WO2024056960A1 - Préforme fibreuse comprenant un motif repère - Google Patents

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WO2024056960A1
WO2024056960A1 PCT/FR2023/051327 FR2023051327W WO2024056960A1 WO 2024056960 A1 WO2024056960 A1 WO 2024056960A1 FR 2023051327 W FR2023051327 W FR 2023051327W WO 2024056960 A1 WO2024056960 A1 WO 2024056960A1
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weave
preform
weaving
weft
threads
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PCT/FR2023/051327
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Marie LEFEBVRE
Emilie Chantal Gisèle MENDEZ
Jérémy Paul André BLACHIER
Aline Planckeel
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Safran Ceramics
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    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
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    • D10B2403/03—Shape features
    • D10B2403/033—Three dimensional fabric, e.g. forming or comprising cavities in or protrusions from the basic planar configuration, or deviations from the cylindrical shape as generally imposed by the fabric forming process

Definitions

  • Fibrous preform comprising a reference pattern
  • the invention relates to the field of composite materials and more precisely to fibrous preforms for the manufacture of these materials or even to the processes for manufacturing such preforms, or such materials.
  • organic matrix composite materials (CMO) and ceramic matrix composite materials (CMC) replace parts made of metallic material in certain parts of turbomachines.
  • CMO organic matrix composite materials
  • CMC ceramic matrix composite materials
  • the preparation of such materials is generally done by the formation of a matrix within a fibrous preform.
  • the mechanical properties of the final part depend not only on the composition of the preform and the matrix, but also on the weave chosen for the preform, and on the orientation of the fibers in the preform.
  • the fibrous preform cannot be arranged randomly in the part manufacturing processes.
  • it is possible to identify certain particular areas or directions of the preform which ensures that the mechanical properties of the final part are those expected.
  • a particular direction of the preform is identified by a tracer wire woven in that direction and whose appearance is different from the wires of the rest of the preform. This allows visual identification of a particular direction of the preform, which facilitates the correct positioning of the preform in the tooling.
  • the tracer wires are of a different nature from the other wires of the preform.
  • the tracer wires are generally chosen to be alumina wires.
  • the matrix did not form as well in the area around the tracer wire as on the rest of the surface of the preform.
  • This poor formation of the matrix near the tracer wire results in an absence of matrix or a matrix present in small thickness around the wire, which can lead to the non-compliance of the part made of composite material, in particular since a zone comprising less matrix can lead to an area not having the desired properties.
  • the invention aims precisely to meet this need.
  • the invention proposes a fibrous preform for the manufacture of a part made of composite material, the fibrous preform having a three-dimensional weave comprising a plurality of layers of weft threads and a plurality of layers of warp threads extending in a direction perpendicular to the direction of the weft threads, in which each weft thread binds warp threads of several layers, the weft threads and the warp threads being woven in a regular weave, the fibrous preform being characterized in that it comprises on the surface one or more reference patterns extending in one direction particular of the fibrous preform, a reference pattern being created by a local variation of the weaving weave.
  • the weave of the fibrous preform is very regular to meet aerodynamic needs.
  • a point variation in the weave creates a landmark pattern that breaks with the regularity of the rest of the weave.
  • the reference pattern makes the direction in which it extends identifiable, without the need to modify the nature of the weft threads or the warp threads.
  • a particular direction can be identified, without requiring threads of a nature other than the weft or warp threads.
  • the local variation of the weaving weave of the preform to create the reference pattern(s) does not harm the properties of the final part.
  • the densification of the preform by the matrix is not modified by the local variation in weaving weave, contrary to what can be observed with a tracer wire of a different nature.
  • the local variation of the weave is only carried out on the upper layer of the weaving weave, that is to say that only the upper layer of the weaving weave comprises a weave different from the rest of the armor.
  • the upper layer of the preform is also called the skin layer or preform skin.
  • the fibrous preform comprises a 3D weave, for example an interlock weave below the skin layer in contact with the free surface.
  • three-dimensional weaving we mean here a mode of weaving by which at least some of the warp threads bind weft threads on several weft layers, such as for example “interlock weaving”.
  • interlock weaving here we mean a 3D weave weave in which each warp layer links several layers of wefts with all the threads of the same warp layer having the same movement in the plane of the weave.
  • a preform according to the invention therefore makes it possible to overcome the disadvantages linked to the use of tracer wires described above.
  • all the weft threads, present in the skin of the preform have the same composition.
  • all the warp threads, present in the skin of the preform have the same composition.
  • all the weft and warp threads, present in the skin of the preform have the same composition.
  • the particular direction identified in a preform of the invention is a weft or warp direction.
  • warp and weft are conventions, which should not be interpreted in a restrictive manner.
  • warp and weft can be interchanged.
  • the reference pattern is a skin thread producing a float longer than the floats of the weft or warp threads in a regular weave pattern.
  • a skin thread is a weft or warp thread which is present on the surface of the preform.
  • This embodiment is advantageous, because it allows the production of a reference pattern, by only modifying the weaving of a skin thread, the rest of the weave remaining identical to regular weave. This embodiment makes it very easy to identify a weft or warp direction, without making the weaving more complex.
  • the reference pattern can be a float of a skin thread over a length greater than or equal to the length of two and a half times the length of the elementary pattern of the armor.
  • the “elementary pattern of the weave”, also called “weave ratio” is understood, in the usual sense of the field, as the repetition unit strictly necessary to reproduce the regular weave weave by periodicity.
  • the weave ratio is usually specified, and we thus speak of twill 2 linked 2, of satin of 4 in which the weave ratio is 4, or of satin of 8 in which the armor ratio is 8.
  • Such a length for the float of a skin thread defining a marker pattern allows the float of the marker pattern to be long enough to be visible to the operator, and is also distinguished from a simple unintentional weaving error.
