FR3129615A1 - Noyau pour la réalisation de distributeur en Composite à Matrice Céramique - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un noyau (2) pour la fabrication d’une aube par moulage d’une préforme fibreuse (12) autour dudit noyau (2), le noyau (2) s’étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (4) et une tête (6) et comprend une première face (8) et une seconde face (10) reliées l’une à l’autre au niveau d’un premier bord longitudinal (22) et au niveau d’un second bord longitudinal (24), caractérisé en ce qu’il comprend des passages fluidiques (26) dans une épaisseur transverse du noyau (2), ces passages fluidiques (26) étant aptes à permettre un passage de fluide depuis la première face (8) vers la seconde face (10) et inversement. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2

Description

Noyau pour la réalisation de distributeur en Composite à Matrice Céramique
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne des distributeurs en composite à matrice céramique et plus particulièrement des noyaux pour l’obtention de tels distributeurs.
Etat de la technique antérieure
Le présent document se place dans le domaine des distributeurs réalisés en composite à matrice céramique (CMC). La demande de brevet WO2019068987A1 décrit les étapes d’un procédé d’obtention de pièces en CMC. Les grandes étapes d’un tel procédé sont rappelées ci-après.
Comme illustré en , le procédé de réalisation de distributeurs comprend une première étape de positionnement d’une préforme fibreuse autour d’un noyau 2 qui est en matériau oxydable, le noyau assurant une conformation tridimensionnelle d’une cavité à l’intérieur de la préforme fibreuse. Le noyau 2 est en carbone, graphite ou un autre matériau dérivé du carbone. La préforme fibreuse est obtenue par tissage de fils de chaînes et de fil de trames d’une manière bien connue de l’homme du métier.
La préforme fibreuse et le noyau 2 inséré dans une zone creuse de la préforme fibreuse sont ensuite placés dans un outillage de conformation afin de réaliser une conformation tridimensionnelle de la préforme fibreuse correspondant à la forme finale du distributeur.
La préforme fibreuse est densifiée lors d’une étape de dépôt par voie gazeuse de nitrure de bore (BN). Cette étape est appelée « Chemical Vapor Infiltration » (CVI) et plusieurs cycles sont réalisés. La phase gazeuse comprend des précurseurs tels que le trichlorure de bore BCl3, et l’ammoniac NH3. Le nitrure de bore est employé car il est résistant à l’oxydation et a de bonnes propriétés mécaniques. Ce nitrure de bore joue un rôle de « fusible » mécanique et a une forte capacité à résister à des hautes températures (1400°C). Cette étape CVI est très importante car elle permet de figer les dimensions de la pièce en CMC à fabriquer. Cette étape va permettre de conférer à la pièce ses propriétés mécaniques : la qualité du dépôt lors des différents cycles CVI pilotant la résistance mécanique de la pièce finale. Dans le conformateur, un dépôt de carbure de silicium SiC est réalisé à partir des gazs CH3SiCl3et H2. Ce dépôt de carbure de silicium SiC est configuré pour protéger le nitrure de Bore BN de l’air. La pièce est sortie du conformateur et est mise à l’air.
Dans un troisième temps, le noyau 2 est retiré de la pièce afin d’obtenir une préforme fibreuse présentant une zone creuse. Puis, un second dépôt de carbure de silicium SiC est réalisé à partir des gazs CH3SiCl3. Ce second dépôt de carbure de silicium permet de protéger la pièce d’un silicium liquide injecté ultérieurement. La pièce est infiltrée par de la poudre de carbure de silicium via une barbotine apte à combler les fortes porosités. Enfin, le distributeur ainsi obtenu reçoit une infiltration de métal liquide de silicium afin de finir de combler la porosité du matériau. Cette étape de densification est réalisée à une température comprise entre 1400°C et 1450°C.
Dans ce procédé, le noyau assure la structure et résiste aux cycles CVI qui fait intervenir de hautes températures et une atmosphère sévère.
