FR3120811A1 - Improved method of making a consolidated fibrous preform - Google Patents
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/616—Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
Abstract
Procédé amélioré de réalisation d'une préforme fibreuse consolidée Procédé de réalisation d'une préforme fibreuse consolidée destinée à la fabrication d'une pièce en matériau composite, comprenant les étapes de :- mise en forme d'une texture fibreuse par imprégnation par un matériau fugace ou fugitif,- mise en place de la préforme fibreuse pré-consolidée dans un moule et injection d’une mousse polyuréthane (50) dans le moule pour enrober la préforme fibreuse (40) de mousse polyuréthane,- démoulage, après réticulation de la mousse polyuréthane, de la préforme fibreuse (40) enrobée de ladite mousse,- imprégnation de la mousse polyuréthane par un précurseur de carbone,- traitement thermique de la préforme fibreuse (40) de manière à former une mousse carbone à partir du précurseur de carbone autour de la préforme fibreuse, et à éliminer la mousse pulyuréthane (50) et le matériau fugace ou fugitif présent dans la préforme fibreuse,- consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse de la préforme fibreuse. Figure pour l’abrégé : Fig. 5.Improved method for producing a consolidated fibrous preform Method for producing a consolidated fibrous preform intended for the manufacture of a part made of composite material, comprising the steps of:- shaping a fibrous texture by impregnation with a material fleeting or fugitive, - placement of the pre-consolidated fibrous preform in a mold and injection of a polyurethane foam (50) into the mold to coat the fibrous preform (40) with polyurethane foam, - demoulding, after crosslinking of the polyurethane foam, of the fiber preform (40) coated with said foam,- impregnation of the polyurethane foam with a carbon precursor,- heat treatment of the fiber preform (40) so as to form a carbon foam from the carbon precursor around the fiber preform, and removing the polyurethane foam (50) and the fugitive or fugitive material present in the fiber preform,- consolidation by gas phase chemical infiltration d e the fibrous preform. Figure for abstract: Fig. 5.
Description
L'invention concerne la consolidation des préformes fibreuses et la fabrication de pièces en matériau composite à matrice céramique ou au moins partiellement en céramique, désigné ci-après par matériau CMC. Un domaine d'application de l'invention est la réalisation de pièces destinées à être exposées en service à des températures élevées, notamment dans des domaines aéronautique et spatial, en particulier des pièces de parties chaudes de turbomachines aéronautiques, étant noté que l'invention peut être appliquée dans d'autres domaines, par exemple le domaine des turbines à gaz industrielles.The invention relates to the consolidation of fiber preforms and the manufacture of parts made of composite material with a ceramic matrix or at least partially made of ceramic, hereinafter referred to as CMC material. A field of application of the invention is the production of parts intended to be exposed in service to high temperatures, in particular in the aeronautical and space fields, in particular parts of hot parts of aeronautical turbomachines, it being noted that the invention can be applied in other fields, for example the field of industrial gas turbines.
Les matériaux composites CMC possèdent des bonnes propriétés thermostructurales, c'est-à-dire des propriétés mécaniques élevées qui les rendent aptes à constituer des pièces structurales et la capacité de conserver ces propriétés à hautes températures.CMC composite materials have good thermostructural properties, that is to say high mechanical properties which make them suitable for forming structural parts and the ability to retain these properties at high temperatures.
L'utilisation de matériaux CMC à la place de matériaux métalliques pour des pièces exposées en service à des températures élevées a donc été préconisée, d'autant que les matériaux CMC présentent une masse volumique sensiblement plus faible que les matériaux métalliques auxquels ils se substituent.The use of CMC materials instead of metallic materials for parts exposed in service to high temperatures has therefore been recommended, especially since CMC materials have a significantly lower density than the metallic materials for which they replace.
