIG. 3 represents the core 18 coated with the layer 19.
Le noyau 18 est ensuite recouvert d’une autre couche 20, réalisée en un matériau à base de silicium, par exemple en silicium pur.The core 18 is then covered with another layer 20, made of a material based on silicon, for example in pure silicon.
Cette couche 20 est par exemple déposée par projection plasma, par exemple par projection plasma sous vide. Le procédé de projection plasma sous vide est également connu sous l’acronyme VPS pour Vaccum Plasma Spraying en anglais.This layer 20 is for example deposited by plasma spraying, for example by vacuum plasma spraying. The vacuum plasma spraying process is also known by the acronym VPS for Vaccum Plasma Spraying in English.
La technique de projection plasma sous vide est une technique de projection thermique à torche à plasma d'arc soufflé, qui se pratique dans une enceinte remplie d'argon à faible pression, c’est-à-dire à pression plus faible que la pression atmosphérique. Cette technique consiste, comme précédemment, à introduire au sein d'un jet de plasma énergétique le matériau à déposer sous forme pulvérulente. La vitesse de croissance du revêtement est de l'ordre de 100 microns par minute.The vacuum plasma spraying technique is a blown arc plasma torch spraying technique, which is practiced in an enclosure filled with argon at low pressure, that is to say at pressure lower than pressure atmospheric. This technique consists, as before, in introducing into a jet of energetic plasma the material to be deposited in powder form. The coating growth rate is of the order of 100 microns per minute.
Par exemple, on peut utiliser de la poudre de silicium de granulométrie comprise entre 5 et 25 microns, que l'on projette dans une enceinte où règne une pression de 120 millibars, au moyen d'une torche à plasma avec un mélange plasmagène (gaz destiné à faciliter le dépôt plasma) argon et hydrogène à 15 à 20% en volume d'hydrogène et une puissance de 40 à 45 kW, sur la surface à revêtir préalablement préchauffée à 750 C. La sous-couche d'accroche en silicium peut avoir une épaisseur entre 50 et 70 microns.For example, silicon powder with a particle size between 5 and 25 microns can be used, which is projected into an enclosure where a pressure of 120 millibars prevails, by means of a plasma torch with a plasma-generating mixture (gas intended to facilitate plasma deposition) argon and hydrogen at 15 to 20% by volume of hydrogen and a power of 40 to 45 kW, on the surface to be coated previously preheated to 750 C. The silicon bonding undercoat can be between 50 and 70 microns thick.
La figure 5 représente le noyau 18 revêtu des couches 19 et 20.FIG. 5 represents the core 18 coated with layers 19 and 20.
Le noyau 18 ainsi revêtu est ensuite recouvert d’un matériau composite à matrice céramique (CMC) destiné à former le corps 21 d’une aube fixe 14.The core 18 thus coated is then covered with a ceramic matrix composite material (CMC) intended to form the body 21 of a fixed vane 14.
Pour cela, le noyau 18 recouvert des deux couches 19, 20 précitées est drapé à l’aide de fibres sous la forme d’un mat ou d’une nappe, l’ensemble étant ensuite disposé dans un moule dans lequel une matrice céramique est ajouté à l’état gazeux et/ou liquide. L’ensemble est ensuite chauffé dans le moule à une température comprise entre 700°C et 1000°C, par exemple pendant une durée comprise entre 2 heures et 50 heures, de façon à procéder à la consolidation de l’ensemble et obtenir une préforme, comme illustré à la figure 5.For this, the core 18 covered with the two aforementioned layers 19, 20 is draped with fibers in the form of a mat or a sheet, the assembly then being placed in a mold in which a ceramic matrix is added in gaseous and / or liquid state. The assembly is then heated in the mold to a temperature between 700 ° C and 1000 ° C, for example for a period between 2 hours and 50 hours, so as to consolidate the assembly and obtain a preform , as shown in Figure 5.
Les fibres sont par exemple réalisées à base de carbure de silicium (SiC), la matrice étant à base de carbure de silicium.The fibers are for example made from silicon carbide (SiC), the matrix being based on silicon carbide.
Lors de cette consolidation, les couches 19, 20 préalablement déposées sur le noyau viennent adhérer au matériau composite à matrice céramique.During this consolidation, the layers 19, 20 previously deposited on the core adhere to the ceramic matrix composite material.
Comme cela est illustré à la figure 6, la préforme obtenue comporte des parties en excès 22, ces parties 22 étant ensuite usinées au niveau d’un bord destiné à former le bord d’attaque 23 de l’aube fixe 14, et au niveau d’un bord destiné à former le bord de fuite 24 de l’aube fixe 14, comme illustré à la Figure 6.As illustrated in FIG. 6, the preform obtained comprises excess parts 22, these parts 22 then being machined at an edge intended to form the leading edge 23 of the fixed blade 14, and at the level an edge intended to form the trailing edge 24 of the fixed vane 14, as illustrated in FIG. 6.
