WO2025133552A1 - Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matèriau composite - Google Patents

Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matèriau composite Download PDF

Info

Publication number
WO2025133552A1
WO2025133552A1 PCT/FR2024/051754 FR2024051754W WO2025133552A1 WO 2025133552 A1 WO2025133552 A1 WO 2025133552A1 FR 2024051754 W FR2024051754 W FR 2024051754W WO 2025133552 A1 WO2025133552 A1 WO 2025133552A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
warp
weft
fibrous texture
weave
texture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/FR2024/051754
Other languages
English (en)
Inventor
Aline Planckeel
Eric Philippe
Marie LEFEBVRE
Frédéric CHANTALAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Ceramics SA
Original Assignee
Safran Ceramics SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Ceramics SA filed Critical Safran Ceramics SA
Publication of WO2025133552A1 publication Critical patent/WO2025133552A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D1/00—Woven fabrics designed to make specified articles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D11/00—Double or multi-ply fabrics not otherwise provided for
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D13/00—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft
    • D03D13/004—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft with weave pattern being non-standard or providing special effects
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00—Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005—Three-dimensional woven fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the invention relates to fibrous textures comprising a three-dimensional or multi-layer weave used to form fibrous reinforcements in composite materials.
  • One field of application of the invention is the production of parts made of structural composite material, i.e. structural parts with fiber reinforcement and densified by a matrix.
  • Composite materials make it possible to produce parts with a lower overall mass than these same parts when they are made of metallic material.
  • the invention relates more particularly to composite material parts manufactured from a fibrous reinforcement obtained at least in part by three-dimensional (3D) or multi-layer weaving between a plurality of layers of warp threads and a plurality of layers of weft threads, the reinforcement being densified by chemical gas infiltration (CVI).
  • a 3D weave may for example correspond to an interlock weave weave while a multi-layer weave may for example correspond to a multi-plain, multi-satin or multi-twill weave weave.
  • the latter has a more or less good infiltrability, i.e. an infiltration capacity by the reactive gas used for the CVI. Infiltrability depends in particular on the density of the warp threads crossing two or more weft layers in the thickness of the fiber texture. Indeed, when a warp thread links two or more layers of weft threads, it creates a preferential path that facilitates the circulation of gas in the fiber texture.
  • the skin creates a densification gradient between the surface and the core of the fibrous texture with faster densification on the surface which then blocks the porosity on the surface and prevents good densification at the core of the fibrous texture.
  • the number of contact points between the warp and weft threads in a 3D or multi-layer weave affects the deformability and bulkiness of a fiber texture.
  • a texture with a weave with many contact points is not very deformable and not very bulky, which poses a problem during shaping in a former, as the preform does not completely fill the gap of the former.
  • Document EP 2 032 751 describes a reinforcing fibrous texture for a composite material part, the fibrous texture having a three-dimensional or multi-layer weave between layers of warp threads juxtaposed in the thickness of the fibrous texture and layers of weft threads juxtaposed in the thickness of the fibrous texture, the fibrous texture optionally comprising on one of its external surfaces a skin having a two-dimensional weave, the fibrous texture having a weave pattern determined on a plurality of warp planes and on a plurality of weft planes.
  • the invention provides a reinforcing fibrous texture for a composite material part, the fibrous texture having a three-dimensional or multi-layer weave between layers of warp threads juxtaposed in the thickness of the fibrous texture and layers of weft threads juxtaposed in the thickness of the fibrous texture, the fibrous texture further comprising on one of its external surfaces a skin having a two-dimensional weave and covering the three-dimensional or multi-layer weave, the fibrous texture having a weave pattern determined on a plurality of warp planes and on a plurality of weft planes, characterized in that the weave pattern has an infiltrability score complex weave greater than or equal to 0.67 and a number of contact points less than 80, the complex weave infiltrability score of the fibrous texture corresponding to the ratio between a number of actual crossing points of interest between warp threads and weft threads of the skin of the fibrous texture and a maximum number of theoretical crossing points on said skin, each actual crossing point of interest corresponding to a change in relative position
  • the fibrous texture according to the invention comprising a 2D skin on the surface and a 3D or multi-layer weave at the core thus presents a good compromise between:
  • the complex armor infiltrability score S m corresponds to the following formula: where Pch is the number of warp planes /'/r is the number of weft planes /7 is a function for identifying real crossing points of interest /is the current warp plane j is the current weft plane
  • the number of contact points N corresponds to the following formula:
  • N N ch x C x - — + Ntr x D x - — - -
  • Ntr Number of contact points in Frame per plane (counted according to the principle above)
  • C Count (number of warp threads per cm)
  • D Threading (number of weft threads per cm)
  • Pch Number of warp layers
  • Ptr Number of weft layers
  • Cch Number of warp layers
  • Ctr Number of weft layers.
  • the invention also relates to a reinforcing fiber texture for a composite material part, the fiber texture comprising a three-dimensional or multi-layer weave between layers of warp threads juxtaposed in the thickness of the fiber texture and layers of weft threads juxtaposed in the thickness of the fiber texture, the three-dimensional or multi-layer weave being present on external surfaces of the fiber texture, the fiber texture having a weave pattern determined on a plurality of warp planes and on a plurality of weft planes, characterized in that the weave pattern has a single weave infiltrability score greater than or equal to 0.67 and a number of contact points less than 80, the single weave infiltrability score of the fiber texture corresponding to the ratio between a number of actual crossing points between warp threads of the warp thread layer present on an external surface of the fiber texture and weft threads of layers of weft threads and a number maximum number of theoretical crossing points on the external surface of the fiber texture, each actual crossing point corresponding to a change in relative position in the direction
  • the fibrous texture according to the invention formed by 3D or multi-layer weaving thus presents a good compromise between: - infiltrability, i.e. the capacity of infiltration of the fibrous texture by the reactive gas used for the CVI, which makes it possible to improve the densification by CVI at the core, and - capacity for deformation and expansion in order to facilitate the shaping of the fibrous texture.
  • - infiltrability i.e. the capacity of infiltration of the fibrous texture by the reactive gas used for the CVI, which makes it possible to improve the densification by CVI at the core
  • - capacity for deformation and expansion in order to facilitate the shaping of the fibrous texture.
  • the simple armor infiltrability score Si corresponds to the following formula: where Pch is the number of chain planes
  • PT is the number of raster planes
  • Ntr Number of contact points in Frame per plane (counted according to the principle above)
  • the invention also relates to a part made of composite material having a reinforcing fibrous texture according to the invention densified by a matrix at least partially formed by chemical vapor infiltration.
  • the reinforcing fibrous texture may in particular comprise ceramic or carbon threads.
  • Figures 1 A to 1 R illustrate successive planes of a weave armor of a fibrous texture with three-dimensional weaving at the core and two-dimensional weaving at the skin,
  • FIG. 4 illustrates an example of assigning contact point values in a 3D woven fiber texture in accordance with the invention
  • Figures 5A-5F illustrate successive planes of a weaving armor of a fibrous texture with three-dimensional weaving according to an embodiment of the invention
  • FIG. 6A-6L Figures 6A to 6L illustrate successive planes of a weave armor of a fibrous texture with three-dimensional weave at the core and two-dimensional weave at the skin in accordance with an embodiment of the invention
  • FIG. 7A-7H Figures 7A to 5H illustrate successive planes of a weaving armor of a fibrous texture with three-dimensional weaving according to an embodiment of the invention.
  • the invention applies to the definition of fibrous textures having a three-dimensional (3D) or multi-layer weaving pattern between a plurality of layers of warp threads and a plurality of layers of weft threads and intended to form a fibrous reinforcement of a part made of composite material, the fibrous texture being at least partially consolidated or densified by chemical gas infiltration (CVI).
  • the fibrous texture is intended to form the fibrous reinforcement of a part made of composite material, in particular but not exclusively, a part made of ceramic matrix composite (CMC) material, i.e. comprising a fibrous reinforcement, for example made of carbon or ceramic fibers, densified by a matrix at least partially made of ceramic.