Un procédé connu pour la fabrication de pièces en matériau CMC comprend les étapes suivantes :
- tissage d'une texture fibreuse à partir de strates fibreuses de fibres de carbone ou de carbure de silicium (SiC),
- consolidation d'une préforme fibreuse par dépôt d'une interphase à la surface des fibres de la texture réalisée par infiltration chimique en phase gazeuse (dite « CVI » pour « Chemical vapor infiltration » en anglais), la texture fibreuse étant maintenue dans un outillage de conformation durant la CVI,
- injection d'une barbotine dans la préforme fibreuse (dite « Slurry Cast » ou « Slurry Transfer Molding » en anglais),
- infiltration de la préforme avec une composition à base de silicium fondu de manière à former une matrice céramique, processus de densification connu sous la désignation de processus MI (de l’anglais "Melt Infiltration"),
- usinages,
- formation d'un revêtement.A known process for the manufacture of parts in CMC material comprises the following steps:
- weaving of a fibrous texture from fibrous strata of carbon fibers or silicon carbide (SiC),
- consolidation of a fibrous preform by depositing an interphase on the surface of the fibers of the texture produced by chemical infiltration in the gaseous phase (known as "CVI" for "Chemical vapor infiltration" in English), the fibrous texture being maintained in a conformation tools during CVI,
- injection of a slurry into the fibrous preform (known as "Slurry Cast" or "Slurry Transfer Molding" in English),
- infiltration of the preform with a composition based on molten silicon so as to form a ceramic matrix, densification process known as the MI process (from the English "Melt Infiltration"),
- machining,
- formation of a coating.
Ce procédé de fabrication de pièces en matériau CMC nécessite d'utiliser un outillage de conformation lors du dépôt de l'interphase. Ce type d'outillage correspond à un moule multi-perforé dont la forme interne permet de conformer la texture fibreuse, et les multiperforations de figer la texture dans sa géométrie en permettant à la phase gazeuse utilisée lors du dépôt de l'interphase de pénétrer dans la texture et de la consolider. L'outillage de conformation est réalisé, par exemple, en graphite, car c'est un matériau compatible avec l'atmosphère réactive utilisée lors du dépôt d'interphase, tout en présentant une innocuité vis-à-vis des fibres de carbone ou de carbure de silicium.This process for manufacturing parts in CMC material requires the use of shaping tooling during the deposition of the interphase. This type of tool corresponds to a multi-perforated mold whose internal shape makes it possible to conform the fibrous texture, and the multi-perforations to freeze the texture in its geometry by allowing the gaseous phase used during the deposition of the interphase to penetrate into the texture and consolidate it. The shaping tool is made, for example, of graphite, because it is a material compatible with the reactive atmosphere used during the interphase deposition, while presenting harmlessness vis-à-vis carbon fibers or silicon carbide.
Ce type d'outillage de conformation présente cependant des inconvénients. En particulier, le graphite a une faible tenue mécanique (matériau sans tolérance à la déformation), son coût est élevé (usinage de bloc de graphite épuré). Ce type d’outillage est fragile et présente des efforts de fermeture limités (risque de casse lors du serrage des blocs de graphite, mauvaise tenue mécanique vis-à-vis des efforts) et présente une durée de vie limitée (encrassement des multiperforations et des systèmes de serrage). Il est nécessaire de remplacer fréquemment les organes de serrage de l'outillage, et il présente un encombrement important en raison des organes de serrage utilisés pour assembler et serrer l'outillage. En outre, l’amenée des gaz vers la texture ne se fait que via les canaux usinés dans la masse. Or, dans certaines zones géométriquement complexes du moule, le nombre de canaux doit être réduit (pour éviter la casse des blocs). L’alimentation locale en gaz peut être affectée, et la consolidation également, ce qui induit des variations de consolidation non souhaitées dans le volume de la texture.However, this type of shaping tool has drawbacks. In particular, graphite has a low mechanical strength (material with no tolerance to deformation), its cost is high (machining of a block of purified graphite). This type of tool is fragile and has limited closing forces (risk of breakage when tightening the graphite blocks, poor mechanical resistance to forces) and has a limited lifespan (clogging of the multi-perforations and clamping systems). It is necessary to replace the clamping members of the tooling frequently, and it presents a significant bulk due to the clamping members used to assemble and clamp the tooling. In addition, the supply of gases to the texture is only done via the channels machined in the mass. However, in certain geometrically complex areas of the mould, the number of channels must be reduced (to avoid the breakage of the blocks). The local gas supply can be affected, and the consolidation too, which induces undesired consolidation variations in the volume of the texture.
