CA2971426A1 - Procede de fabrication d'une piece en materiau composite presentant une ou plusieurs variations locales d'epaisseur - Google Patents
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Abstract
Un procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse (10) comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une texture fibreuse (10) dans une chambre d'imprégnation (101) d'un moule (110), la chambre d'imprégnation (101) étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable (140) placée en regard d'une face exposée (10a) de la texture fibreuse (10), ladite membrane (140) séparant la chambre d'imprégnation (101) d'une chambre de compaction (102), - injection d'une composition liquide (150) contenant au moins un précurseur d'un matériau de matrice dans la chambre d'imprégnation, - injection d'un fluide de compression (160) dans la chambre de compaction (102) pour forcer la composition liquide (150) à pénétrer la texture fibreuse (10) de manière à obtenir une préforme fibreuse (20) imprégnée de ladite composition liquide.
La texture fibreuse (10) présente sur sa face exposée (10a) une portion de surépaisseur (11). La membrane imperméable (140) comprend une portion conformée (141) présentant une forme correspondant à la forme du contour de la portion de surépaisseur (11) présente sur la face exposée (10a) de la texture fibreuse (10).
- placement d'une texture fibreuse (10) dans une chambre d'imprégnation (101) d'un moule (110), la chambre d'imprégnation (101) étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable (140) placée en regard d'une face exposée (10a) de la texture fibreuse (10), ladite membrane (140) séparant la chambre d'imprégnation (101) d'une chambre de compaction (102), - injection d'une composition liquide (150) contenant au moins un précurseur d'un matériau de matrice dans la chambre d'imprégnation, - injection d'un fluide de compression (160) dans la chambre de compaction (102) pour forcer la composition liquide (150) à pénétrer la texture fibreuse (10) de manière à obtenir une préforme fibreuse (20) imprégnée de ladite composition liquide.
La texture fibreuse (10) présente sur sa face exposée (10a) une portion de surépaisseur (11). La membrane imperméable (140) comprend une portion conformée (141) présentant une forme correspondant à la forme du contour de la portion de surépaisseur (11) présente sur la face exposée (10a) de la texture fibreuse (10).
Description
Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite présentant une ou plusieurs variations locales d'épaisseur Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite, c'est-à-dire comportant un renfort fibreux formé à partir de fibres densifié par une matrice.
Plus précisément, l'invention concerne notamment la fabrication des matériaux composites dits thermostructuraux , à savoir des matériaux ayant de bonnes propriétés mécaniques et la capacité à
conserver ces propriétés à température élevée, tels que les matériaux composites carbone/carbone (C/C) formés d'un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice en carbone, les matériaux composites à
matrice céramique (CMC) formés d'un renfort en fibres réfractaires (carbone ou céramique) densifiés par une matrice au moins partiellement céramique et les matériaux composites de type oxyde/oxyde formés d'un renfort en fibres oxyde (alumine) densifiés par une matrice au moins partiellement oxyde. L'invention concerne également la fabrication des matériaux composites à matrice organique (CMO), c'est-à-dire comportant un renfort fibreux densifié par une matrice de nature organique.
Un procédé usuel d'obtention de pièces en matériau composite est le procédé par voie liquide. Le procédé par voie liquide consiste à
réaliser une préforme fibreuse ayant sensiblement la forme d'une pièce à
réaliser, et destinée à constituer le renfort du matériau composite, et à
imprégner cette préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine, éventuellement dilué dans un solvant ou d'une charge en suspension dans une barbotine. La transformation du précurseur en matrice est réalisée par traitement thermique. Plusieurs cycles d'imprégnation successifs peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à
taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane
Plus précisément, l'invention concerne notamment la fabrication des matériaux composites dits thermostructuraux , à savoir des matériaux ayant de bonnes propriétés mécaniques et la capacité à
conserver ces propriétés à température élevée, tels que les matériaux composites carbone/carbone (C/C) formés d'un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice en carbone, les matériaux composites à
matrice céramique (CMC) formés d'un renfort en fibres réfractaires (carbone ou céramique) densifiés par une matrice au moins partiellement céramique et les matériaux composites de type oxyde/oxyde formés d'un renfort en fibres oxyde (alumine) densifiés par une matrice au moins partiellement oxyde. L'invention concerne également la fabrication des matériaux composites à matrice organique (CMO), c'est-à-dire comportant un renfort fibreux densifié par une matrice de nature organique.