  • CMC ceramic matrix composite
  • three-dimensional weaving or “3D weaving” is meant here a weaving method by which at least some of the warp threads bind weft threads over several weft layers, such as for example an "interlock weave” weave in which each warp layer binds several weft layers with all the threads of the same warp column having the same movement in the plane of the weave.
  • multi-layer weave is meant here a 3D weave with several weft layers whose basic weave of each layer is equivalent to a conventional 2D fabric weave, such as a plain, satin or twill weave, but with certain points of the weave that bind the weft layers together.
  • Known multi-layer weave weaves are multi-plain, multi-satin and multi-twill.
  • a 3D or multi-layer weave defines how the warp threads intertwine with the weft threads and vice versa following an elementary pattern for each plane of the weave.
  • the pattern of the weave is defined on a plurality of warp sectional planes, also called warp planes, which show the path of the warp threads relative to the weft threads (represented in section) in the thickness of a fiber texture for a given column of warp threads, i.e.
  • FIG. 1 shows an example of a multi-layer weave weave whose representative pattern is defined on eight warp planes.
  • CVI treatment is a well-known process for densifying porous preforms to produce CMC composite material parts.
  • the preform(s) to be densified are placed in a reaction chamber of a CVI installation where they are heated.
  • a reactive gas containing one or more gaseous precursors of the matrix material is introduced into the reaction chamber.
  • the temperature and pressure in the installation are adjusted to allow the reactive gas to diffuse within the porosity of the preforms and form a deposit of the matrix material by decomposition of one or more constituents of the reactive gas or by reaction between several constituents, these constituents forming the matrix precursor.
  • Such a process is described in particular in US patent 9,845,534.
  • a weave armor of a fibrous texture having a good compromise between infiltrability and capacity for deformation and expansion has a simple or complex armor infiltrability score greater than or equal to 0.67 and a number of contact points less than 80, more preferably less than Calculating an infiltrability score for a fiber texture makes it possible to determine a representative value of its infiltration potential by the gas(es) used for the IVC.
  • a “simple weave infiltrability” score makes it possible to determine a representative value of the infiltration potential of a 3D or multi-layer weave weave when it is present on the external surfaces of the fiber texture, i.e. directly accessible by the reactive gas of the IVC.
  • a “complex weave infiltrability” score makes it possible to determine a representative value of the infiltration potential of a weave weave comprising an internal part or core formed by a 3D or multi-layer weave and an external part or skin having a two-dimensional weave and covering the 3D or multi-layer weave.
  • the “simple weave infiltrability” score corresponds to the ratio between a number of actual crossing points between warp threads of the warp thread layer present on an external surface of the fibrous texture and weft threads of weft thread layers and a maximum number of theoretical crossing points on the external surface of the fibrous texture while the “complex weave infiltrability” score corresponds to the ratio between a number of actual crossing points near an underlying deep bond, called “crossing points of interest”, between warp threads and weft threads of the skin of the fibrous texture and a maximum number of theoretical crossing points on said skin.
  • Figures 1A to 1 R represent eighteen successive warp planes CH1 to CH18 of a weave of a fibrous texture 10 obtained by 3D weaving at core 12 and two-dimensional weaving at skin 14, 16.
  • the representative pattern of the weave of the fibrous texture 10 is defined on eighteen warp and weft planes.
  • the fibrous structure 10 comprises five layers of warp yarns Ci to Cs and five layers of weft yarns Ti to Ts.
  • the warp yarn Cn visible on the warp plane CH1 of Figure 1 A is represented in Figure 2 in the left column from bottom to top of the figure and so on for the warp yarns C12 to Cns from left to right in Figure 2.
  • the square cells in black represent warp yarns visible on the surface of the fiber texture while the square cells in white represent weft yarns visible on the surface of the fiber texture.
  • the value of the cell C(i, j) is obtained by the following formula:
  • Each square cell has four vertices, each corresponding to a theoretical crossing point between a warp thread and a weft thread.
  • Figure 3 illustrates the four theoretical crossing points of a square cell C i,j).
  • the theoretical crossing points between a warp thread and a weft thread are identified at the vertices of the square cells as shown below, with the following boundary assumptions:
  • the real warp-weft crossing points are those for which the function f is equal to 1.
  • Each actual crossing point corresponds to a change in relative position in the direction of the thickness of the fiber texture of a warp thread relative to a weft thread between two successive warp planes
  • a 3D or multi-layer weave armor present directly on the external surfaces of the fiber texture, i.e. without a two-dimensional skin on its surface
  • all the isolated real crossing points on the surface of the fiber texture are added together as described above, then the found number of real crossing points is divided by the maximum number of theoretical crossing points on the external surface of the fiber texture to calculate a simple armor infiltrability score.
  • a deep binding point corresponds to a warp yarn of a layer of warp yarns underlying the warp yarn layer of the skin which binds at least two layers of weft yarns in the thickness of the fiber texture.
  • the cells where a deep binding point exists are represented with a point L pa or L P d in Figure 2, L pa corresponding to an ascending deep binding point and L P d corresponding to a descending deep binding point. To do this, it is sufficient to look, warp plane by warp plane, at the behavior of the warp yarn C21 at C218 ( Figures 1 A to 1 R), and to identify the positions where two or more layers of frames are linked.
  • the cells (i,j) for which there is a depth link point are identified by the values +1 or -1 at the output of the following function:
  • the cells (i,j) for which gi,j 1 are identified by a point L P d (downward link) (figure 2).
  • the cells (i,j) for which gi,p) -1 are identified by a point L pa (upward link) (figure 2).
  • each actual crossing point of interest Pi corresponds to a change in relative position in the direction of the thickness of the fiber texture of a warp yarn of the hide with respect to a weft yarn between two successive warp planes, the warp yarn considered of the hide being located above a warp yarn of a layer of warp yarns underlying the layer of warp yarn of the hide bonding at least two layers of weft yarns in the thickness of the fiber texture
  • the “multi-layer infiltrability” score, noted S m can be calculated with the following formula: where Pch is the number of chain planes
  • the infiltrability score of the weave armor shown in Figures 1A to 1R is equal to 0.22, obtained on the basis of the number of points Pi present in Figure 2 divided by the maximum number of theoretical crossing points on the external surface of the fiber texture, i.e. 72/324.
  • the fiber texture having the weave armor defined in Figures 1A to 1R has an unsatisfactory infiltration score because it is less than 0.67.
  • the calculation of the number of contact points for the warp yarns of the fiber texture begins by calculating for each warp yarn of the layers of warp yarns of the fiber texture a value of warp contact points.
  • a contact point corresponds to a change in relative position in the direction of the thickness of the fiber texture of a warp yarn in a warp plane of the weave of the fiber texture.
  • the value of a warp contact point is determined based on the number of layers of weft yarns crossed by a warp yarn in question corresponding to a depth of the binding point in the layer(s) of weft yarns, the calculation being repeated for each warp weave plane.
  • the warp yarn Ca has two contact points.
  • the first contact point of the warp yarn Ca on the left in Figure 4 is assigned a value of 1 since the yarn Ca here passes through a layer of weft yarns Ta.
  • the second contact point is assigned a value of 2 of the warp yarn Ca on the right in Figure 4 since the yarn Ca here passes through two layers of weft yarns Ta and Tb.
  • the warp yarn Cb has two contact points which are respectively assigned a value equal to 1 (first contact point of the warp yarn Cb on the left in Figure 4) since the yarn Cb here passes through a layer of weft yarns Tb and a value equal to 2 (second contact point of the warp yarn Cb on the right in Figure 4) since the yarn Cb here passes through two layers of weft yarns Tb and Te.
  • the warp yarn Ca has two contact points. A value equal to 1 is assigned to each of the two contact points of the warp yarn Ce since the yarn Ce here passes twice through a single layer of weft yarns Te.