Le document WO2018162827 A1 propose une solution dans laquelle un conformateur céramique est réalisé par une opération de type « cire perdue » sur une pièce pré-consolidée. Néanmoins, selon ce procédé, les gaz parviennent difficilement à la texture car le « moule » céramique absorbe tout ou grande partie de la phase gazeuse réactive, au détriment de la texture, rendant difficile la consolidation. A l’inverse, la réalisation d’une carapace de faible porosité nécessite l’emploi d’oxydes qui ne sont pas ou peu compatibles des gaz réactifs utilisés pour la consolidation par voie gazeuse.Document WO2018162827 A1 proposes a solution in which a ceramic former is produced by a “lost wax” type operation on a pre-consolidated part. Nevertheless, according to this process, the gases have difficulty reaching the texture because the ceramic “mould” absorbs all or a large part of the reactive gas phase, to the detriment of the texture, making consolidation difficult. Conversely, the production of a shell with low porosity requires the use of oxides which are incompatible or not very compatible with the reactive gases used for gaseous consolidation.
L’invention a notamment pour but de fournir une solution pour la consolidation d’une préforme fibreuse destinée à la fabrication d’une pièce en matériau composite, permettant de surmonter au moins en partie les inconvénients précités.The object of the invention is in particular to provide a solution for the consolidation of a fiber preform intended for the manufacture of a part made of composite material, making it possible to overcome at least in part the aforementioned drawbacks.
Ce but est atteint grâce à un procédé de réalisation d'une préforme fibreuse consolidée destinée à la fabrication d'une pièce en matériau composite, comprenant les étapes de :
- mise en forme d'une texture fibreuse par imprégnation par un matériau fugace ou fugitif de manière à pré-consolider la préforme fibreuse,
- mise en place de la préforme fibreuse pré-consolidée dans un moule et injection d’une mousse polyuréthane dans le moule de manière à enrober la préforme fibreuse de mousse polyuréthane,
- démoulage, après réticulation de la mousse polyuréthane, de la préforme fibreuse enrobée de ladite mousse polyuréthane,
- imprégnation de la mousse polyuréthane par un précurseur de carbone,
- traitement thermique de la préforme fibreuse enrobée de manière à former une mousse carbone à partir du précurseur de carbone autour de la préforme fibreuse, et à éliminer la mousse polyuréthane et le matériau fugace ou fugitif présent dans la préforme fibreuse,
- consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse de la préforme fibreuse.This object is achieved by means of a process for producing a consolidated fibrous preform intended for the manufacture of a part made of composite material, comprising the steps of:
- shaping of a fibrous texture by impregnation with a fugitive or fugitive material so as to pre-consolidate the fibrous preform,
- placement of the pre-consolidated fiber preform in a mold and injection of a polyurethane foam into the mold so as to coat the fiber preform with polyurethane foam,
- demoulding, after crosslinking of the polyurethane foam, of the fibrous preform coated with said polyurethane foam,
- impregnation of the polyurethane foam with a carbon precursor,
- heat treatment of the coated fiber preform so as to form a carbon foam from the carbon precursor around the fiber preform, and to eliminate the polyurethane foam and the fugitive or fugitive material present in the fiber preform,
- consolidation by gas phase chemical infiltration of the fibrous preform.
Le procédé selon l'invention permet de s’affranchir de l’utilisation d’un outillage de conformation en graphite, et donc des inconvénients précités, liés à ce matériau. En particulier, l’utilisation d’une mousse polyuréthane (dénommée ci-après « mousse PU »), et d’un précurseur de carbone pour la réalisation d’un conformateur en mousse carbone, présente un coût moindre qu’un conformateur en graphite. Le conformateur en mousse carbone est en outre compatibles des gaz réactifs utilisés pour la consolidation par voie gazeuse, et n’absorbe pas ces derniers au détriment de la texture, permettant ainsi d’améliorer la consolidation de la préforme fibreuse.The method according to the invention makes it possible to dispense with the use of graphite shaping tooling, and therefore the aforementioned drawbacks associated with this material. In particular, the use of a polyurethane foam (hereinafter referred to as "PU foam"), and a carbon precursor for the production of a carbon foam former, has a lower cost than a graphite former . The carbon foam former is also compatible with the reactive gases used for gaseous consolidation, and does not absorb them to the detriment of the texture, thus improving the consolidation of the fiber preform.