  • the regular weave can include floats of skin threads, but over a shorter distance than the float of the reference pattern.
  • the skin thread creating a longer float therefore disrupts the periodic repetition of the regular weave to form a reference pattern.
  • Such a reference pattern is easily identifiable by an optical device, in particular by a human eye.
  • the local variation of the weaving weave may correspond to an inversion of the weaving planes.
  • the reference pattern is a plane of symmetry of the weave, and the particular direction is aligned along this plane of symmetry.
  • the regular weave includes a repeating pattern and is produced by successively weaving planes 1, 2... n, n+1, n+2... and until reaching the periodicity of the regular weave where l We then start again with plan 1.
  • the inversion of the weaving planes is obtained by weaving, from plane n of the inversion, the same planes as before, but in descending order.
  • the preform includes, in addition to an inversion of the weaving planes, a modification of the skin weave compared to the regular weave making it possible to make the pattern even more easily identifiable.
  • the weave weave of the skin of the preform can be different from the rest of the preform, for example a twill 2 bonded 2 type skin, and the rest of the preform is an interlock weave.
  • This embodiment makes it possible to specifically choose a skin weave in which the local variation will be even more clearly identifiable, thus improving the identification of the particular direction.
  • the regular weave is chosen from a satin weave, for example 4 satin, 8 satin, a twill weave, for example 2 linked 2 twill or 4 linked 4 twill or even a plain weave, and the rest of the preform being interlock type armor.
  • the reference pattern may be the superposition of a plane of symmetry and unusual floats.
  • This embodiment makes it possible to obtain an even more unique reference pattern on the surface of the preform.
  • the marker pattern extends across the entire width of the preform in the particular direction.
  • the marker pattern extends over the entire width of the preform in the weft or warp direction.
  • the invention relates to a method of weaving a fibrous preform according to a regular weave comprising the three-dimensional weaving of a plurality of layers of weft threads and of a plurality of layers of weft threads. chain extending in a direction perpendicular to the direction of the weft threads, in which each weft thread binds warp threads of several layers, the method being characterized in that it comprises one or more steps of local variation of the weaving weave so as to create a marker pattern on the surface of the fibrous preform, the marker pattern extending in a particular direction of the preform.
  • the marker pattern makes it possible to locate a particular direction.
  • a specific weaving error cannot therefore be assimilated to a reference pattern, because it does not extend in a particular direction.
  • the local variation of the weaving weave comprises a step of producing an unusual float of a skin thread.
  • An unusual float is characterized by a surface thread that does not respect the regular structure of the weave and passes over a greater number of surface weft threads than in the regular weave.
  • the unusual float is a float of a length greater than or equal to the length of two and a half times the weave ratio of the regular weave.
  • This embodiment makes it possible to ensure a reference pattern that is easily differentiated from an unintentional occasional weaving error.
  • the local variation of the weaving weave may include a step of inverting the weaving planes.
  • This embodiment makes it possible to artificially obtain a plane of symmetry in the weaving weave as a reference pattern.
  • the weaving variation can be achieved by the combination of an inversion of the weaving planes and the production of unusual floats, the unusual floats being produced in the plane corresponding to the inversion of the weaving planes.
  • the invention relates to a method of manufacturing a part made of composite material comprising at least one step of arranging a preform as described above in a tool during which one or more directions particular features of the preform identified by the reference patterns of the preform are aligned in one or more particular directions of the tooling; and a step of forming a matrix in the preform thus placed in the tooling to form the matrix of the composite material part.
  • the reference pattern which is obtained without variation in the nature of the skin threads of the preform, does not disrupt the formation of the matrix in the preform.
  • the preform may comprise weft threads identical to or different from the warp threads.
  • the preform may comprise warp yarns and weft yarns composed of carbon fibers, glass fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, Kevlar fibers or a mixture of several of these fibers.
  • the part may be a part made of composite material with a ceramic matrix, or with an organic matrix.
  • the matrix may be a resin, for example a resin comprising unsaturated polyesters or epoxies.
  • the matrix may be alumina, mullite, silicon carbide, carbon.
  • the matrix forming step can be chosen from numerous impregnation processes, in particular liquid composite molding, also called “LCM” for the English acronym “Liquid Composite Molding”, molding by resin transfer, also known as “RTM” for the English acronym “Resin Transfer Molding”, high-pressure resin transfer molding, also known as “HP-RTM” for the English acronym “High-Pressure Resin Transfer Molding” , compression resin transfer molding, also known as “C-RTM” for the English acronym “Compression Resin Transfer Molding”.
  • LCM liquid composite molding
  • RTM high-pressure resin transfer molding
  • HP-RTM high-pressure Resin Transfer Molding
  • compression resin transfer molding also known as “C-RTM” for the English acronym “Compression Resin Transfer Molding”.
  • the tooling can for example be a mold for carrying out one of the processes which has just been described.
  • the matrix formation step can be an infiltration step with molten metal (or MI for the acronym in English “melt-infiltration”).
  • the method may further comprise a step of consolidating the preform, for example carried out by chemical vapor infiltration (or CVI for the acronym in English "chemical vapor infiltration") carried out before the step forming the matrix, and the tooling can be a former.
  • chemical vapor infiltration or CVI for the acronym in English "chemical vapor infiltration”
  • the method can be a method of manufacturing a part made of ceramic matrix composite material comprising at least the following steps:
  • - a step of arranging a preform as described above in a shaper during which one or more particular directions of the preform identified by the reference patterns of the preform are aligned in one or more particular directions of the shaper;
  • the invention relates to a part made of composite material comprising a preform as described above.
  • such a composite material part may be an aeronautical part, for example a turbomachine blade, a turbomachine ring or a turbomachine distributor.
  • the composite material part includes a textile marker on its surface which is still visible.