  • a value is assigned to all identified contact points for the warp yarns of all warp yarn layers, i.e. for each warp yarn present in each warp plane of the weave of the fiber texture.
  • Calculating the number of contact points then involves calculating a value of warp contact points per centimeter.
  • the weft thread count corresponding to the number of weft threads per centimeter, also called “count per centimeter” is calculated in order to obtain a figure for the number of contact points per centimeter.
  • an average weighting of the contact on a layer is calculated and multiplied by the number of threads per cm in each direction.
  • Nch Number of contact points in Chain per plane (counted according to the principle above)
  • Ntr Number of contact points in Frame per plane (counted according to the principle above)
  • the number of contact points calculated for the fiber texture having the weave pattern defined in Figures 1A to 1R is 65, which is satisfactory because it is less than 80.
  • the weaving armor defined in Figures 1 A to 1 R is not retained to produce a fibrous texture according to the invention due to an infiltrability score of less than 0.67 which does not ensure good chemical infiltration in the phase gaseous core causing excessively large matrix deposition gradients between the external surface and the core of the texture.
  • Figures 5A to 5F represent six successive warp planes CH1 to CH6 of a weave of a fibrous texture 20 obtained by three-dimensional weaving present on external surfaces 20a and 20b of the fibrous texture.
  • the representative pattern of the weave of the fibrous texture 10 is defined on six warp and weft planes.
  • the fibrous structure 20 comprises ten layers of warp yarns Ci to Cio and ten layers of weft yarns Ti to T10.
  • Figures 6A to 6L represent twelve successive warp planes CH1 to CH12 of a weave of a fibrous texture 30 obtained by 3D weaving at core 32 and two-dimensional weaving at skin 34, 36.
  • the representative pattern of the weave of the fibrous texture 30 is defined on twelve warp and weft planes.
  • the fibrous structure 30 comprises ten layers of warp yarns Ci to Cio and ten layers of weft yarns Ti to T10.
  • the fibrous texture 40 has an infiltrability score of 0.5.
  • the fibrous texture 40 also has a number of contact points equal to 61, less than 80, corresponding to the maximum number of contact points defined in the present invention.
  • the weaving armor of the fibrous texture 40 therefore meets the conditions for providing a good compromise according to the invention between infiltrability and capacity for deformation and expansion.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Abstract

Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matériau composite Une texture fibreuse (20) de renfort pour une pièce en matériau composite comprend un tissage tridimensionnel ou multicouche entre des couches de fils de chaîne (C1-C10) juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse et des couches de fils de trame (T1-T10) juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse. La texture fibreuse présentant une armure de tissage déterminée sur une pluralité de plans de chaîne (CH1, CH2) et sur une pluralité de plans de trame. L'armure de tissage présente un score d'infiltrabilité armure simple supérieur ou égale à 0,67 et un nombre de points de contact inférieur à 80.

Description

Description
Titre de l'invention : Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matériau composite
Domaine Technique
L'invention concerne les textures fibreuses comprenant un tissage tridimensionnel ou multicouche utilisées pour former des renforts fibreux dans des matériaux composites.
Technique antérieure
Un domaine d'application de l'invention est la réalisation de pièces en matériau composite structural, c'est-à-dire des pièces de structure à renfort fibreux et densifié par une matrice. Les matériaux composites permettent de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique.
L’invention concerne plus particulièrement les pièces en matériau composite fabriquées à partir d’un renfort fibreux obtenu au moins en partie par tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame, le renfort étant densifié par infiltration chimique en phase gazeuse (CVI). Un tissage 3D peut par exemple correspondre à une armure de tissage interlock tandis qu’un tissage multicouche peut par exemple correspondre à une armure de tissage multi-toile, multi-satin ou multi-sergé.
Suivant l’armure de tissage 3D ou multicouche utilisée pour former la texture fibreuse, cette dernière présente une infiltrabilité, c’est-à-dire une capacité d’infiltration par le gaz réactif utilisé pour la CVI, plus ou moins bonne. L’infiltrabilité dépend en particulier de la densité des fils de chaîne traversant deux couches de trame ou plus dans l’épaisseur de la texture fibreuse. En effet, lorsqu’un fil de chaîne lie deux couches ou plus de fils de trame, il crée un chemin préférentiel qui facilite la circulation du gaz dans la texture fibreuse.
En outre, dans le cas d’une armure de tissage comportant une peau tissée bidimensionnelle en surface d’un tissage 3D ou multicouche, la peau crée un gradient de densification entre la surface et le cœur de la texture fibreuse avec une densification plus rapide en surface qui bouche alors la porosité en surface et empêche une bonne densification à cœur de texture fibreuse.
Par ailleurs, le nombre de points de contact entre les fils de chaîne et les fils de trame dans une armure de tissage 3D ou multicouche influe sur la déformabilité et le foisonnement d’une texture fibreuse. Une texture présentant une armure de tissage avec beaucoup de points de contact est peu déformable et peu foisonnante, ce qui pose problème lors de la mise en forme en conformateur, la préforme ne remplissant pas alors complètement l’entrefer du conformateur.
Le document EP 2 032 751 décrit une texture fibreuse de renfort pour une pièce en matériau composite, la texture fibreuse présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre des couches de fils de chaîne juxtaposées dans l’épaisseur de la texture fibreuse et des couches de fils de trame juxtaposées dans l’épaisseur de la texture fibreuse, la texture fibreuse comprenant éventuellement sur une de ses surfaces externes une peau présentant un tissage bidimensionnel, la texture fibreuse présentant une armure de tissage déterminée sur une pluralité de plans de chaîne et sur une pluralité de plans de trame.
Il existe, par conséquent, un besoin pour définir des textures fibreuses formées au moins en partie par tissage tridimensionnel ou multicouche présentant un bon compromis entre infiltrabilité et capacité de déformation et de foisonnement.
Exposé de l’invention
A cet effet, l'invention propose une texture fibreuse de renfort pour une pièce en matériau composite, la texture fibreuse présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre des couches de fils de chaîne juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse et des couches de fils de trame juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse, la texture fibreuse comprenant en outre sur une de ses surfaces externes une peau présentant un tissage bidimensionnel et recouvrant le tissage tridimensionnel ou multicouche, la texture fibreuse présentant une armure de tissage déterminée sur une pluralité de plans de chaîne et sur une pluralité de plans de trame, caractérisée en ce l'armure de tissage présente un score d'infiltrabilité armure complexe supérieur ou égale à 0,67 et un nombre de points de contact inférieur à 80, le score d'infiltrabilité armure complexe de la texture fibreuse correspondant au ratio entre un nombre de points de croisement réels d'intérêt entre des fils de chaîne et des fils de trame de la peau de la texture fibreuse et un nombre maximum de points de croisement théoriques sur ladite peau, chaque point de croisement réel d'intérêt correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne de la peau par rapport à un fil de trame entre deux plans de chaîne successifs, ledit fil de chaîne de la peau étant situé au-dessus d'un fil de chaîne d'une couche de fils de chaîne sous- jacente à la couche de fil de chaîne de la peau liant au moins deux couches de fils de trame dans l'épaisseur de la texture fibreuse, le nombre de points de contact correspondant à la somme de valeurs de points de contact en chaîne par centimètre déterminées pour chaque point de contact en chaîne et de valeurs de points de contact en trame par centimètre déterminées pour chaque point de contact en trame, un point de contact en chaîne, respectivement un point de contact en trame, correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne, respectivement d'un fil de trame, dans un plan de chaîne, respectivement dans un plan de trame, de l'armure de tissage de la texture fibreuse.
La texture fibreuse selon l'invention comprenant en surface une peau 2D et à cœur une armure de tissage 3D ou multicouche présente ainsi un bon compromis entre :
- infiltrabilité, c'est-à-dire la capacité d'infiltration de la texture fibreuse par le gaz réactif utilisé pour la CVI, qui permet d'améliorer la densification par CVI à cœur, et
- capacité de déformation et de foisonnement afin de faciliter la mise en forme de la texture fibreuse.