Le conformateur en mousse carbone, servant ainsi de moule, est particulièrement avantageux en ce qu’il est significativement plus favorable à la conduite des gaz réactifs vers la préforme fibreuse, par rapport à l’utilisation d’une barbotine par exemple qui, par sa porosité intrinsèque, consomme un volume important de gaz réactifs, au détriment de la préforme. De plus, un conformateur en mousse carbone est adapté pour des formes de pièces complexes. En effet, la mise en oeuvre de la mousse PU pouvant être faite par injection dans un contre moule, par exemple un moule métallique, réalisé par usinage ou impression 3D, il est possible d'atteindre toutes les formes désirées.The carbon foam former, thus serving as a mould, is particularly advantageous in that it is significantly more favorable to the conduct of the reactive gases towards the fiber preform, compared to the use of a slip for example which, by its intrinsic porosity, consumes a large volume of reactive gases, to the detriment of the preform. In addition, a carbon foam former is suitable for complex part shapes. Indeed, the implementation of the PU foam can be made by injection into a counter mold, for example a metal mold, produced by machining or 3D printing, it is possible to achieve all the desired shapes.
Dans certains modes de réalisation, l’étape de mise en forme de la texture fibreuse comprend :
- la mise en place de la texture fibreuse dans un moule métallique chauffé, la texture étant imprégnée préalablement du matériau fugace ou fugitif, ou la mise en forme d'une texture fibreuse dans un moule métallique et l’injection d'un matériau fugace ou fugitif dans la texture fibreuse maintenue en forme dans le moule métallique,
- le refroidissement du moule,
- le démoulage de la préforme fibreuse pré-consolidée.In certain embodiments, the step of shaping the fibrous texture comprises:
- placing the fibrous texture in a heated metal mould, the texture being impregnated beforehand with the fleeting or fugitive material, or shaping a fibrous texture in a metal mold and injecting a fugitive material or fugitive in the fibrous texture held in shape in the metal mold,
- mold cooling,
- demoulding of the pre-consolidated fibrous preform.
Il est ainsi possible de réduire significativement les coûts de production, en particulier grâce à l'utilisation d'un moule métallique qui présente une solidité et une durée de vie bien plus importante qu'un outillage de confirmation en graphite, ce qui permet d'économiser le coût récurrent de remplacement des conformateurs en graphite. La maîtrise dimensionnelle de la préforme est en outre optimisée avec une mise en forme dans un moule métallique par rapport à un moule en graphite.It is thus possible to significantly reduce production costs, in particular thanks to the use of a metal mold which has a strength and a much longer life than a confirmation tool in graphite, which makes it possible to save the recurring cost of replacing graphite formers. The dimensional control of the preform is also optimized with shaping in a metal mold compared to a graphite mold.
Dans certains modes de réalisation, l’étape d’imprégnation de la mousse polyuréthane est effectuée par injection du précurseur de carbone dans la mousse polyuréthane.In certain embodiments, the step of impregnating the polyurethane foam is carried out by injecting the carbon precursor into the polyurethane foam.
De manière alternative, l’étape d’imprégnation de la mousse polyuréthane est effectuée par immersion de la mousse polyuréthane dans le précurseur de carbone.Alternatively, the impregnation step of the polyurethane foam is carried out by immersing the polyurethane foam in the carbon precursor.
Dans certains modes de réalisation, le précurseur de carbone est une résine phénolique ou du polyacrylonitrile.In some embodiments, the carbon precursor is a phenolic resin or polyacrylonitrile.
Dans certains modes de réalisation, le matériau fugace ou fugitif correspond à une cire à injecter ou une résine fugitive.In certain embodiments, the fugitive or fugitive material corresponds to an injection wax or a fugitive resin.