  • Figure 1 schematically represents a weaving weave according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 schematically represents a weaving weave according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 3 schematically represents a weaving weave according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 4 schematically represents a weaving weave according to a fourth embodiment of the invention.
  • the invention relates to a three-dimensional fibrous preform whose weave weave directly allows a particular direction to be identified, avoiding the use of tracer threads and the associated disadvantages described above.
  • the preform may be a preform of an aeronautical part, for example a turbomachine blade preform, a turbomachine ring preform or a distributor preform.
  • Figure 1 represents schematically the weaving weave of a fibrous preform 101 according to a first embodiment.
  • a weave weave is represented by a gray and white table in which the weft direction is represented horizontally, and the warp direction the vertical direction.
  • Each square of a weave represents a crossing between a weft thread and a warp thread.
  • a white dot indicates that the weft thread passes over the warp thread while a gray dot indicates that the warp thread passes over the weft thread.
  • the weave represented schematically by gray and white squares, is visible on the surface of the preform, regardless of the nature of the wires.
  • the invention is not limited by the nature of the fibers, and the advantages described for the preforms of the invention can be obtained whatever the nature of the weft or warp threads.
  • the weft and/or warp threads may be composed of carbon fibers, glass fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, Kevlar fibers or a mixture of several of these fibers.
  • the weave 101 in Figure 1 represents 40 warp planes identified by numbers from 1 to 40, and 14 weft planes.
  • the particular direction 20, here aligned with the fourth frame plane is easily identifiable because it differs visually from the rest of the armor.
  • the weft yarn aligned with the particular direction 20 of the fibrous preform produces unusual floats, which create marker patterns aligned with the weft direction.
  • the elementary pattern 10 comprises regular floats, in Figure 1, floats of 3, characterized by a succession of 3 gray squares representing a weft thread passing above 3 warp threads in a row before being taken under a warp thread (white square).
  • an unusual float is present as a marker pattern and is formed by the absence of two consecutive crossings of the weft thread with the warp threads. Points 31a and 31b then 31c and 31d then 31e and 3 If constitute the reference patterns in Figure 1.
  • these reference patterns will be seen as a skin thread much longer than the other surrounding threads and will allow the operator to identify the particular direction 20.
  • Such an irregular pattern in an otherwise regular weave is in fact easily identifiable for an optical device, and particularly for the human eye.
  • the float of the weft thread of the particular direction 20 is carried out over a length of 11 warp planes.
  • the ratio of the regular weave in the figure is 4, as illustrated by the element 10 pattern which is a square of 4 by 4 planes.
  • the float of the weft thread producing the marker pattern is therefore greater than two and a half times the ratio of the regular weave, which ensures that the marker pattern includes 2 differences with the elementary pattern of the regular weave , before creating a new regular pattern.
  • the reference pattern is created by the irregularity of 2 consecutive points 31a and 31b, then 31c and 31d, then 31e and 31f.
  • a length of the unusual float which is greater than or equal to two and a half times the ratio of the regular weave thus ensures that the reference pattern is different from a specific weaving error.
  • the maximum length of an unusual float may be less than or equal to 15 mm.
  • Figure 2 represents a weaving weave in another embodiment of the invention.
  • the weave to the left of particular direction 20 is completely regular. It is obtained by the periodic repetition of shots 1 to 8.
  • the portion of the weaving weave 201 to the right of the particular direction 20 is also a satin weave of 4, and it can be noted that the reference pattern introduced to identify the particular direction 20 has in no way modified the periodicity at large distance of the armor 201 beyond the particular direction 20.
  • the weave modification created by the marker pattern is extremely localized, ensuring minimal disruption of the preform. This ensures in particular that the formation properties of the matrix are identical, despite the presence of the visual cue.
  • the inversion of the weaving planes allows the appearance of a reference pattern in the weaving weave 201 which extends along the particular direction 20.
  • the periodicity is locally broken, and is replaced by a symmetry axial, which singles out the particular direction 20 among the rest of the armor 201 and makes it easily identifiable, in particular for a human eye.
  • Figure 3 represents a weaving weave 301 in another embodiment.
  • the local variation of the weaving weave 301 is an inversion of the planes of the weaving weave.
  • Figure 3 shows the numbering of the weaving plans to help with understanding.
  • Figure 4 describes an embodiment of a weaving weave 401 which would be obtained as for the weave 201 of Figure 2 with a reference pattern corresponding to a plane of symmetry, obtained by inversion of the weaving planes.
  • the weaving weave 401 further comprises unusual floats 32a, 32b, 32c and 32d, aligned with said particular direction 20.
  • the reference pattern making it possible to identify the particular direction 20 is therefore the combination of the plane of symmetry and the unusual floats.
  • the embodiment illustrated in Figure 4 clearly shows how the superposition of the two embodiments described above to obtain a reference pattern can be combined to achieve a weaving weave 401, and consequently a fibrous preform, of which we can easily identify a particular direction 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Abstract

L'invention concerne une préforme fibreuse pour la fabrication d'une pièce en matériau composite, la préforme fibreuse présentant un tissage tridimensionnel comprenant une pluralité de couches de fils de trame et une pluralité de couches de fils de chaîne s'étendant dans une direction perpendiculaire à la direction des fils de trame, dans laquelle chaque fil de trame lie des fils de chaîne de plusieurs couches, les fils de trame et les fils de chaîne étant tissés selon une armure régulière, la préforme fibreuse étant caractérisée en ce qu'elle comprend en surface un ou plusieurs motifs repères s'étendant dans une direction particulière (20) de la préforme fibreuse, un motif repère étant créé par une variation locale de l'armure (101, 201, 301) de tissage.

Description

Description
Titre de l'invention : Préforme fibreuse comprenant un motif repère
Domaine Technique
L'invention concerne le domaine des matériaux composites et plus précisément des préformes fibreuses pour la fabrication de ces matériaux ou encore les procédés de fabrication de telles préformes, ou de tels matériaux.