Selon un aspect particulier de la texture fibreuse de l'invention, le score d'infiltrabilité armure complexe Sm correspond à la formule suivante:
Figure imgf000005_0001
où Pch est le nombre de plans de chaîne /’/rest le nombre de plans de trame /7 est une fonction d'identification de points de croisement réels d'intérêt /est le plan de chaîne courant j est le plan de trame courant
Selon un autre aspect particulier de la texture fibreuse de l'invention, le nombre de points de contact N correspond à la formule suivante :
D C
N = N ch x C x - — + Ntr x D x - — - -
(Ptr x CcK) (Pch x Ctr)
Avec :
/V : Nombre de points de contact total
/Vt/7 : Nombre de points de contact en Chaîne par plan (comptés selon le principe ci- dessus)
Ntr : Nombre de points de contact en Trame par plan (comptés selon le principe ci- dessus)
C = Compte (nombre de fils de chaîne par cm) D = Duitage (Nombre de fils de trame par cm) Pch = Nombre de plans en Chaîne Ptr = Nombre de plans en Trame Cch = Nombre de couches de Chai nés Ctr= Nombre de couches de trames.
L'invention a également pour objet une texture fibreuse de renfort pour une pièce en matériau composite, la texture fibreuse comprenant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre des couches de fils de chaîne juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse et des couches de fils de trame juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse, le tissage tridimensionnel ou multicouche étant présent sur des surfaces externes de la texture fibreuse, la texture fibreuse présentant une armure de tissage déterminée sur une pluralité de plans de chaîne et sur une pluralité de plans de trame, caractérisée en ce l'armure de tissage présente un score d'infiltrabilité armure simple supérieur ou égale à 0,67 et un nombre de points de contact inférieur à 80, le score d'infiltrabilité armure simple de la texture fibreuse correspondant au ratio entre un nombre de points de croisement réels entre des fils de chaîne de la couche de fil de chaîne présente sur une surface externe de la texture fibreuse et des fils de trame de couches de fils de trame et un nombre maximum de points de croisement théoriques sur la surface externe de la texture fibreuse, chaque point de croisement réel correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne par rapport à un fil de trame entre deux plans de chaîne successifs, le nombre de points de contact correspondant à la somme de valeurs de points de contact en chaîne par centimètre déterminées pour chaque point de contact en chaîne et de valeurs de points de contact en trame par centimètre déterminées pour chaque point de contact en trame, un point de contact en chaîne, respectivement un point de contact en trame, correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne, respectivement d'un fil de trame, dans un plan de chaîne, respectivement dans un plan de trame, de l'armure de tissage de la texture fibreuse.
La texture fibreuse selon l'invention formée par un tissage 3D ou multicouche présente ainsi un bon compromis entre : - infiltrabilité, c'est-à-dire la capacité d'infiltration de la texture fibreuse par le gaz réactif utilisé pour la CVI, qui permet d'améliorer la densification par CVI à cœur, et - capacité de déformation et de foisonnement afin de faciliter la mise en forme de la texture fibreuse.
Selon un aspect particulier de la texture fibreuse de l'invention, le score d'infiltrabilité armure simple Si correspond à la formule suivante:
Figure imgf000007_0001
où Pch est le nombre de plans de chaîne
PT est le nombre de plans de trame
/est une fonction d'identification de points de croisement réels /est le plan de chaîne courant jest le plan de trame courant
Selon un autre aspect particulier de la texture fibreuse de l'invention, le nombre de points de contact /V correspond à la formule suivante :
Figure imgf000007_0002
Avec :
N : Nombre de points de contact total
Nch : Nombre de points de contact en Chaîne par plan (comptés selon le principe ci- dessus)
Ntr : Nombre de points de contact en Trame par plan (comptés selon le principe ci- dessus)
C= Compte (nombre de fils de chaîne par cm)
D = Duitage (Nombre de fils de trame par cm)
Pch = Nombre de plans en Chaîne
Ptr- Nombre de plans en Trame
Cch = Nombre de couches de Chai nés
Ctr= Nombre de couches de trames.
L'invention concerne également une pièce en matériau composite ayant une texture fibreuse de renfort selon l'invention densifiée par une matrice au moins partiellement formée par infiltration chimique en phase vapeur. La texture fibreuse de renfort peut notamment comprendre des fils en céramique ou en carbone.
Brève description des dessins
[Fig. 1 A-1 R] Les figures 1 A à 1 R illustrent des plans successifs d’une armure de tissage d’une texture fibreuse avec tissage tridimensionnel à cœur et tissage bidimensionnel en peau,
[Fig. 2] La figure 2 illustre un quadrillage d’une des surfaces externes d’une texture fibreuse ayant l’armure de tissage des figures 1A à 1 R utilisé pour le calcul d’un score d’infiltrabilité conformément à l’invention,
[Fig. 3] La figure 3 illustre quatre points de croisement théoriques d’une cellule du quadrillage de la figure 2
[Fig. 4] La figure 4 illustre un exemple d’attribution de valeurs de points de contact dans une texture fibreuse tissée 3D conformément à l’invention, [Fig. 5A-5F] Les figures 5A à 5F illustrent des plans successifs d’une armure de tissage d’une texture fibreuse avec tissage tridimensionnel selon un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 6A-6L] Les figures 6A à 6L illustrent des plans successifs d’une armure de tissage d’une texture fibreuse avec tissage tridimensionnel à cœur et tissage bidimensionnel en peau conformément à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 7A-7H] Les figures 7A à 5H illustrent des plans successifs d’une armure de tissage d’une texture fibreuse avec tissage tridimensionnel selon un mode de réalisation de l’invention.
Description des modes de réalisation
L’invention s’applique à la définition de textures fibreuses présentant une armure de tissage tridimensionnelle (3D) ou multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame et destinée à former un renfort fibreux d’une pièce en matériau composite, la texture fibreuse étant au moins partiellement consolidée ou densifiée par infiltration chimique en voie gazeuse (CVI). La texture fibreuse est destinée à former le renfort fibreux d’une pièce en matériau composite, en particulier mais non exclusivement, une pièce en matériau composite à matrice céramique (CMC) c’est-à-dire comportant un renfort fibreux par exemple en fibres de carbone ou de céramique densifié par une matrice au moins partiellement en céramique.
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 une armure de "tissage interlock" dont chaque couche de chaîne lie plusieurs couches de trames avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Par "tissage multicouche", on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de tissu 2D classique, tel qu'une armure de type toile, satin ou sergé, mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de trame entre elles. Des exemples connus d’armure de tissage multicouche sont les armures multi-toile, multi-satin et multi-sergé.
Une armure de tissage 3D ou multicouche définit la façon dont les fils de chaîne s’entrecroisent avec les fils de trame et inversement suivant un motif élémentaire pour chaque plan de l’armure de tissage. Le motif de l’armure de tissage est défini sur une pluralité de plans en coupe chaîne, encore appelés plans de chaîne, qui montrent le trajet des fils de chaîne par rapport aux fils de trame (représentés en coupe) dans l’épaisseur d’une texture fibreuse pour une colonne de fils de chaîne déterminée, c’est-à-dire le trajet d’un fil de chaîne pour chaque couche de fils de chaîne, ainsi que sur une pluralité de plans en coupe trame, encore appelés plans de trame, qui montrent le trajet des fils de trame par rapport aux fils de chaîne (représentés en coupe) dans l’épaisseur d’une texture fibreuse pour une colonne de fils de trame déterminée, c’est-à-dire le trajet d’un fil de trame pour chaque couche de fils de trame. Les plans en coupe chaîne et trame sont répétés dans l’ordre tout au long du tissage de la texture fibreuse. La figure 2 représente un exemple d’armure de tissage multicouche dont le motif représentatif est défini sur huit plans en chaîne.