Un procédé usuel d'obtention de pièces en matériau composite est le procédé par voie liquide. Le procédé par voie liquide consiste à
réaliser une préforme fibreuse ayant sensiblement la forme d'une pièce à
réaliser, et destinée à constituer le renfort du matériau composite, et à
imprégner cette préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine, éventuellement dilué dans un solvant ou d'une charge en suspension dans une barbotine. La transformation du précurseur en matrice est réalisée par traitement thermique. Plusieurs cycles d'imprégnation successifs peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à
taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane
2 (PTCS) ou polysilazanes (PSZ). Concernant les matériaux composites à
matrice organique (CMO), on utilise une résine thermoplastique ou thermodurcissable pour imprégner la préforme fibreuse.
Enfin, pour la fabrication de pièces en matériau composite de type oxyde/oxyde, les pièces sont généralement élaborées par drapage dans un moule d'une pluralité de strates fibreuses réalisées à partir de fibres en oxyde réfractaire, les strates étant chacune préalablement imprégnées avec une barbotine chargée de particules d'oxyde réfractaire.
Dans tous les cas, l'imprégnation de la préforme fibreuse par une composition liquide précurseur du matériau de la matrice est une étape importante en ce qu'elle conditionne ensuite l'homogénéité et le taux de matrice présent dans le matériau résultant et, par conséquent, les propriétés mécaniques du matériau. En effet, le taux de macroporosité
présent dans le matériau final influence directement les propriétés mécaniques du matériau.
Un procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse par une composition liquide précurseur de matériau de matrice est divulgué dans le document US 2012/0217670 qui décrit le placement d'une texture fibreuse dans une chambre d'imprégnation d'un outillage d'injection, la chambre d'imprégnation étant séparée d'une chambre de compression par une membrane imperméable et souple. Un précurseur liquide de matrice est injecté directement au niveau de la préforme via un port d'injection débouchant sur la face inférieure de la préforme. Une partie du précurseur liquide imprègne alors directement la préforme tandis qu'une autre partie du précurseur liquide se répand sur la face supérieure de la préforme entraînant la déformation de la membrane. Un fluide de compression est alors injecté dans la chambre de compression de manière à exercer une pression sur la membrane et à entraîner une répartition du précurseur liquide dans tout le volume de la texture fibreuse.
Toutefois, ce procédé d'imprégnation ne permet pas d'imprégner de façon satisfaisante des textures fibreuses présentant des variations d'épaisseur importantes entraînant en surface de la préforme un relief significatif. En outre, ce procédé n'est pas adapté pour la fabrication de matériaux composites de type oxyde/oxyde qui consiste à imprégner la texture fibreuse avec une barbotine chargée de particules réfractaires
matrice organique (CMO), on utilise une résine thermoplastique ou thermodurcissable pour imprégner la préforme fibreuse.
Enfin, pour la fabrication de pièces en matériau composite de type oxyde/oxyde, les pièces sont généralement élaborées par drapage dans un moule d'une pluralité de strates fibreuses réalisées à partir de fibres en oxyde réfractaire, les strates étant chacune préalablement imprégnées avec une barbotine chargée de particules d'oxyde réfractaire.
Dans tous les cas, l'imprégnation de la préforme fibreuse par une composition liquide précurseur du matériau de la matrice est une étape importante en ce qu'elle conditionne ensuite l'homogénéité et le taux de matrice présent dans le matériau résultant et, par conséquent, les propriétés mécaniques du matériau. En effet, le taux de macroporosité
présent dans le matériau final influence directement les propriétés mécaniques du matériau.