Dans certains modes de réalisation, la préforme fibreuse est formée par une texture fibreuse réalisée en une seule pièce par tissage tridimensionnel ou multicouche ou à partir d'une pluralité de strates fibreuses bidimensionnelles.In certain embodiments, the fibrous preform is formed by a fibrous texture produced in a single piece by three-dimensional or multilayer weaving or from a plurality of two-dimensional fibrous strata.
Dans certains modes de réalisation, la texture fibreuse est réalisée à partir de fibres de carbure de silicium (SiC), de nitrure de silicium (S13N4) ou de carbone (C).In certain embodiments, the fibrous texture is made from fibers of silicon carbide (SiC), silicon nitride (S13N4) or carbon (C).
Dans certains modes de réalisation, l'étape de consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse de la préforme fibreuse comprend le dépôt d'une interphase dans la préforme, l'interphase étant constituée d'un des matériaux suivants : carbone pyrolytique (PyC), nitrure de bore (BN), carbone dopé au bore (BC) et carbure de silicium (SiC).In some embodiments, the step of consolidating the fibrous preform by gas-phase chemical infiltration comprises the deposition of an interphase in the preform, the interphase consisting of one of the following materials: pyrolytic carbon (PyC), boron nitride (BN), boron doped carbon (BC) and silicon carbide (SiC).
L’interphase peut également comprendre tous types de céramiques réfractaires ou ultra-réfractaires tels que les carbures d'hafium ou zirconium. Les précurseurs et mélanges de précurseurs peuvent être fonction de la céramique infiltrée.The interphase can also include all types of refractory or ultra-refractory ceramics such as hafium or zirconium carbides. The precursors and mixtures of precursors can depend on the infiltrated ceramic.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre, avant l'étape de consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse, une étape de déchargement permettant d’évacuer les résidus de mousse polyuréthane et de matériau fugace ou fugitif restant après l’étape de traitement thermique.In certain embodiments, the method also comprises, before the step of consolidation by chemical infiltration in the gas phase, an unloading step making it possible to evacuate the residues of polyurethane foam and of fugitive or fugitive material remaining after the step of thermal treatment.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape de consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse, une étape de décochage de la mousse carbone enrobant la préforme fibreuse.In certain embodiments, the method further comprises, after the step of consolidation by chemical infiltration in the gas phase, a step of shake-out of the carbon foam coating the fiber preform.
Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant la réalisation d’une préforme fibreuse consolidée par l’intermédiaire d’un procédé selon l’un quelconque des modes de réalisations précédents, une étape d’injection d’une barbotine dans la préforme fibreuse et une étape d’infiltration de la préforme avec une composition à base de silicium fondu de manière à former une matrice céramique dans ladite préforme.This presentation also relates to a process for manufacturing a composite material part comprising the production of a consolidated fibrous preform via a process according to any one of the preceding embodiments, a step of injecting a slip in the fibrous preform and a step of infiltrating the preform with a composition based on molten silicon so as to form a ceramic matrix in said preform.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :The invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description given below of various embodiments of the invention given by way of non-limiting examples. This description refers to the pages of appended figures, on which:
L'invention propose tout d'abord un procédé de réalisation d'une préforme fibreuse consolidée destinée à la fabrication de pièces en matériau composite à matrice céramique (CMC), c'est-à-dire un matériau formé d'un renfort en fibres de carbone ou céramique densifié par une matrice au moins partiellement céramique.The invention firstly proposes a process for producing a consolidated fibrous preform intended for the manufacture of parts made of ceramic matrix composite material (CMC), that is to say a material formed from a fiber reinforcement. carbon or ceramic densified by an at least partially ceramic matrix.
Le procédé de l'invention est remarquable en ce qu'il n'utilise pas d'outillage de conformation en graphite pour la consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse de la préforme fibreuse. Comme expliqué ci-après en détails et conformément à l'invention, l'outillage de conformation en graphite est remplacé par un conformateur carbone formé autour de la texture fibreuse mise en forme, et permettant de maintenir la texture fibreuse en forme lors de sa consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse.The process of the invention is remarkable in that it does not use graphite shaping tools for the consolidation by chemical infiltration in the gas phase of the fiber preform. As explained below in detail and in accordance with the invention, the graphite shaping tool is replaced by a carbon shaper formed around the shaped fibrous texture, and making it possible to maintain the fibrous texture in shape during its consolidation. by gas phase chemical infiltration.