Le traitement CVI est un processus bien connu de densification de préformes poreuses pour réaliser des pièces en matériau composite CMC. La ou les préformes à densifier sont placées dans une chambre de réaction d'une installation CVI où elles sont chauffées. Un gaz réactif contenant un ou plusieurs précurseurs gazeux du matériau constitutif de la matrice est introduit dans la chambre de réaction. La température et la pression dans l’installation sont réglées pour permettre au gaz réactif de diffuser au sein de la porosité des préformes et y former un dépôt du matériau constitutif de la matrice par décomposition d'un ou plusieurs constituants du gaz réactif ou par réaction entre plusieurs constituants, ces constituants formant le précurseur de la matrice. Un tel processus est décrit notamment dans le brevet US 9 845 534.
Conformément à l’invention, une armure de tissage d’une texture fibreuse ayant un bon compromis entre infiltrabilité et capacité de déformation et de foisonnement présente un score d’infiltrabilité armure simple ou complexe supérieur ou égal à 0,67 et un nombre de points de contact inférieur à 80, plus préférentiellement inférieur à Le calcul d’un score d’infiltrabilité d’une texture fibreuse permet de déterminer une valeur représentative de son potentiel d’infiltration par le ou les gaz utilisés pour la CVI. Comme décrit ci-après en détails, un score « d’infiltrabilité armure simple >> permet de déterminer une valeur représentative du potentiel d’infiltration d’une armure de tissage 3D ou multicouche lorsque celle-ci est présente sur les surfaces externes de la texture fibreuse, c’est-à-dire directement accessibles par le gaz réactif de la CVI. Un score « d’infiltrabilité armure complexe » permet de déterminer une valeur représentative du potentiel d’infiltration d’une armure de tissage comprenant une partie interne ou cœur formée par un tissage 3D ou multicouche et une partie externe ou peau présentant un tissage bidimensionnel et recouvrant le tissage 3D ou multicouche.
Comme expliqué ci-après, le score « d’infiltrabilité armure simple » correspond au ratio entre un nombre de points de croisement réels entre des fils de chaîne de la couche de fil de chaîne présente sur une surface externe de la texture fibreuse et des fils de trame de couches de fils de trame et un nombre maximum de points de croisement théoriques sur la surface externe de la texture fibreuse tandis que le score « d’infiltrabilité armure complexe » correspondant au ratio entre un nombre de points de croisement réels à proximité d’un liage profond sous-jacent, appelé « points de croisement d’intérêt », entre des fils de chaîne et des fils de trame de la peau de la texture fibreuse et un nombre maximum de points de croisement théoriques sur ladite peau.
On décrit maintenant un exemple de calcul d’un score d’infiltrabilité d’une texture fibreuse illustrée sur les figures 1A à 1 R. Les figures 1A à 1 R représentent dix-huit plans de chaîne successifs CH1 à CH18 d’une armure de tissage d’une texture fibreuse 10 obtenue par tissage 3D à cœur 12 et tissage bidimensionnel en peau 14, 16. Le motif représentatif de l’armure de la texture fibreuse 10 est défini sur dix-huit plans de chaîne et de trame. La structure fibreuse 10 comprend cinq couches de fils de chaîne Ci à Cs et cinq couches de fils de trame Ti à Ts.
Le calcul du score d’infiltrabilité débute par le quadrillage d’une des surfaces externes de la texture fibreuse 10, ici la surface de la texture fibreuse 10 comportant la peau 16, en une pluralité de cellules carrées comme représentées sur la figure 2. Chaque cellule carrée correspondant à une intersection entre un plan de chaîne CH1 à CH18 et un plan de trame TR1 à TR18. Les cellules carrées du quadrillage représentent le comportement du fil de chaîne Cn à Cns de la couche de fils de chaîne Ci de la peau 16 respectivement sur les dix-huit plans en chaîne CH1 à CH18 et en trame TR1 à TR18. Par exemple, le fil de chaîne Cn visible sur le plan en chaîne CH1 de la figure 1 A est représenté sur la figure 2 dans la colonne de gauche de bas en haut de la figure et ainsi de suite pour les fils de chaîne C12 à Cns de gauche à droite sur la figure 2. Les cellules carrées en noir représentent des fils de chaîne visible en surface de la texture fibreuse tandis que les cellules carrées en blanc représentent des fils de trame visible en surface de la texture fibreuse.
Dans la suite de l’explication du calcul du score d’infiltrabilité, on généralise en notant PCh le nombre de plan de chaîne, et Ptr celui de trame. On note également Cch le nombre de couches en chaîne, et Ctr celui en trame. Dans l’exemple des figures 1 A à 1 R, Cch = Ctr.
En notant i le plan de chaîne courant, et j le plan de trame courant, et Pk (i ) la position du fil de chaîne k, définie par le nombre de trames localement au-dessus du fil k (le fil 1 étant le fil de surface), la valeur de la cellule C(i, j) est obtenue par la formule suivante :
Figure imgf000012_0001
Les cellules en noir sur la figure 2 correspondent donc aux cellules (i ) pour lesquelles C (i,j) = 0, et les cellules en blanc correspondent donc aux cellules (i,;) pour lesquelles C (i,;) = 1.
Par exemple, la valeur des cellules
Figure imgf000012_0002
de la colonne de gauche sur la figure 2 de bas en haut est C( 1, 1) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne Cn), C( 1,2) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne C12), C( 1,3) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne C13), C( 1,4) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne C14), C( 1,5) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne C15), C( 1,6) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne C16), C( 1,7) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne C17), C( 1,8) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne Cis), C( 1,9) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne C19), C( 1, 10) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne C110), C( 1, 11) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne Cm), C( 1, 12) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne C112), C( 1, 13) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne C113), C( 1, 14) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne Cm), C( 1, 15) = 1 (fil de trame au-dessus du fil de chaîne C115), C( 1, 16) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne Cue), C( 1, 17) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne C117) C( 1, 18) = 0 (fil de trame en dessous du fil de chaîne Cus).
Chaque cellule carrée comporte quatre sommets correspondant chacun à un point de croisement théorique entre un fil de chaîne et un fil de trame.
La figure 3 illustre les quatre points de croisement théoriques d’une cellule carrée C i,j). Pour une cellule C i,j donnée, les points de croisements théoriques entre un fil de chaîne et un fil de trame sont identifiés aux sommets des cellules carrées comme indiqué ci-dessous, avec pour hypothèse aux limites :
Figure imgf000013_0001
Il est ainsi possible de déterminer le nombre maximum de points de croisement théoriques sur la surface externe de la texture fibreuse.
La fonction f définie ci-dessous permet d’isoler les points de croisement réels, représentés par Pi et P2 sur la figure 2, parmi tous les points de croisement théoriques sur une cellule donnée (i .
Pour 1 < i < PCh — 1 et 1 < j < PTr
Figure imgf000013_0002
Les points de croisement réels chaîne trame sont ceux pour lesquels la fonction f vaut 1 .
Chaque point de croisement réel correspond à un changement de position relative dans le sens de l’épaisseur de la texture fibreuse d’un fil de chaîne par rapport à un fil de trame entre deux plans de chaîne successifs Dans le cas d’une armure de tissage 3D ou multicouche présente directement sur les surfaces externes de la texture fibreuse, c’est-à-dire sans peau bidimensionnelle à sa surface, on additionne tous les points de croisement réels isolés à la surface de la texture fibreuse comme décrit ci-avant puis on divise le nombre trouvé de points de croisement réels par le nombre maximum de points de croisement théoriques sur la surface externe de la texture fibreuse pour calculer un score d’infiltrabilité armure simple.
Le score d’infiltrabilité « armure simple », noté S± peut être calculé avec la formule suivante :
Figure imgf000014_0001
où Pch est le nombre de plans de chaîne
Pnes le nombre de plans de trame f est une fonction d’identification de points de croisement réels / est le plan de chaîne courant
/ est le plan de trame courant
A titre d’exemple, si on considère que la figure 2 représente la surface d’une texture fibreuse sans la peau bidimensionnelle, à savoir que les fils de chaîne présents dans la première couche de fils de chaîne réalisent déjà des liages en profondeur, le score d’infiltrabilité armure simple serait 216/324 = 0,67.