Un procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse par une composition liquide précurseur de matériau de matrice est divulgué dans le document US 2012/0217670 qui décrit le placement d'une texture fibreuse dans une chambre d'imprégnation d'un outillage d'injection, la chambre d'imprégnation étant séparée d'une chambre de compression par une membrane imperméable et souple. Un précurseur liquide de matrice est injecté directement au niveau de la préforme via un port d'injection débouchant sur la face inférieure de la préforme. Une partie du précurseur liquide imprègne alors directement la préforme tandis qu'une autre partie du précurseur liquide se répand sur la face supérieure de la préforme entraînant la déformation de la membrane. Un fluide de compression est alors injecté dans la chambre de compression de manière à exercer une pression sur la membrane et à entraîner une répartition du précurseur liquide dans tout le volume de la texture fibreuse.
Toutefois, ce procédé d'imprégnation ne permet pas d'imprégner de façon satisfaisante des textures fibreuses présentant des variations d'épaisseur importantes entraînant en surface de la préforme un relief significatif. En outre, ce procédé n'est pas adapté pour la fabrication de matériaux composites de type oxyde/oxyde qui consiste à imprégner la texture fibreuse avec une barbotine chargée de particules réfractaires
3 d'oxyde et à éliminer la phase liquide de la barbotine de la texture pour ne laisser subsister que les particules dans la texture.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant une solution qui permet d'imprégner des textures fibreuses présentant une ou plusieurs portions de variation d'épaisseur, et ce de manière rapide et fiable tout en permettant un bon contrôle du dépôt et de la répartition de la composition liquide précurseur de matrice dans la texture fibreuse afin d'obtenir un matériau avec un taux de macroporosité très faible.
A cet effet, l'invention propose un procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une texture fibreuse dans une chambre d'imprégnation d'un moule, la chambre d'imprégnation étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable placée en regard d'une face exposée de la texture fibreuse, ladite membrane séparant la chambre d'imprégnation d'une chambre de compaction, - injection d'une composition liquide contenant au moins un précurseur d'un matériau de matrice dans la chambre d'imprégnation entre la face exposée de la texture fibreuse et la membrane, - injection d'un fluide de compression dans la chambre de compaction, le fluide exerçant une pression sur la membrane pour forcer la composition liquide à pénétrer la texture fibreuse de manière à obtenir une préforme fibreuse imprégnée de ladite composition liquide, caractérisé en ce que la texture fibreuse présente sur sa face exposée au moins une portion de surépaisseur et en ce que la membrane imperméable comprend au moins une portion conformée présentant une forme correspondant à la forme du contour de ladite au moins une portion de surépaisseur présente sur la face exposée de la texture fibreuse.
Grâce à la présence d'une ou plusieurs portions de conformation dans la membrane, la ou les portions de surépaisseur d'une texture fibreuse peuvent être imprégnées de manière homogène comme le reste de la texture, et ce sans déformation ou apparition de plis au niveau de la
Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant une solution qui permet d'imprégner des textures fibreuses présentant une ou plusieurs portions de variation d'épaisseur, et ce de manière rapide et fiable tout en permettant un bon contrôle du dépôt et de la répartition de la composition liquide précurseur de matrice dans la texture fibreuse afin d'obtenir un matériau avec un taux de macroporosité très faible.
A cet effet, l'invention propose un procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une texture fibreuse dans une chambre d'imprégnation d'un moule, la chambre d'imprégnation étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable placée en regard d'une face exposée de la texture fibreuse, ladite membrane séparant la chambre d'imprégnation d'une chambre de compaction, - injection d'une composition liquide contenant au moins un précurseur d'un matériau de matrice dans la chambre d'imprégnation entre la face exposée de la texture fibreuse et la membrane, - injection d'un fluide de compression dans la chambre de compaction, le fluide exerçant une pression sur la membrane pour forcer la composition liquide à pénétrer la texture fibreuse de manière à obtenir une préforme fibreuse imprégnée de ladite composition liquide, caractérisé en ce que la texture fibreuse présente sur sa face exposée au moins une portion de surépaisseur et en ce que la membrane imperméable comprend au moins une portion conformée présentant une forme correspondant à la forme du contour de ladite au moins une portion de surépaisseur présente sur la face exposée de la texture fibreuse.