Un mode de réalisation conforme au procédé de l'invention sera décrit en référence aux figures 1 à 12.An embodiment in accordance with the method of the invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12.
Une première étape S1 (
Le tissage peut être de type interlock, comme illustré. D'autres armures de tissage tridimensionnel ou multicouches peuvent être utilisées comme par exemple des armures multi-toile ou multi-satin. On pourra notamment se référer au document WO 2006/136755.The weaving may be of the interlock type, as shown. Other three-dimensional or multi-layer weaving weaves can be used, such as multi-linen or multi-satin weaves, for example. Reference may in particular be made to document WO 2006/136755.
Les fibres constitutives de la texture fibreuse sont de préférence des fibres en céramique, par exemple des fibres formées essentiellement de carbure de silicium SiC (désignées ci-après fibres SiC) ou de nitrure de silicium Si3N4. On peut notamment utiliser des fibres SiC commercialisées sous les dénominations « Tyranno ZMI », « Tyranno Lox- M » et « Tyranno SA3 » par la société japonaise Ube Industries, Ltd ou « Nicalon », « Hi-Nicalon » et « Hi-Nicalon(S) » par la société japonaise Nippon Carbon. Il est possible en variante d'utiliser des fibres de carbone. De façon connue, dans le cas de fibres en céramique, notamment de fibres SiC, un traitement de surface de celles-ci préalablement à la formation d'un dépôt d'interphase est de préférence réalisé pour éliminer l'ensimage et une couche superficielle d'oxyde tel que de la silice Si02présents sur les fibres.The fibers constituting the fibrous texture are preferably ceramic fibers, for example fibers formed essentially of silicon carbide SiC (hereinafter referred to as SiC fibers) or of silicon nitride Si 3 N 4 . Use may in particular be made of SiC fibers marketed under the names “Tyranno ZMI”, “Tyranno Lox-M” and “Tyranno SA3” by the Japanese company Ube Industries, Ltd or “Nicalon”, “Hi-Nicalon” and “Hi-Nicalon (S)” by the Japanese company Nippon Carbon. As a variant, it is possible to use carbon fibers. In known manner, in the case of ceramic fibers, in particular SiC fibers, a surface treatment thereof prior to the formation of an interphase deposit is preferably carried out to eliminate the size and a surface layer of oxide such as silica Si0 2 present on the fibers.
Les étapes suivantes consistent à maintenir en forme la texture fibreuse dans un moule métallique 20 et à figer celle-ci pour obtenir une préforme ayant une forme voisine de celle de la pièce à fabriquer (
Après refroidissement du moule métallique, une préforme fibreuse 40 est démoulée, la préforme étant figée et autoporteuse grâce à la présence du matériau fugace ou fugitif à l'état solide dans celle-ci (étape S6,
La préforme fibreuse 40 pré-consolidée est ensuite disposée dans un moule 22 d’injection de polyuréthane (PU) (étape S7) (
Un espace est prévu entre les parois du moule 22 et la préforme fibreuse 40 de manière à permettre à la mousse PU, injectée dans l’étape suivante, de gonfler autour de la préforme 40. Pour ce faire, la préforme fibreuse 40 peut être posée sur une de ses tranche à l’intérieur du moule, ou sur des supports ponctuels (non visibles sur la
Une mousse polyuréthane 50 est ensuite injectée dans cet espace, de manière à enrober la préforme fibreuse 40 (étape S8)(
Après réticulation, la préforme fibreuse 40 enrobée de mousse PU 50 est démoulée, permettant ainsi d’obtenir un conformateur polyuréthane (conformateur PU), intégrant la préforme fibreuse 40 pré-consolidée (étape S9)(
Une étape d’imprégnation de la mousse PU 50, par un précurseur de carbone, par exemple de la résine phénolique 62, est ensuite réalisée (étape S10)(
La préforme fibreuse 40 ainsi enrobée d'une mousse PU 50 imprégnée par un précurseur carbone 62, est ensuite soumise à un traitement thermique dans un four 70 (étape S11)(
On obtient ainsi une préforme 80 correspondant à la préforme 40 dans laquelle le réseau de porosité présent entre les fibres a été rouvert par le retrait du matériau fugace ou fugitif 40, la géométrie de la préforme 80 étant quant à elle maintenue grâce à la présence du conformateur carbone 60 (
Une étape de déchargement, permettant d’évacuer les résidus de mousse PU 50 et de matériau fugace ou fugitif 30 restant après l’étape de traitement thermique, peut avoir lieu avant l'étape de consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse.An unloading step, making it possible to evacuate the residues of PU foam 50 and of fugitive or fugitive material 30 remaining after the heat treatment step, can take place before the step of consolidation by chemical infiltration in the gas phase.