Technique antérieure
Les matériaux composites présentent un intérêt technologique croissant et connaissent une grande variété d'utilisations ces dernières années.
En particulier, les matériaux composites à matrice organique (CMO) et les matériaux composites à matrice céramique (CMC) viennent en remplacement des pièces en matériau métallique dans certaines parties des turbomachines. Leur utilisation contribue à optimiser les performances des aéronefs notamment par l'amélioration du rendement de la turbomachine et la baisse de la masse globale de la turbomachine, réduisant de manière significative les émissions nocives pour l'environnement (CO, CO2, NOX ...).
La préparation de tels matériaux se fait généralement par la formation d'une matrice au sein d'une préforme fibreuse. Les propriétés mécaniques de la pièce finale dépendent non seulement de la composition de la préforme et de la matrice, mais également du tissage choisi pour la préforme, et de l'orientation des fibres dans la préforme.
C'est pourquoi la préforme fibreuse ne peut pas être disposée aléatoirement dans les procédés de fabrication de la pièce. Notamment, il est souhaitable que la préforme puisse être placée précisément dans un conformateur ou dans un outillage de densification. Ainsi, il est possible de repérer certaines zones particulières ou des directions de la préforme, ce qui assure que les propriétés mécaniques de la pièce finale soient celles attendues. Habituellement, une direction particulière de la préforme est repérée par un fil traceur tissé dans cette direction et dont l'apparence est différente des fils du reste de la préforme. Cela permet un repérage visuel d'une direction particulière de la préforme, ce qui facilite le positionnement correct de la préforme dans l'outillage.
Pour que l'apparence des fils traceurs soit différente du reste de la préforme, les fils traceurs sont d'une nature différente des autres fils de la préforme. Par exemple, pour une préforme en fibres de carbure de silicium, les fils traceurs sont généralement choisis comme étant des fils d'alumine.
Si cette solution est satisfaisante dans l'ensemble, il a toutefois été observé que les fils traceurs, du fait de leur nature différente, ne présentent pas le même comportement que le reste de la préforme lors de la formation de la matrice.
Par exemple, il a pu être observé que la matrice ne se formait pas aussi bien dans la zone autour du fil traceur que sur le reste de la surface de la préforme. Cette mauvaise formation de la matrice à proximité du fil traceur se traduit par une absence de matrice ou une matrice présente en faible épaisseur autour du fil, ce qui peut conduire à la non-conformité de la pièce en matériau composite notamment puisqu'une zone comportant moins de matrice peut conduire à une zone n'ayant pas les propriétés souhaitées.
D'une part, il est nécessaire de disposer d'une préforme dont il est possible de connaître l'orientation afin qu'elle puisse être placée précisément dans un conformateur ou un outillage de densification. D'autre part, il demeure un besoin pour une préforme dénuée des désavantages décrits ci-dessus et associés à l'utilisation de fils traceurs dans la préforme.
Exposé de l'invention
L'invention vise précisément à répondre à ce besoin.
Pour cela, selon un premier de ses aspects, l'invention propose une préforme fibreuse pour la fabrication d'une pièce en matériau composite, la préforme fibreuse présentant un tissage tridimensionnel comprenant une pluralité de couches de fils de trame et une pluralité de couches de fils de chaîne s'étendant dans une direction perpendiculaire à la direction des fils de trame, dans laquelle chaque fil de trame lie des fils de chaîne de plusieurs couches, les fils de trame et les fils de chaîne étant tissés selon une armure de tissage régulière, la préforme fibreuse étant caractérisée en ce qu'elle comprend en surface un ou plusieurs motifs repères s'étendant dans une direction particulière de la préforme fibreuse, un motif repère étant créé par une variation locale de l'armure de tissage.
L'armure de tissage de la préforme fibreuse est très régulière pour satisfaire à des besoins aérodynamiques. Une variation ponctuelle dans l'armure de tissage crée un motif repère qui rompt avec la régularité du reste de l'armure.
Le motif repère rend identifiable la direction dans laquelle il s'étend, sans nécessité de modifier la nature des fils de trame ou des fils de chaîne.
Ainsi, dans une telle préforme, une direction particulière peut être repérée, sans nécessiter de fils d'une autre nature que les fils de trame ou de chaîne.
En outre, la variation locale de l'armure de tissage de la préforme pour créer le ou les motifs repères ne nuit pas aux propriétés de la pièce finale. En particulier la densification de la préforme par la matrice n'est pas modifiée par la variation locale d'armure de tissage, contrairement à ce qui peut être observé avec un fil traceur de nature différente.
Dans un mode de réalisation, la variation locale de l'armure n'est réalisée que sur la couche supérieure de l'armure de tissage, c'est-à-dire que seule la couche supérieure de l'armure de tissage comprend un tissage différent du reste de l'armure.
La couche supérieure de la préforme est aussi dite couche de peau ou peau de la préforme.
Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse comprend un tissage 3D, par exemple un tissage interlock en dessous de la couche de peau au contact de la surface libre.
Par "tissage tridimensionnel" ou "tissage 3D", on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de chaîne lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame comme par exemple un "tissage interlock". Par "tissage interlock", on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de chaîne lie plusieurs couches de trames avec tous les fils de la même couche de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Une préforme selon l'invention permet donc de surmonter les désavantages liés à l'utilisation de fils traceurs décrits plus haut.
Dans un mode de réalisation de l'invention, tous les fils de trame, présents en peau de la préforme, ont la même composition.
Dans un mode de réalisation de l'invention, tous les fils de chaîne, présents en peau de la préforme, ont la même composition.
Dans un mode de réalisation de l'invention, tous les fils de trame et de chaîne, présents en peau de la préforme, ont la même composition.