Lors des cycles CVI, les gaz vont circuler dans la pièce pour se déposer sur la préforme fibreuse. Cependant, comme illustré en , les noyaux 2 classiques employés ont une structure pleine : ils sont pleins avec une surface continue et remplissent complètement la cavité. Cette configuration bloque le passage des gaz qui ne traversent pas le noyau de part en part. Cela a pour conséquence de perturber le dépôt du BN, notamment en limitant le dépôt dans les zones difficiles d’accès.
De cette configuration, il résulte que sur toutes les faces en contact avec le noyau, un gradient de diffusion se forme depuis chaque face d’extrados vers chaque face d’intrados desdites faces du noyau, selon une direction transverse. Plus on se rapproche du noyau 2, plus on diminue l’épaisseur de la couche de BN déposée de telle manière que l’on peut obtenir une épaisseur inférieure à celle requise dans les spécifications de fabrication. Si l’épaisseur de BN est inférieure à la spécification, lorsque la pièce est soumise à des contraintes mécaniques, l’épaisseur de BN ne sera pas suffisante pour reporter la charge mécanique sur les fibres. En conséquence, la pièce aura des propriétés mécaniques insuffisantes et qui ne seront pas à la bonne spécification.
Cela impacte, en outre, les étapes du procédé qui viennent par la suite. Ainsi, lors de l’étape d’infiltration par de la poudre de carbure de silicium via la barbotine, l’épaisseur de barbotine n’est pas suffisante. En conséquence, le silicium liquide diffuse à travers la couche de SiC et attaque le BN. La pièce perd dès lors ces propriétés mécaniques.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, de manière simple, fiable et peu onéreuse.
La présente invention concerne un noyau pour la fabrication d’une aube par moulage d’une préforme fibreuse autour dudit noyau, le noyau s’étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied et une tête et comprend une première face et une seconde face reliées l’une à l’autre au niveau d’un premier bord longitudinal et au niveau d’un second bord longitudinal, caractérisé en ce qu’il comprend des passages fluidiques dans une épaisseur transverse du noyau, ces passages fluidiques étant aptes à permettre un passage de fluide depuis la première face vers la seconde face et inversement.
On comprend que le noyau comporte des passages fluidiques qui débouchent au niveau de la première face et de la seconde face.
Les passages fluidiques au niveau du noyau permettent d’augmenter la circulation des gaz au sein de la cavité et in fine, d’obtenir un dépôt homogène de BN et de SiC sur le distributeur.
Cela permet, en conséquence, d’éliminer le gradient qui était présent lorsque le noyau était plein comme dans l’art antérieur. Un tel noyau permet d’améliorer des performances mécaniques de la pièce en composite à matrice céramique. Il y a alors, dans de telles conditions, une quantité adaptée d’interphase permettant d’obtenir une contrainte à la rupture suffisante. En outre, cela évite que des zones de faiblesse mécanique s’étendent et n’engendrent une chute de module. Ces facteurs positifs sont présents grâce à une épaisseur de BN qui est adaptée, ni trop faible, ni trop élevée.
Grâce à ce dispositif, il est possible d’obtenir une épaisseur de SiC adaptée, c’est-à-dire ni trop élevée, ni trop faible. Ainsi, le SiC peut jouer son rôle de barrière au silicium liquide lors de l’étape de densification, évite des attaques du BN par le silicium et des dégradations des performances mécaniques de la pièce en composite à matrice céramique. En outre, grâce à l’épaisseur adaptée de SiC obtenue, la pièce est bien remplie lors notamment de l’étape de densification ce qui permet une amélioration des performances thermiques de la pièce en composée à matrice céramique. Une bonne tenue à l’oxydation et au fluage est ainsi obtenue à hautes températures.
Lesdits passages fluidiques du noyau peuvent comprendre des orifices sensiblement rectilignes.
Des débouchés des orifices du noyau peuvent former un agencement à motif unitaire carré.
La surface totale des débouchés des passages fluidiques au niveau de chacune de la première face et de la seconde face peut correspondre à au moins 5% de la surface de ladite face considérée.