Grâce à la présence d'une ou plusieurs portions de conformation dans la membrane, la ou les portions de surépaisseur d'une texture fibreuse peuvent être imprégnées de manière homogène comme le reste de la texture, et ce sans déformation ou apparition de plis au niveau de la
4 ou les portions de surépaisseur qui peuvent se produire lorsque l'on contraint une simple membrane plane à se déformer de manière excessive au niveau d'une ou plusieurs portions de surépaisseur.
En outre, avec le procédé de l'invention, il est possible d'imprégner avec un même outillage des textures fibreuses comportant des portions de surépaisseurs différentes, seule la membrane étant changée pour s'adapter à la forme et aux dimensions de la texture à
imprégner.
Selon un mode de réalisation du procédé d'imprégnation de l'invention, chaque portion conformée de la membrane imperméable présente une rigidité supérieure aux autres portions de ladite membrane.
Selon un autre mode de réalisation du procédé d'imprégnation de l'invention, la chambre d'imprégnation du moule comporte dans sa partie inférieure une pièce en matériau poreux sur laquelle repose la texture, la composition liquide injectée dans la chambre d'imprégnation comprenant une barbotine contenant une poudre de particules réfractaires, le procédé comprenant en outre le drainage par la pièce en matériau poreux du liquide de la barbotine ayant traversé la texture fibreuse et la rétention de la poudre de particules réfractaires à l'intérieur de ladite texture par ladite pièce en matériau poreux de manière à obtenir une préforme fibreuse chargée de particules réfractaires.
En utilisant une pièce en matériau poreux permettant de drainer le liquide de la barbotine, le procédé de l'invention permet d'éliminer la phase liquide de la barbotine introduite dans la texture fibreuse sans éliminer les particules solides réfractaires également présentes dans la texture. L'élimination de la phase liquide de la barbotine par drainage permet en outre de ne pas perturber la répartition des particules réfractaires au sein de la texture fibreuse et d'obtenir ultérieurement une pièce en matériau composite avec un taux volumique de matrice élevé et présentant, par conséquent, des propriétés mécaniques améliorées.
Selon une caractéristique particulière du procédé d'imprégnation de l'invention, la texture fibreuse est obtenue par tissage tridimensionnel ou par aiguilletage d'une pluralité de strates fibreuses.
Selon une caractéristique particulière du procédé d'imprégnation de l'invention, la membrane imperméable est réalisée en silicone ou en EPDM (Ethyolène, Propylène, Diène et Monomère), chaque portion
En outre, avec le procédé de l'invention, il est possible d'imprégner avec un même outillage des textures fibreuses comportant des portions de surépaisseurs différentes, seule la membrane étant changée pour s'adapter à la forme et aux dimensions de la texture à
imprégner.
Selon un mode de réalisation du procédé d'imprégnation de l'invention, chaque portion conformée de la membrane imperméable présente une rigidité supérieure aux autres portions de ladite membrane.
Selon un autre mode de réalisation du procédé d'imprégnation de l'invention, la chambre d'imprégnation du moule comporte dans sa partie inférieure une pièce en matériau poreux sur laquelle repose la texture, la composition liquide injectée dans la chambre d'imprégnation comprenant une barbotine contenant une poudre de particules réfractaires, le procédé comprenant en outre le drainage par la pièce en matériau poreux du liquide de la barbotine ayant traversé la texture fibreuse et la rétention de la poudre de particules réfractaires à l'intérieur de ladite texture par ladite pièce en matériau poreux de manière à obtenir une préforme fibreuse chargée de particules réfractaires.
En utilisant une pièce en matériau poreux permettant de drainer le liquide de la barbotine, le procédé de l'invention permet d'éliminer la phase liquide de la barbotine introduite dans la texture fibreuse sans éliminer les particules solides réfractaires également présentes dans la texture. L'élimination de la phase liquide de la barbotine par drainage permet en outre de ne pas perturber la répartition des particules réfractaires au sein de la texture fibreuse et d'obtenir ultérieurement une pièce en matériau composite avec un taux volumique de matrice élevé et présentant, par conséquent, des propriétés mécaniques améliorées.