Dans un mode de réalisation, la direction particulière repérée dans une préforme de l'invention est une direction de trame ou de chaîne.
Il faut noter que les appellations « trame » et « chaîne » sont des conventions, qui ne doivent pas être interprétées de manière limitative. En particulier, on notera que, dans tout le texte, chaîne et trame peuvent être intervertis.
Dans un mode de réalisation, le motif repère est un fil de peau réalisant un flotté plus long que les flottés des fils de trame ou de chaîne dans un motif de l'armure régulière.
Un fil de peau est un fil de trame ou de chaîne qui est présent à la surface de la préforme.
Ce mode de réalisation est avantageux, car il permet la réalisation d'un motif repère, en ne modifiant le tissage que d'un fil de peau, le reste de l'armure restant identique à une armure régulière. Ce mode de réalisation permet de repérer très facilement une direction de trame ou de chaîne, sans complexifier le tissage.
Dans un tel mode de réalisation, le motif repère peut être un flotté d'un fil de peau sur une longueur supérieure ou égale à la longueur de deux fois et demi la longueur du motif élémentaire de l'armure. Le « motif élémentaire de l'armure », aussi dit « rapport d'armure » s'entend, au sens habituel du domaine, comme l'unité de répétition strictement nécessaire pour reproduire l'armure de tissage régulière par périodicité.
Par exemple, pour une armure sergé ou satin le rapport d'armure est habituellement précisé, et l'on parle ainsi de sergé 2 lié 2, de satin de 4 dans lesquels le rapport d'armure est de 4, ou de satin de 8 dans lequel le rapport d'armure est de 8.
Une telle longueur pour le flotté d'un fil de peau définissant un motif repère permet que le flotté du motif repère soit suffisamment long pour être visible par l'opérateur, et se distingue également d'une simple faute de tissage non intentionnelle.
On notera que l'armure régulière peut comprendre des flottés de fils de peau, mais sur une plus courte distance que le flotté du motif repère. Le fil de peau réalisant un flotté plus long vient donc perturber la répétition périodique de l'armure régulière pour former un motif repère.
Un tel motif repère est aisément identifiable par un dispositif optique, notamment par un œil humain.
Dans un mode de réalisation, la variation locale de l'armure de tissage peut correspondre à une inversion des plans de tissage.
Dans ce mode de réalisation, le motif repère est un plan de symétrie de l'armure de tissage, et la direction particulière est alignée le long de ce plan de symétrie.
L'armure régulière comprend un motif de répétition et est produite en tissant successivement des plans 1, 2 ... n, n+1, n+2 ... et jusqu'à parvenir à la périodicité de l'armure régulière où l'on recommence alors avec le plan 1.
L'inversion des plans de tissage est obtenue en tissant, à partir du plan n de l'inversion, les mêmes plans qu'auparavant, mais dans l'ordre décroissant.
C'est-à-dire que l'on tisse, à partir du plan n de l'inversion, les plans n-1, n-2 ... et ainsi de suite jusqu'à 1 puis l'on continue en reproduisant la périodicité de l'armure régulière dans l'ordre décroissant. Une telle inversion des plans de tissage crée en surface de la préforme un plan de symétrie de l'armure, parfois appelé chevron, qui s'étend dans une direction particulière de la préforme.
Dans un mode de réalisation, la préforme comprend en plus d'une inversion des plans de tissage une modification de l'armure de peau par rapport à l'armure régulière permettant de rendre le motif encore plus facilement repérable.
Dans ce mode de réalisation, l'armure de tissage de la peau de la préforme peut être différente du reste de la préforme, par exemple une peau de type sergé 2 lié 2, et le reste de la préforme est une armure interlock.
Ce mode de réalisation permet de choisir spécifiquement une armure de peau dans laquelle la variation locale sera encore plus nettement repérable, améliorant ainsi le repérage de la direction particulière.
Dans un mode de réalisation, l'armure régulière est choisie parmi une armure satin, par exemple satin de 4, satin de 8, une armure sergé, par exemple sergé de 2 lié 2 ou sergé de 4 lié 4 ou encore une armure toile, et le reste de la préforme étant une armure de type interlock.
Dans un mode de réalisation, le motif repère peut être la superposition d'un plan de symétrie et de flottés inhabituels.
Cela peut être obtenu par la superposition d'une inversion des plans de tissage conjointement à la réalisation de flottés inhabituels.
Ce mode de réalisation permet d'obtenir un motif repère encore plus singulier à la surface de la préforme.
Dans un mode de réalisation, le motif repère s'étend sur toute la largeur de la préforme dans la direction particulière.
Dans un mode de réalisation, le motif repère s'étend sur toute la largeur de la préforme dans la direction de trame ou de chaîne. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de tissage d'une préforme fibreuse selon une armure de tissage régulière comprenant le tissage tridimensionnel d'une pluralité de couches de fils de trame et d'une pluralité de couches de fils de chaîne s'étendant dans une direction perpendiculaire à la direction des fils de trame, dans laquelle chaque fil de trame lie des fils de chaîne de plusieurs couches, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs étapes de variation locale de l'armure de tissage de sorte à créer un motif repère à la surface de la préforme fibreuse, le motif repère s'étendant dans une direction particulière de la préforme.
Comme indiqué, le motif repère permet de repérer une direction particulière. Une erreur ponctuelle de tissage, ne saurait donc être assimilée à un motif repère, car elle ne s'étend pas dans une direction particulière.
Dans un mode de réalisation, la variation locale de l'armure de tissage comprend une étape de réalisation d'un flotté inhabituel d'un fil de peau.
Un flotté inhabituel est caractérisé par un fil de surface qui ne respecte pas la structure régulière de l'armure et passe au-dessus d'un plus grand nombre de fil de trame de surface que selon l'armure régulière.