Le noyau 18 est ensuite retiré, comme illustré à la figure 8. Ce retrait peut être obtenu par attaque chimique, par fusion ou par oxydation sous air.The core 18 is then removed, as illustrated in FIG. 8. This removal can be obtained by chemical attack, by fusion or by oxidation in air.
Dans le cas de la fusion, l’ensemble peut être chauffé à une température comprise entre 1000°C et 1400°C, par exemple pendant une durée comprise entre quelques minutes et plusieurs heures, de manière à retirer le noyau 18.In the case of fusion, the assembly can be heated to a temperature between 1000 ° C and 1400 ° C, for example for a period of between a few minutes and several hours, so as to remove the core 18.
Dans le cas d’un noyau en graphite, la température peut être plus basse et comprise entre 400 et 800°C, par exemple, le temps de chauffe pouvant être compris entre 1 heure et 100 heures par exemple.In the case of a graphite core, the temperature can be lower and between 400 and 800 ° C, for example, the heating time can be between 1 hour and 100 hours for example.
A l’issue du retrait du noyau 18, on obtient une aube 14 5 comportant un corps 21 en matériau composite à matrice céramique, comprenant une zone interne creuse 25 s’étendant selon l’axe Y de l’aube 14, dont la surface interne est recouverte de la couche 20, formant une sous-couche, et de la couche 19, destinée à être en contact avec un flux de gaz.After removing the core 18, a blade 14 5 is obtained comprising a body 21 of composite material with a ceramic matrix, comprising a hollow internal zone 25 extending along the axis Y of the blade 14, the surface of which internal is covered with layer 20, forming a sublayer, and with layer 19, intended to be in contact with a gas flow.
En utilisation, de l’air froid issu du compresseur basse pression traverse la zone creuse 25, par exemple radialement de l’extérieur vers l’intérieur, pour refroidir le moyeu interne de la turbine basse pression 7 par exemple. Cet air de refroidissement a par exemple une température comprise entre 400°C et 600°C, par exemple de l’ordre de 500°C.In use, cold air from the low pressure compressor passes through the hollow zone 25, for example radially from the outside to the inside, to cool the internal hub of the low pressure turbine 7 for example. This cooling air has for example a temperature between 400 ° C and 600 ° C, for example of the order of 500 ° C.
Le corps 21 étant réalisé en CMC, celui-ci est apte à supporter des températures élevées, de sorte qu’il n’est pas nécessaire de prévoir des perçages dans le corps 21 en vue de le refroidir.The body 21 being made of CMC, it is able to withstand high temperatures, so that it is not necessary to provide holes in the body 21 in order to cool it.
Les couches 19, 20 forment un revêtement 26 définissant une barrière thermique. Cette barrière thermique empêche un échauffement important de l’air de refroidissement lorsque celui-ci traverse la zone interne creuse 25 de l’aube 14. Par ailleurs, cette barrière thermique limite les gradients thermiques au sein du corps 21 de l’aube en CMC, de façon à limiter les phénomènes de dilatations différentielles et éviter toute dégradation prématurée de l’aube 14.The layers 19, 20 form a coating 26 defining a thermal barrier. This thermal barrier prevents significant heating of the cooling air when it passes through the hollow internal zone 25 of the blade 14. Furthermore, this thermal barrier limits the thermal gradients within the body 21 of the blade in CMC , so as to limit the phenomena of differential expansions and avoid any premature degradation of the blade 14.
Le revêtement 26 forme également une barrière dite environnementale empêchant la corrosion et l’oxydation, et donc la dégradation prématurée, du corps 21 en CMC.The coating 26 also forms a so-called environmental barrier preventing corrosion and oxidation, and therefore premature degradation, of the body 21 in CMC.
D’autres procédés de fabrication peuvent être utilisés pour réaliser l’aube 14.Other manufacturing processes can be used to make the blade 14.
Ainsi, en variante, les couches 19, 20 peuvent être déposées par électrophorèse ou par enduction par trempage (dip coating, en anglais) sur la surface interne du corps 21 de l’aube 14.Thus, as a variant, the layers 19, 20 can be deposited by electrophoresis or by dip coating (dip coating) on the internal surface of the body 21 of the blade 14.
Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de prévoir la formation d’un 5 noyau 18, le corps 21 étant directement plongé dans un bain par exemple.In this case, it is not necessary to provide for the formation of a core 18, the body 21 being directly immersed in a bath for example.
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