Au moins l’une de la première face et de la seconde face peut comprendre des canaux de jonction d’au moins certains des débouchés des passages fluidiques.
Les passages fluidiques peuvent présenter une forme polygonale, par exemple hexagonale.
Le noyau peut comprendre une structure en mousse, lesdits passages fluidiques étant formés par des cellules ouvertes de ladite mousse.
Le présent document concerne un ensemble du type précité comprenant :
  • un noyau tel que décrit ci-dessus ; et
  • un conformateur entourant la préforme fibreuse et le noyau logé dans la préforme fibreuse afin de réaliser une conformation tridimensionnelle prédéterminée de la préforme fibreuse.
Le conformateur peut comprendre des parois en contact avec la préforme fibreuse, ces parois comprenant des passages fluidiques reliés à des moyens d’alimentation de l’intérieur du conformateur en fluide.
Les passages fluidiques au niveau du conformateur permettent aussi d’améliorer la circulation des gaz autour du conformateur et en direction de la préforme fibreuse.
Les débouchés des passages fluidiques des parois du conformateur peuvent être reliés par des canaux de jonctions.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit fait à titre non limitatif en référence aux figures dans lesquelles :
déjà décrite précédemment, est un noyau selon l’art antérieur ;
illustre un noyau selon un premier mode de réalisation, cette figure comprend une partie A montrant une première face du noyau et une partie B montrant une seconde face opposée du noyau ;
illustre un noyau selon un second mode de réalisation, cette figure comprend une partie A montrant une première face du noyau et une partie B montrant une seconde face opposée du noyau ;
illustre une vue en coupe d’un noyau entouré d’une préforme fibreuse et d’un noyau ;
illustre un noyau et un conformateur associé, selon l’invention ;

Claims (9)

  1. Noyau (2) pour la fabrication d’une aube par moulage d’une préforme fibreuse (12) autour dudit noyau (2), le noyau (2) s’étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (4) et une tête (6) et comprend une première face (8) et une seconde face (10) reliées l’une à l’autre au niveau d’un premier bord longitudinal (22) et au niveau d’un second bord longitudinal (24), caractérisé en ce qu’il comprend des passages fluidiques (26) dans une épaisseur transverse du noyau (2), ces passages fluidiques (26) étant aptes à permettre un passage de fluide depuis la première face (8) vers la seconde face (10) et inversement.
  2. Noyau selon la revendication 1, dans lequel lesdits passages fluidiques (26) du noyau comprennent des orifices (32) sensiblement rectilignes.
  3. Noyau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel des débouchés des orifices (32) du noyau (2) forment agencement à motif unitaire carré.
  4. Noyau selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la surface totale des débouchés des passages fluidiques (26) au niveau de chacune de la première face (8) et de la seconde face (10) du noyau (2) comprend au moins 5% de la surface de ladite face considérée.
  5. Noyau selon la revendication 4, dans lequel au moins l’une de la première face (8) et de la seconde face (10) comprend des canaux de jonction d’au moins certains des débouchés des passages fluidiques (26).
  6. Noyau selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les passages fluidiques (26) présentent une forme polygonale, par exemple hexagonale.
  7. Noyau selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le noyau (2) comprend une structure en mousse, lesdits passages fluidiques (26) étant formés par des cellules ouvertes de ladite mousse.
  8. Ensemble comprenant :
    • un noyau (2) selon l’une des revendications précédentes ; et
    • un conformateur (36) entourant une préforme fibreuse (12) et le noyau logé dans la préforme fibreuse (12) afin de réaliser une conformation tridimensionnelle prédéterminée de la préforme fibreuse (12).
  9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel le conformateur (36) comprend des parois en contact avec la préforme fibreuse (12), ces parois comprenant des passages fluidiques (38) reliés à des moyens d’alimentation de l’intérieur du conformateur (36) en fluide.
    10. Ensemble selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel les débouchés des passages fluidiques (38) des parois du conformateur sont reliés par des canaux de jonctions (40).
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