Dans un mode de réalisation, le flotté inhabituel est un flotté d'une longueur supérieure ou égal à la longueur de deux fois et demi le rapport de l'armure de l'armure régulière.
Ce mode de réalisation permet d'assurer un motif repère aisément différenciable d'une faute de tissage ponctuelle non intentionnelle.
Dans un mode de réalisation, la variation locale de l'armure de tissage peut comprendre une étape d'inversion des plans de tissage.
Ce mode de réalisation permet d'obtenir artificiellement un plan de symétrie dans l'armure de tissage en tant que motif repère.
Dans un mode de réalisation, la variation de tissage peut être réalisée par la combinaison d'une inversion des plans de tissage et la réalisation de flottés inhabituels, les flottés inhabituels étant réalisés dans le plan correspondant à l'inversion des plans de tissage.
Cela permet d'obtenir un motif repère encore plus aisément identifiable que l'une ou l'autre des variations de l'armure prise isolément, et assure qu'ensemble le plan de symétri et les flottés inhabituels repèrent bien la même direction particulière de la préforme.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins une étape de disposition d'une préforme telle que décrite ci-dessus dans un outillage au cours de laquelle une ou plusieurs directions particulières de la préforme repérées par les motifs repères de la préforme sont alignées dans une ou plusieurs directions particulières de l'outillage; et une étape de formation de matrice dans la préforme ainsi disposée dans l'outillage pour former la matrice de la pièce en matériau composite.
Les inventeurs ont constaté qu'un tel procédé permet d'utiliser les mêmes outillages que ceux déjà existants et dans lesquels il est prévu de disposer la préforme selon une direction particulière, tout en évitant les inhomogénéités de formation de la matrice causées par la présence des fils traceurs habituellement utilisés pour repérer une direction particulière de la préforme.
En effet, le motif repère, qui est obtenu sans variation de la nature des fils de peau de la préforme ne perturbe pas la formation de la matrice dans la préforme.
Dans un mode de réalisation, la préforme peut comprendre des fils de trames identiques ou différents des fils de chaîne.
Dans un mode de réalisation, la préforme peut comprendre des fils de chaîne et des fils de trame composés de fibres de carbone, de fibres de verre, de fibres d'alumine, de fibres de carbure de silicium, de fibres de Kevlar ou un mélange de plusieurs de ces fibres.
Il faut comprendre que le procédé de l'invention est compatible de n'importe quelle armure fibreuse tridimensionnelle.
Dans un mode de réalisation, la pièce peut être une pièce en matériau composite à matrice céramique, ou à matrice organique.
Dans un mode de réalisation, la matrice peut être une résine, par exemple une résine comprenant des polyesters insaturés ou des époxydes. Dans un mode de réalisation, la matrice peut être de l'alumine, de la mullite, du carbure de silicium, du carbone.
Dans un mode de réalisation, l'étape de formation de matrice peut être choisi parmi de nombreux procédés d'imprégnation, notamment le moulage liquide de composite, dit également « LCM » pour l'acronyme anglais « Liquid Composite Molding », le moulage par transfert de résine, dit également « RTM » pour l'acronyme anglais « Resin Transfer Molding », le moulage par transfert de résine sous haute pression, dit également « HP-RTM » pour l'acronyme anglais « High-Pressure Resin Transfer Molding », le moulage par transfert de résine par compression, dit également « C- RTM » pour l'acronyme anglais « Compression Resin Transfer Molding ».
Dans un tel cas, l'outillage peut par exemple être un moule pour la réalisation d'un des procédés qui vient d'être décrit.
Dans un autre mode de réalisation, l'étape de formation de la matrice peut être une étape d'infiltration par du métal fondu (ou MI pour l'acronyme en langue anglaise « melt-infiltration »).
Dans un mode de réalisation, le procédé peut comprendre en outre une étape de consolidation de la préforme, par exemple réalisée par infiltration chimique en phase vapeur (ou CVI pour l'acronyme en langue anglaise « chemical vapour infiltration ») réalisée avant l'étape de formation de la matrice, et l'outillage peut être un conformateur.
Dans ce mode de réalisation, le procédé peut être un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique comprenant au moins les étapes suivantes :
- une étape de disposition d'une préforme telle que décrite ci-dessus dans un conformateur au cours de laquelle une ou plusieurs directions particulières de la préforme repérées par les motifs repères de la préforme sont alignées dans une ou plusieurs directions particulières du conformateur ;
- une étape de consolidation de la préforme réalisée par infiltration chimique en phase vapeur ; et - une étape d'infiltration de la préforme consolidée par du silicium fondu, pour former la matrice dans la préforme consolidée.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne une pièce en matériau composite comprenant une préforme telle qu'il a été décrit ci-dessus.
Par exemple, une telle pièce en matériau composite peut être une pièce aéronautique, par exemple une aube de turbomachine, un anneau de turbomachine ou un distributeur de turbomachine.
La pièce en matériau composite comprend à sa surface un repère textile encore visible.
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement une armure de tissage selon un premier mode de réalisation de l'invention.
[Fig. 2] La figure 2 représente schématiquement une armure de tissage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
[Fig. 3] La figure 3 représente schématiquement une armure de tissage selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
[Fig. 4] La figure 4 représente schématiquement une armure de tissage selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
Description des modes de réalisation
L'invention est à présent décrite au moyen de figures, présentes à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention et qui ne doivent pas être interprétées comme limitant cette dernière.
L'invention concerne une préforme fibreuse tridimensionnelle dont l'armure de tissage permet directement de repérer une direction particulière en s'affranchissant de l'utilisation des fils traceurs et des inconvénients associés décrits plus haut.