Dans le cas d’une armure comprenant une partie interne ou cœur formée par un tissage 3D ou multicouche et une partie externe ou peau présentant un tissage bidimensionnel et recouvrant le tissage 3D ou multicouche comme c’est le cas sur les figures 1 A à 1 R et 2, on identifie d’abord les cellules où un point de liage en profondeur existe. Un point liage en profondeur correspond à un fil de chaîne d’une couche de fils de chaîne sous-jacente à la couche de fil de chaîne de la peau qui lie au moins deux couches de fils de trame dans l’épaisseur de la texture fibreuse. Les cellules où un point de liage en profondeur existe sont représentées avec un point Lpa ou LPd sur la figure 2, Lpa correspondant à un point de liage profond ascendant et LPd correspondant à un point de liage profond descendant. Pour ce faire, il suffit de regarder, plan de chaîne par plan de chaîne, le comportement du fil de chaîne C21 à C218 (figures 1 A à 1 R), et de repérer les positions où deux couches de trames ou plus sont liées.
Les cellules (i,j) pour lesquelles il existe un point de liage en profondeur sont identifiées par les valeurs +1 ou -1 en sortie de la fonction suivante :
Figure imgf000015_0001
Les cellules (i,j) pour lesquelles g i,j = 1 sont repérées par un point LPd (liage descendant) (figure 2). Les cellules (i,j) pour lesquelles g i,p) = -1 sont repérés par un point Lpa (liage ascendant) (figure 2).
Une fois ce repérage effectué, la fonction h définie ci-dessous permet de distinguer, parmi les points de croisements réels les points de croisement réels d’intérêt représentés par Pi sur la figure 2.
Pour 1 < i < PCh et 1 < j < PTr
Figure imgf000015_0002
\g(i - l,j - 1)|, 1)
Les points de croisement réels d’intérêt sont ceux qui sont proches d’un liage en profondeur d’un fil de chaîne dans la texture fibreuse. En d’autres termes, chaque point de croisement réel d’intérêt Pi correspond à un changement de position relative dans le sens de l’épaisseur de la texture fibreuse d’un fil de chaîne de la peau par rapport à un fil de trame entre deux plans de chaîne successifs, le fil de chaîne considéré de la peau étant situé au-dessus d’un fil de chaîne d’une couche de fils de chaîne sous-jacente à la couche de fil de chaîne de la peau liant au moins deux couches de fils de trame dans l’épaisseur de la texture fibreuse
Les points de croisement réels d’intérêt entre fils de chaîne et de trame de la peau sont ceux pour lesquels la fonction h vaut 1 (h=0 pour les autres). Il suffit pour cela d’examiner les quatre cellules adjacentes à chacun de ces points. Le score « d’infiltrabilité multicouche >>, noté Sm peut être calculée avec la formule suivante :
Figure imgf000016_0001
où Pch est le nombre de plans de chaîne
AV/ est le nombre de plans de trame h est une fonction d'identification de points de croisement réels d'intérêt /est le plan de chaîne courant jest le plan de trame courant
Le score d’infiltrabilité de l’armure de tissage représentée sur les figures 1 A à 1 R est égal à 0,22, obtenu sur la base du nombre de points Pi présents sur la figure 2 divisé par le nombre maximum de points de croisement théoriques sur la surface externe de la texture fibreuse, soit 72/324. La texture fibreuse ayant l’armure de tissage définie sur les figures 1A à 1 R présente un score d’infiltration insatisfaisant car il est inférieur à 0,67.
Le calcul d’un nombre de points de contact entre des fils de chaîne et des fils de trame permet d’évaluer la capacité de déformation (souplesse) et de foisonnement d’une texture fibreuse.
Le calcul du nombre de points de contact pour les fils de chaîne de la texture fibreuse débute par le calcul pour chaque fil de chaîne des couches de fils de chaîne de la texture fibreuse d’une valeur de points de contact en chaîne. Un point de contact correspond à un changement de position relative dans le sens de l’épaisseur de la texture fibreuse d’un fil de chaîne dans un plan de chaîne de l’armure de tissage de la texture fibreuse. La valeur d’un point de contact en chaîne est déterminée en fonction du nombre de couches de fils de trame traversées par un fil de chaîne considéré correspondant à une profondeur du point de liage dans la ou les couches de fils de trame, le calcul étant répété pour chaque plan d’armure en chaîne. Comme illustré dans l’exemple de la figure 4, le fil de chaîne Ca comporte deux points de contact. On attribue une valeur égale à 1 au premier point de contact du fil de chaîne Ca à gauche sur la figure 4 puisque le fil Ca traverse ici une couche de fils de trame Ta. On attribue une valeur égale à 2 au deuxième point de contact du fil de chaîne Ca à droite sur la figure 4 puisque le fil Ca traverse ici deux couches de fils de trame Ta et Tb. De même, le fil de chaîne Cb comporte deux points de contact auxquels on attribue respectivement une valeur égale à 1 (premier point de contact du fil de chaîne Cb à gauche sur la figure 4) puisque le fil Cb traverse ici une couche de fils de trame Tb et une valeur égale à 2 (deuxième point de contact du fil de chaîne Cb à droite sur la figure 4) puisque le fil Cb traverse ici deux couches de fils de trame Tb et Te. le fil de chaîne Ca comporte deux points de contact. On attribue une valeur égale à 1 à chacun des deux points de contact du fil de chaîne Ce puisque le fil Ce traverse ici deux fois une seule couche de fils de trame Te.
Plus généralement, quand un fil de chaîne traverse n couches de fils de trame, cela correspond à un point de contact auquel la valeur n est attribuée.
Une valeur est attribuée à tous les points de contact identifiés pour les fils de chaîne de toutes les couches de fils de chaîne, c’est-à-dire pour chaque fil de chaîne présent dans chaque plan de chaîne de l’armure de tissage de la texture fibreuse.
Le calcul du nombre de points de contact comprend ensuite le calcul d’une valeur de points de contact en chaîne par centimètre. A cet effet, la contexture des fils de trame, correspondant au nombre de fils de trame par centimètre encore appelé « duitage au centimètre », est calculée afin d’obtenir un chiffrage du nombre de points de contacts par centimètre. Pour gérer les contextures, on calcule une pondération moyenne du contact sur une couche et on multiplie par le nombre de fil par cm dans chaque direction.
On réalise également les étapes décrites ci-dessus pour les fils de trame de la texture fibreuse à savoir :
- Calcul pour chaque fil de trame des couches de fils de trame de la texture fibreuse d’une valeur de points de contact en trame (un point de contact correspond à un changement de position relative dans le sens de l’épaisseur de la texture fibreuse d’un fil de trame dans un plan de trame de l’armure de tissage de la texture fibreuse) selon la méthode décrite ci-avant pour les fils de chaîne,
- calcul d’une valeur de points de contact en trame par centimètre, la contexture des fils de chaîne, correspondant au nombre de fils de chaîne par centimètre encore appelé « compte au centimètre », afin d’obtenir un chiffrage du nombre de points de contacts par centimètre. On additionne ensuite les valeurs de points de contact en chaîne et en trame par centimètre calculées précédemment de manière à obtenir un nombre de points de contact dans la texture fibreuse.
Le calcul du nombre de points de contact dans une texture fibreuse peut être obtenue avec la formule suivante :
Figure imgf000018_0001
Avec :
N : Nombre de points de contact total
Nch : Nombre de points de contact en Chaine par plan (comptés selon le principe ci- dessus)
Ntr : Nombre de points de contact en Trame par plan (comptés selon le principe ci- dessus)
C = Compte (nombre de fils de chaine par cm)
D = Duitage (Nombre de fils de trame par cm)
Pch = Nombre de plans en Chaine
Ptr= Nombre de plans en Trame
Cch = Nombre de couches de Chaines
Ctr= Nombre de couches de trames
Sur la base de cette formule de calcul, il est donc possible de compter le nombre de points de contact sur de nouvelles armures, et ainsi d’estimer leur comportement en foisonnement et en déformabilité les unes par rapport aux autres.