On procède ensuite à la consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse de la préforme fibreuse (étape S12). A cet effet, comme illustrée sur la
Le chauffage dans la zone préchauffage ainsi qu'à l'intérieur de la chambre de réaction 210 est produit par un suscepteur en graphite 211 formant un induit couplé électromagnétiquement avec un inducteur (non représenté).The heating in the preheating zone as well as inside the reaction chamber 210 is produced by a graphite susceptor 211 forming an armature electromagnetically coupled with an inductor (not shown).
La préforme 80 est consolidée par infiltration chimique en phase gazeuse. Afin d'assurer la consolidation de la préforme, un gaz réactif contenant au moins un ou plusieurs précurseurs du matériau d'une interphase de consolidation est introduit dans la chambre de réaction 210. La température du traitement peut être comprise entre 700°C et 1100°C, et la pression comprise entre 80 et 130 mbars. La durée d’infiltration est comprise entre 5h et 50h, de préférence entre 10h et 30h.The preform 80 is consolidated by gas phase chemical infiltration. In order to ensure the consolidation of the preform, a reactive gas containing at least one or more precursors of the material of a consolidation interphase is introduced into the reaction chamber 210. The treatment temperature can be between 700° C. and 1100° C. °C, and the pressure between 80 and 130 mbar. The duration of infiltration is between 5h and 50h, preferably between 10h and 30h.
L'interphase déposée dans la préforme peut être notamment en carbone pyrolytique ou PyC, ou en nitrure de bore (BN), en carbone dopé au bore ou BC (avec 5%at à 20%at de bore, le reste étant du carbone), ou en carbure de silicium. L'épaisseur de l'interphase déposée est de préférence comprise entre 100 nm et 1500 nm. L'épaisseur totale de l'interphase et la première phase de matrice est choisie suffisante pour consolider la préforme fibreuse, c'est-à-dire pour lier entre elles les fibres de la préforme de façon suffisante pour que la préforme puisse être manipulée en conservant sa forme sans assistance d'outillage de maintien. Cette épaisseur peut être au moins égale à 500 nm. Après consolidation, la préforme reste poreuse, la porosité initiale n'étant par exemple comblée que pour une partie minoritaire par l'interphase et la première phase de matrice.The interphase deposited in the preform can be in particular in pyrolytic carbon or PyC, or in boron nitride (BN), in carbon doped with boron or BC (with 5% at to 20% at boron, the remainder being carbon) , or silicon carbide. The thickness of the deposited interphase is preferably between 100 nm and 1500 nm. The total thickness of the interphase and the first matrix phase is chosen to be sufficient to consolidate the fibrous preform, that is to say to bind together the fibers of the preform sufficiently so that the preform can be manipulated in retaining its shape without the assistance of holding tools. This thickness may be at least equal to 500 nm. After consolidation, the preform remains porous, the initial porosity being for example filled only for a minority part by the interphase and the first matrix phase.
La réalisation de dépôts de PyC, BC, B4C, Si-B-C, Si3N4, BN et SiC par CVI est connue. On pourra notamment se référer aux documents US 5 246 736, US 5 738 951, US 5 965 266, US 6 068 930 et US 6 284 358.The production of deposits of PyC, BC, B4C, Si-BC, Si 3 N 4 , BN and SiC by CVI is known. Reference may in particular be made to documents US 5,246,736, US 5,738,951, US 5,965,266, US 6,068,930 and US 6,284,358.