Dans un mode de réalisation, la préforme peut être une préforme d'une pièce aéronautique, par exemple une préforme d'aube de turbomachine, une préforme d'anneau de turbomachine ou une préforme de distributeur. La figure 1 représente de manière schématique l'armure de tissage d'une préforme fibreuse 101 selon un premier mode de réalisation.
De manière conventionnelle, une armure de tissage se représente par un tableau gris et blanc dans lequel la direction de trame est représentée horizontalement, et la direction de chaîne la direction verticale.
Chaque carré d'une armure de tissage représente un croisement entre un fil de trame et un fil de chaîne. Un point blanc indique que le fil de trame passe au-dessus du fil de chaîne tandis qu'un point gris indique que le fil de chaîne passe au-dessus du fil de trame.
L'armure représentée schématiquement par des carrés gris et blanc est visible à la surface de la préforme, et cela quelle que soit la nature des fils.
Bien entendu, la netteté de l'armure de tissage sur une préforme réelle n'est pas la même que celle représentée schématiquement sur l'armure de tissage, mais le relief créé par l'entrecroisement des fils de trame et de chaîne dans une préforme réelle est facilement comparable à l'armure de tissage schématique.
Ainsi, l'invention n'est pas limitée par la nature des fibres, et les avantages décrits pour les préformes de l'invention peuvent être obtenues quelle que soit la nature des fils de trame ou de chaîne.
Par exemple, les fils de trame et/ou de chaîne peuvent être composés de fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres d'alumine, des fibres de carbure de silicium, des fibres de Kevlar ou d'un mélange de plusieurs de ces fibres.
Sur la figure 1, l'armure régulière représentée est un satin de 4 dont le motif élémentaire 10 est repéré sur la figure 1.
Le motif du tissage précis n'a pas d'incidence sur la bonne obtention de l'effet technique. En effet, il compte seulement que le motif repère soit différent du reste de l'armure pour permettre à l'opérateur de repérer simplement une direction particulière.
L'armure 101 de la figure 1 représente 40 plans de chaines repérées par des numéros de 1 à 40, et 14 plans de trames. Sur la figure 1, la direction particulière 20, ici alignée avec le quatrième plan de trame est aisément identifiable car elle diffère visuellement par rapport au reste de l'armure.
En l'espèce, le fil de trame aligné avec la direction particulière 20 de la préforme fibreuse réalise des flottés inhabituels, qui créent des motifs repères alignés avec la direction de trame.
On notera que le motif élémentaire 10 comprend des flottés réguliers, sur la figure 1, des flottés de 3, caractérisés par une succession de 3 carrés gris représentant un fil de trame passant au-dessus de 3 fils de chaîne de suite avant d'être repris sous un fil de chaîne (carré blanc).
Sur la figure 1, un flotté inhabituel est présent en tant que motif repère et est formé par l'absence de deux croisements consécutif du fil de trame avec les fils de chaîne. Les points 31a et 31b puis 31c et 31d puis 31e et 3 If constituent sur la figure 1 les motifs repères.
Dans une armure réelle, ces motifs repères seront vus comme un fil de peau bien plus long que les autres fils environnants et permettront à l'opérateur de repérer la direction particulière 20.
Un tel motif irrégulier dans une armure par ailleurs régulière est en effet aisément repérable pour un dispositif optique, et tout particulièrement pour l'œil humain.
Sur la figure 1, le flotté du fil de trame de la direction particulière 20 est réalisé sur une longueur de 11 plans de chaîne. Le rapport de l'armure régulière de la figure est de 4, comme l'illustre le motif élément 10 qui est un carré de 4 plans sur 4.
Sur la figure 1, le flotté du fil de trame réalisant le motif repère est donc supérieur à deux fois et demi le rapport de l'armure régulière, ce qui assure que le motif repère comprenne 2 différences avec le motif élémentaire de l'armure régulière, avant la réalisation d'un motif de nouveau régulier. Sur la figure 1, on peut en effet remarquer que le long de la direction particulière, le motif repère est créé par l'irrégularité de 2 points consécutifs 31a et 31b, puis 31c et 31d, puis 31e et 31f. Une longueur du flotté inhabituel qui est supérieure ou égale à deux fois et demi le rapport de l'armure régulière assure ainsi que le motif repère soit différent d'une erreur ponctuelle de tissage.
Bien entendu, lorsque le motif repère est un flotté inhabituel, sa longueur doit rester inférieure à la longueur maximale au-delà de laquelle le fil peut se déformer, car cela rendrait imprécise la détermination de la direction particulière justement repérée par le flotté inhabituel.
Par exemple, la longueur maximale d'un flotté inhabituel peut être inférieure ou égale à 15 mm.
La figure 2 représente une armure de tissage dans un autre mode de réalisation de l'invention.
Il s'agit d'une armure de satin de 4, dont le motif élémentaire 10 est repéré sur la figure 2.
Dans la figure 2, le motif repère, repérant la direction particulière 20, est obtenu en inversant les plans de tissage.
L'armure à gauche de la direction particulière 20 est complètement régulière. Elle est obtenue par la répétition périodique des plans 1 à 8.
On notera que la périodicité minimale est de 4, et que les plans 5 à 8 sont équivalents aux plans 1 à 4, mais la périodicité de 8 illustre ici mieux l'inversion de plan.
A partir du plan numéroté 5 comprenant la direction particulière 20, les plans de l'armure de tissage ne sont plus répétés dans l'ordre croissant 1 à 8 mais dans l'ordre décroissant 8 à 1.
La portion de l'armure de tissage 201 à droite de la direction particulière 20 est aussi une armure satin de 4, et l'on peut remarquer que le motif repère introduit pour repérer la direction particulière 20 n'a aucunement modifié la périodicité à grande distance de l'armure 201 au-delà de la direction particulière 20.