Le nombre de points de contact calculé pour la texture fibreuse ayant l’armure de tissage définie sur les figures 1 A à 1 R est de 65, ce qui est satisfaisant car il est inférieur à 80.
Ainsi, l’armure de tissage définie sur les figures 1 A à 1 R n’est pas retenue pour réaliser une texture fibreuse selon l’invention en raison d’un score d’infiltrabilité inférieur à 0,67 qui ne permet pas d’assurer une bonne infiltration chimique en phase gazeuse à cœur entraînant des gradients de dépôt de matrice trop importants entre la surface externe et le cœur de la texture.
Le tableau ci-dessous présente les scores d’infiltrabilité et le nombre de points de contact calculés suivant les méthodes détaillées ci-avant pour les armures connues 3D interlock, avec et sans peau 2D, et les armures connues multicouches multi-toile, multi-satin et multi sergé :
Figure imgf000019_0001
On constate que chacune des armures connues listées ci-dessus présente au moins un score d’infiltrabilité inférieur à 0,67 ou un nombre de points de contact supérieur à 80. En d’autres termes, aucune des armures 3D ou multicouches connues ne satisfait le compromis entre infiltrabilité et capacité de déformation et de foisonnement défini par la présente invention.
On présente maintenant des exemples d’armures de tissage pour textures fibreuses de renfort de pièces en matériau composite qui satisfont le compromis entre infiltrabilité et capacité de déformation et de foisonnement défini par la présente invention, à savoir des armures présentant un score d’infiltrabilité armure supérieur ou égal à 0,67 et un nombre de points de contact inférieur à 80, plus préférentiellement inférieur à 70.
Les figures 5A à 5F représentent six plans de chaîne successifs CH1 à CH6 d’une armure de tissage d’une texture fibreuse 20 obtenue par tissage tridimensionnel présent sur des surfaces externes 20a et 20b de la texture fibreuse. Le motif représentatif de l’armure de la texture fibreuse 10 est défini sur six plans de chaîne et de trame. La structure fibreuse 20 comprend dix couches de fils de chaîne Ci à Cio et dix couches de fils de trame Ti à T10.
L’armure de tissage définie sur les figures 5A à 5F est constitué d’un tissage 3D présent directement sur les surfaces externes de la texture fibreuse, c’est-à-dire avec par exemple les fils de chaîne Ou à Ci6 de la première couche de fils de chaîne Ci qui lie déjà en profondeur au moins deux couches de fils de trame à la surface externe 20a de la texture fibreuse 20. Comme expliqué ci-avant, le score d’infiltrabilité de la texture fibreuse 20 correspond donc au score d’infiltrabilité armure simple calculé avec la formule suivante :
Figure imgf000020_0001
La texture fibreuse 20 présente un score d’infiltrabilité de 0,67 qui est équivalent au score d’infiltrabilité d’une armure multi-sergé. En revanche, la texture fibreuse 20 a un nombre de points de contact égal à 63 bien inférieur au nombre de points de contact égale à 115 pour l’armure multi-sergé et surtout inférieur à 80 correspondant au nombre de points de contact maximum défini dans la présente invention.
Les figures 6A à 6L représentent douze plans de chaîne successifs CH1 à CH 12 d’une armure de tissage d’une texture fibreuse 30 obtenue par tissage 3D à cœur 32 et tissage bidimensionnel en peau 34, 36. Le motif représentatif de l’armure de la texture fibreuse 30 est défini sur douze plans de chaîne et de trame. La structure fibreuse 30 comprend dix couches de fils de chaîne Ci à Cio et dix couches de fils de trame Ti à T10.
Comme expliqué ci-avant, le score d’infiltrabilité de la texture fibreuse 30 correspond donc au score d’infiltrabilité multicouche Sm calculée avec la formule suivante :
Figure imgf000020_0002
La texture fibreuse 30 présente un score d’infiltrabilité de 0,33 et un nombre de points de contact égal à 77. L’armure de tissage de la texture fibreuse 30 remplit donc les conditions pour proposer un bon compromis selon l’invention entre infiltrabilité et capacité de déformation et de foisonnement.
Les figures 7A à 7H représentent huit plans de chaîne successifs CH1 à CH8 d’une armure de tissage d’une texture fibreuse 40 obtenue par tissage tridimensionnel présent sur des surfaces externes 40a et 40b de la texture fibreuse. Le motif représentatif de l’armure de la texture fibreuse 40 est défini sur huit plans de chaîne et de trame. La structure fibreuse 40 comprend dix couches de fils de chaîne Ci à Cio et onze couches de fils de trame Ti à Tu. L’armure de tissage définie sur les figures 7A à 7H est constitué d’un tissage 3D présent directement sur les surfaces externes de la texture fibreuse, c’est-à-dire avec par exemple les fils de chaîne Cn à Gis de la première couche de fils de chaîne Ci qui lie déjà en profondeur au moins deux couches de fils de trame à la surface externe 40a de la texture fibreuse 40. Comme expliqué ci-avant, le score d’infiltrabilité de la texture fibreuse 40 correspond donc au score d’infiltrabilité armure simple calculé avec la formule suivante :
Figure imgf000021_0001
La texture fibreuse 40 présente un score d’infiltrabilité de 0,5. La texture fibreuse 40 a en outre un nombre de points de contact égal à 61 inférieur à 80 correspondant au nombre de points de contact maximum défini dans la présente invention. L’armure de tissage de la texture fibreuse 40 remplit donc les conditions pour proposer un bon compromis selon l’invention entre infiltrabilité et capacité de déformation et de foisonnement.
La nature chimique des fils est choisie en fonction de l'application envisagée. Ainsi, dans le cas d'une pièce en matériau composite thermostructural à renfort de fibres réfractaires, on pourra utiliser une structure fibreuse avec des fibres carbone et/ou des fibres en céramique, par exemple en carbure de silicium (SiC), la texture fibreuse étant densifiée par une matrice au moins partiellement formée par infiltration chimique en phase vapeur.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Texture fibreuse (30) de renfort pour une pièce en matériau composite, la texture fibreuse présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche (32) entre des couches de fils de chaîne (Ci, Cio) juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse et des couches de fils de trame (Ti-Tio) juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse (30), la texture fibreuse comprenant en outre sur une de ses surfaces externes une peau (36) présentant un tissage bidimensionnel et recouvrant le tissage tridimensionnel ou multicouche, la texture fibreuse présentant une armure de tissage déterminée sur une pluralité de plans de chaîne (CH1-CH12) et sur une pluralité de plans de trame, caractérisée en ce l'armure de tissage présente un score d'infiltrabilité armure complexe supérieur ou égale à 0,67 et un nombre de points de contact inférieur à 80, le score d'infiltrabilité armure complexe de la texture fibreuse correspondant au ratio entre un nombre de points de croisement réels d'intérêt (Pi) entre des fils de chaîne et des fils de trame de la peau (36) de la texture fibreuse (30) et un nombre maximum de points de croisement théoriques sur ladite peau, chaque point de croisement réel d'intérêt (Pi) correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne de la peau par rapport à un fil de trame entre deux plans de chaîne successifs, ledit fil de chaîne de la peau étant situé au-dessus d'un fil de chaîne d'une couche de fils de chaîne sous-jacente à la couche de fil de chaîne de la peau liant au moins deux couches de fils de trame dans l'épaisseur de la texture fibreuse, le nombre de points de contact correspondant à la somme de valeurs de points de contact en chaîne par centimètre déterminées pour chaque point de contact en chaîne et de valeurs de points de contact en trame par centimètre déterminées pour chaque point de contact en trame, un point de contact en chaîne, respectivement un point de contact en trame, correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne, respectivement d'un fil de trame, dans un plan de chaîne, respectivement dans un plan de trame, de l'armure de tissage de la texture fibreuse.