Une fois la consolidation terminée, un décochage du conformateur carbone 60 est réalisé (étape S13), dans lequel le conformateur carbone 60 est détruit mécaniquement afin de libérer, comme illustrée sur la
- injection d'une barbotine dans la préforme fibreuse,
- infiltration de la préforme avec une composition à base de silicium fondu de manière à former une matrice céramique, processus de densification (processus « MI »),
- usinages,
- formation d'un revêtement.Once the consolidation is complete, the carbon former 60 is shaken out (step S13), in which the carbon former 60 is mechanically destroyed in order to release, as illustrated in the
- injection of a slurry into the fibrous preform,
- infiltration of the preform with a composition based on molten silicon so as to form a ceramic matrix, densification process (“MI” process),
- machining,
- formation of a coating.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, it is obvious that modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, individual features of the different illustrated/mentioned embodiments can be combined in additional embodiments. Accordingly, the description and the drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.
Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.It is also obvious that all the characteristics described with reference to a method can be transposed, alone or in combination, to a device, and conversely, all the characteristics described with reference to a device can be transposed, alone or in combination, to a method.
Claims (11)
- mise en forme d'une texture fibreuse (10) par imprégnation par un matériau fugace ou fugitif (30) de manière à pré-consolider la préforme fibreuse (40),
- mise en place de la préforme fibreuse pré-consolidée dans un moule (22) et injection d’une mousse polyuréthane (50) dans le moule (22) de manière à enrober la préforme fibreuse (40) de mousse polyuréthane,
- démoulage, après réticulation de la mousse polyuréthane (50), de la préforme fibreuse (40) enrobée de ladite mousse polyuréthane,
- imprégnation de la mousse polyuréthane (50) par un précurseur de carbone (62),
- traitement thermique de la préforme fibreuse (40) enrobée de manière à former une mousse carbone (60) à partir du précurseur de carbone autour de la préforme fibreuse, et à éliminer la mousse pulyuréthane (50) et le matériau fugace ou fugitif (30) présent dans la préforme fibreuse (80),
- consolidation par infiltration chimique en phase gazeuse de la préforme fibreuse (80).Method for producing a consolidated fibrous preform (100) intended for the manufacture of a part made of composite material, comprising the steps of:
- shaping of a fibrous texture (10) by impregnation with a fugitive or fugitive material (30) so as to pre-consolidate the fibrous preform (40),
- placement of the pre-consolidated fiber preform in a mold (22) and injection of a polyurethane foam (50) into the mold (22) so as to coat the fiber preform (40) with polyurethane foam,
- demoulding, after crosslinking of the polyurethane foam (50), of the fiber preform (40) coated with said polyurethane foam,
- impregnation of the polyurethane foam (50) with a carbon precursor (62),
- heat treatment of the fiber preform (40) coated so as to form a carbon foam (60) from the carbon precursor around the fiber preform, and to eliminate the polyurethane foam (50) and the fugitive or fugitive material (30 ) present in the fibrous preform (80),
- consolidation by gas phase chemical infiltration of the fibrous preform (80).
- la mise en place de la texture fibreuse (10) dans un moule métallique chauffé (20), la texture étant imprégnée préalablement du matériau fugace ou fugitif (30), ou la mise en forme de la texture fibreuse dans un moule métallique et l’injection d'un matériau fugace ou fugitif dans la texture fibreuse maintenue en forme dans le moule métallique,
- le refroidissement du moule,
- le démoulage de la préforme fibreuse pré-consolidée (40).A method according to claim 1, wherein the step of shaping the fibrous texture (10) comprises:
- the placement of the fibrous texture (10) in a heated metal mold (20), the texture being previously impregnated with the fleeting or fugitive material (30), or the shaping of the fibrous texture in a metal mold and the injection of a fugitive or fugitive material into the fibrous texture held in shape in the metal mould,
- mold cooling,
- demoulding of the pre-consolidated fibrous preform (40).
Method for manufacturing a composite material part comprising the production of a consolidated fiber preform by means of a method according to any one of the preceding claims, a step of injecting a slip into the fiber preform and a step of infiltrating the preform with a composition based on molten silicon so as to form a ceramic matrix in said preform.
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