La modification d'armure créée par le motif repère est extrêmement localisée, ce qui permet d'assurer une perturbation minimale de la préforme. Cela assure notamment que les propriétés de formation de la matrice soient identiques, malgré la présence du repère visuel.
L'inversion des plans de tissage permet l'apparition d'un motif repère dans l'armure de tissage 201 qui s'étend le long de la direction particulière 20. En effet, la périodicité est localement rompue, et est remplacée par une symétrie axiale, qui singularise la direction particulière 20 parmi le reste de l'armure 201 et la rend aisément repérable, en particulier pour un œil humain.
La figure 3 représente une armure 301 de tissage dans un autre mode de réalisation.
Il s'agit d'une armure de sergé 2 lié 2, dont le motif élémentaire 10 est repéré sur la figure 3.
Comme dans le cas de la figure 2, la variation locale de l'armure de tissage 301 est une inversion des plans de l'armure de tissage. La figure 3 présente la numérotation des plans de tissage pour aider à la compréhension.
A partir du plan numéroté 3 et comprenant la direction particulière, les plans de l'armure de tissage ne sont plus répétés dans l'ordre croissant 1 à 8 mais dans l'ordre décroissant 8 à 1.
La modification de l'armure de tissage créée par inversion de plans sur une armure de sergé 2 lié 2 forme un motif repère qui est encore plus visible que pour d'autres types d'armure, par exemple le satin de 4 de la figure 2.
La figure 4 décrit un mode de réalisation d'une armure de tissage 401 qui serait obtenue comme pour l'armure 201 de la figure 2 avec un motif repère correspondant à un plan de symétrie, obtenu par inversion des plans de tissage. Afin de renforcer encore davantage la direction particulière 20, l'armure de tissage 401 comprend en outre des flottés inhabituels 32a, 32b, 32c et 32d, alignés avec ladite direction particulière 20.
Le motif repère permettant de repérer la direction particulière 20 est donc la combinaison du plan de symétrie et des flottés inhabituels. Le mode de réalisation illustré en figure 4 montre bien comment la superposition des deux modes de réalisation décrits plus haut pour l'obtention d'un motif repère peuvent être combinés pour parvenir à une armure de tissage 401, et par conséquent une préforme fibreuse, dont on puisse repérer aisément une direction particulière 20.
Ce mode de réalisation est préféré lorsque pour l'armure de tissage choisie, la seule inversion des plans de tissage ne définit pas la direction particulière de manière extrêmement claire. Par exemple, on peut noter que l'inversion de plan dans une armure satin de 4 (figure 2) n'est pas aussi nette que dans le cas d'un sergé 2 lié 2 (figure 3). Ajouter à l'inversion de plans la réalisation de flottés inhabituels permet alors de repérer la direction particulière encore plus précisément.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Préforme fibreuse pour la fabrication d'une pièce en matériau composite, la préforme fibreuse présentant un tissage tridimensionnel comprenant une pluralité de couches de fils de trame et une pluralité de couches de fils de chaîne s'étendant dans une direction perpendiculaire à la direction des fils de trame, dans laquelle chaque fil de trame lie des fils de chaîne de plusieurs couches, les fils de trame et les fils de chaîne étant tissés selon une armure de tissage régulière, la préforme fibreuse étant caractérisée en ce qu'elle comprend en surface un ou plusieurs motifs repères s'étendant dans une direction particulière (20) de la préforme fibreuse, un motif repère étant créé par une variation locale de l'armure (101, 201, 301, 401) de tissage.
[Revendication 2] Préforme selon la revendication 1, dans laquelle la direction particulière (20) est une direction de trame ou de chaîne.
[Revendication 3] Préforme selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le motif repère est un fil de peau réalisant un flotté plus long que les flottés des fils de trame ou de chaîne dans un motif (10) de l'armure régulière.
[Revendication 4] Préforme selon la revendication 3, dans laquelle le motif repère est un flotté d'un fil de peau sur une longueur supérieure ou égale à deux fois et demi la longueur du motif élémentaire de l'armure.
[Revendication 5] Préforme selon la revendication 1 à 4, dans laquelle le motif repère est un plan de symétrie de l'armure de tissage, et la direction particulière (20) est alignée le long de ce plan de symétrie.
[Revendication 6] Préforme selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les fils de chaîne et les fils de trame peuvent être composés de fibres de carbone, de fibres de verre, de fibres d'alumine, de fibres de carbure de silicium, de fibres de Kevlar ou un mélange de plusieurs de ces fibres.
[Revendication 7] Procédé de tissage d'une préforme fibreuse selon une armure de tissage régulière comprenant le tissage tridimensionnel d'une pluralité de couches de fils de trame et d'une pluralité de couches de fils de chaîne s'étendant dans une direction perpendiculaire à la direction des fils de trame, dans laquelle chaque fil de trame lie des fils de chaîne de plusieurs couches, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une ou plusieurs étapes de variation locale de l'armure de tissage (101, 201, 301, 401) de sorte à créer un motif repère à la surface de la préforme fibreuse, le motif repère s'étendant dans une direction particulière (20) de la préforme.
[Revendication 8] Procédé de tissage selon la revendication 7, dans lequel la variation locale de l'armure de tissage (101, 201, 301) comprend une étape de réalisation d'un flotté inhabituel.
[Revendication 9] Procédé de tissage selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la variation locale de l'armure de tissage (101, 201, 301) comprend une étape d'inversion des plans de tissage. [Revendication 10] Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins une étape de disposition d'une préforme selon les revendications 1 à 6 dans un outillage au cours de laquelle une ou plusieurs directions particulières de la préforme repérées par les motifs repères de la préforme sont alignées dans une ou plusieurs directions particulières de l'outillage; et une étape de formation de matrice dans la préforme ainsi disposée dans un outillage. [Revendication 11] Pièce en matériau composite comprenant une préforme selon les revendications 1 à 6.
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