[Revendication 2] Texture selon la revendication 1, dans laquelle le score d'infiltrabilité armure complexe Sm correspond à la formule suivante:
Figure imgf000023_0001
où Pa est le nombre de plans de chaîne
P-n- st le nombre de plans de trame
// est une fonction d'identification de points de croisement réels d'intérêt
/est le plan de chaîne courant jest le plan de trame courant
[Revendication 3] Texture selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le nombre de points de contact N correspond à la formule suivante :
D C
N = Nch x C x - — — + Ntr x D x - — ; - - — -
(Ptr x Cch) (Pch x Ctr)
Avec :
N : Nombre de points de contact total
Nch : Nombre de points de contact en Chaine par plan
Ntr : Nombre de points de contact en Trame par plan
C = Compte (nombre de fils de chaine par cm)
D - Duitage (Nombre de fils de trame par cm)
Pch = Nombre de plans en Chaine
Ptr = Nombre de plans en Trame
Cch = Nombre de couches de Chaînes
Ctr= Nombre de couches de trames
[Revendication 4] Texture fibreuse (20) de renfort pour une pièce en matériau composite, la texture fibreuse comprenant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre des couches de fils de chaîne (Ci-Cio) juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse et des couches de fils de trame (Ti-Tio) juxtaposées dans l'épaisseur de la texture fibreuse, le tissage tridimensionnel ou multicouche étant présent sur des surfaces externes (20a, 20b) de la texture fibreuse (20), la texture fibreuse présentant une armure de tissage déterminée sur une pluralité de plans de chaîne (CHI-CHÔ) et sur une pluralité de plans de trame, caractérisée en ce l'armure de tissage présente un score d'infiltrabilité armure simple supérieur ou égale à 0,67 et un nombre de points de contact inférieur à 80, le score d'infiltrabilité armure simple de la texture fibreuse correspondant au ratio entre un nombre de points de croisement réels (Pi, P2) entre des fils de chaîne de la couche de fil de chaîne présente sur une surface externe (20a) de la texture fibreuse (20) et des fils de trame de couches de fils de trame et un nombre maximum de points de croisement théoriques sur la surface externe de la texture fibreuse, chaque point de croisement réel (Pi, P2) correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne par rapport à un fil de trame entre deux plans de chaîne successifs, le nombre de points de contact correspondant à la somme de valeurs de points de contact en chaîne par centimètre déterminées pour chaque point de contact en chaîne et de valeurs de points de contact en trame par centimètre déterminées pour chaque point de contact en trame, un point de contact en chaîne, respectivement un point de contact en trame, correspondant à un changement de position relative dans le sens de l'épaisseur de la texture fibreuse d'un fil de chaîne, respectivement d'un fil de trame, dans un plan de chaîne, respectivement dans un plan de trame, de l'armure de tissage de la texture fibreuse.
[Revendication 5] Texture selon la revendication 4, dans laquelle le score d'infiltrabilité armure simple Si correspond à la formule suivante:
Figure imgf000024_0001
où Pch est le nombre de plans de chaîne Pn est le nombre de plans de trame est une fonction d'identification de points de croisement réels /est le plan de chaîne courant jest le plan de trame courant
[Revendication 6] Texture selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle le nombre de points de contact N correspond à la formule suivante :
D C
N = Nch x C x - — — + Ntr x D x - — ■ — - — -
(Ptr x Cch) (Pch x Ctr)
Avec :
N : Nombre de points de contact total
Nch : Nombre de points de contact en Chaine par plan
Ntr : Nombre de points de contact en Trame par plan
C - Compte (nombre de fils de chaine par cm) D = Duitage (Nombre de fils de trame par cm) Pch = Nombre de plans en Chaine Ptr = Nombre de plans en Trame Cch = Nombre de couches de Chaînes Ctr= Nombre de couches de trames.
[Revendication 7] Pièce en matériau composite ayant une texture fibreuse de renfort selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 densifiée par une matrice au moins partiellement formée par infiltration chimique en phase vapeur.
[Revendication 8] Pièce selon la revendication 7, dans laquelle la texture fibreuse de renfort comprend des fils en céramique ou en carbone.
PCT/FR2024/051754 2023-12-21 2024-12-20 Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matèriau composite Pending WO2025133552A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2314722 2023-12-21
FR2314722A FR3157385B1 (fr) 2023-12-21 2023-12-21 Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matériau composite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025133552A1 true WO2025133552A1 (fr) 2025-06-26

Family

ID=91433377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2024/051754 Pending WO2025133552A1 (fr) 2023-12-21 2024-12-20 Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matèriau composite

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3157385B1 (fr)
WO (1) WO2025133552A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2032751A1 (fr) 2006-06-21 2009-03-11 Snecma Propulsion Solide Structure fibreuse de renfort à tissage multi-satin pour pièce en matériau composite
US9845534B2 (en) 2014-03-14 2017-12-19 Herakles CVI densification installation including a high capacity preheating zone

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2032751A1 (fr) 2006-06-21 2009-03-11 Snecma Propulsion Solide Structure fibreuse de renfort à tissage multi-satin pour pièce en matériau composite
EP2032751B1 (fr) * 2006-06-21 2010-03-03 Snecma Propulsion Solide Structure fibreuse de renfort à tissage multi-satin pour pièce en matériau composite
US9845534B2 (en) 2014-03-14 2017-12-19 Herakles CVI densification installation including a high capacity preheating zone

Also Published As

Publication number Publication date
FR3157385B1 (fr) 2025-12-26
FR3157385A1 (fr) 2025-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1893399B1 (fr) Structure fibreuse de renfort pour piece en materiau composite et piece la comportant
EP2032751B1 (fr) Structure fibreuse de renfort à tissage multi-satin pour pièce en matériau composite
EP2032750B1 (fr) Structure fibreuse de renfort pour la réalisation de pièce en matériau composite
EP2493832B1 (fr) Piece en materiau composite thermostructural de faible epaisseur et procede de fabrication
CA2858790C (fr) Structure fibreuse de renfort de pieces en materiau composite a portion d&#39;epaisseur reduite
WO2010061101A1 (fr) Realisation d&#39;une structure fibreuse a epaisseur evolutive par tissage 3d.
EP2791080B1 (fr) Pièce en matériau cmc
CA2976281C (fr) Structure fibreuse de renfort de pieces en materiau composite a forte variation d&#39;epaisseur
FR2732677A1 (fr) Procede d&#39;infiltration chimique en phase vapeur avec parametres d&#39;infiltration variables
CA2939060C (fr) Piece en materiau composite oxyde/oxyde a renfort 3d et son procede de fabrication
CA2990173A1 (fr) Procede de traitement de fibres de carbure de silicium
EP0489637A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une préforme fibreuse formée de fibres réfractaires pour la réalisation d&#39;une pièce en matériau composite
WO2025133552A1 (fr) Texture fibreuse de renfort pour une pièce en matèriau composite
FR2660591A1 (fr) Procede de conformation de preformes pour la fabrication de pieces en materiau composite thermostructural, notamment de pieces en forme de voiles ou panneaux.
FR3157549A1 (fr) Procédé de caractérisation d&#39;une texture fibreuse
FR3053360A1 (fr) Procede d&#39;infiltration ou de depot chimique en phase vapeur
EP4444672A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en matériau composite sic/sic
EP2839066B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une pièce en matériau composite avec amélioration de la densification intra-fils
EP0963362B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un piston de moteur a combustion interne en materiau composite thermostructural
FR3141164A1 (fr) Preforme fibreuse et son procede de fabrication pour realiser une piece en materiau composite a matrice ceramique
CA3044431A1 (fr) Piece en materiau composite comprenant une couche d&#39;interphase en nitrure de bore dope par de l&#39;aluminium
FR3032977A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un materiau composite

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24841464

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1