Selon une caractéristique particulière du procédé d'imprégnation de l'invention, la texture fibreuse est obtenue par tissage tridimensionnel ou par aiguilletage d'une pluralité de strates fibreuses.
Selon une caractéristique particulière du procédé d'imprégnation de l'invention, la membrane imperméable est réalisée en silicone ou en EPDM (Ethyolène, Propylène, Diène et Monomère), chaque portion
5 conformée étant obtenue par formage local du silicone ou EPDM. Chaque portion conformée peut en outre être rigidifiée par ajout d'un tissu de verre ou polyester entre deux couches de silicone ou d'EPDM, ou par empilement local de strates supplémentaires de silicone ou d'EPDM de manière à former une surépaisseur locale dans la membrane.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- imprégnation d'une texture fibreuse selon le procédé
d'imprégnation de l'invention, - démoulage de la préforme fibreuse imprégnée, et - transformation de la composition liquide afin de former une matrice dans ladite préforme.
L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- imprégnation d'une texture fibreuse selon le procédé
d'imprégnation de l'invention mettant en uvre une pièce en matériau poreux et une barbotine chargée comme définies ci-avant, - séchage de la préforme fibreuse, - démoulage de la préforme fibreuse, et - frittage des particules réfractaires présentes dans la préforme fibreuse afin de former une matrice réfractaire dans ladite préforme.
La présente invention concerne enfin un outillage d'imprégnation pour une texture fibreuse comprenant :
- un moule comprenant une chambre d'imprégnation comportant un fond destiné à recevoir une première face d'une texture fibreuse, la chambre d'imprégnation étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie deformable et destinée à être placée en regard d'une deuxième face de la texture fibreuse, ladite membrane séparant la chambre d'imprégnation d'une chambre de compaction, - au moins un premier port d'injection débouchant dans la chambre d'imprégnation, - au moins un deuxième port d'injection débouchant dans la chambre de compaction,
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- imprégnation d'une texture fibreuse selon le procédé
d'imprégnation de l'invention, - démoulage de la préforme fibreuse imprégnée, et - transformation de la composition liquide afin de former une matrice dans ladite préforme.
L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- imprégnation d'une texture fibreuse selon le procédé
d'imprégnation de l'invention mettant en uvre une pièce en matériau poreux et une barbotine chargée comme définies ci-avant, - séchage de la préforme fibreuse, - démoulage de la préforme fibreuse, et - frittage des particules réfractaires présentes dans la préforme fibreuse afin de former une matrice réfractaire dans ladite préforme.
La présente invention concerne enfin un outillage d'imprégnation pour une texture fibreuse comprenant :
- un moule comprenant une chambre d'imprégnation comportant un fond destiné à recevoir une première face d'une texture fibreuse, la chambre d'imprégnation étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie deformable et destinée à être placée en regard d'une deuxième face de la texture fibreuse, ladite membrane séparant la chambre d'imprégnation d'une chambre de compaction, - au moins un premier port d'injection débouchant dans la chambre d'imprégnation, - au moins un deuxième port d'injection débouchant dans la chambre de compaction,
6 caractérisé en ce que la membrane imperméable comprend au moins une portion conformée présentant une forme en relief par rapport au plan de la membrane.
L'outillage d'imprégnation de l'invention permet d'assurer une imprégnation homogène de la ou les portions de surépaisseur d'une texture fibreuse, et ce sans déformation ou apparition de plis au niveau de la ou les portions de surépaisseur qui peuvent se produire lorsque l'on contraint une simple membrane plane à se déformer de manière excessive au niveau d'une ou plusieurs portions de surépaisseur.
En outre, l'outillage de l'invention peut être utilisé pour imprégner des textures fibreuses ayant des formes et des dimensions variées au niveau de la ou les portions de surépaisseur, seule la membrane étant changée pour s'adapter à la forme et aux dimensions de la texture à imprégner.
Selon un mode de réalisation de l'outillage d'imprégnation de l'invention, chaque portion conformée de la membrane imperméable présente une rigidité supérieure aux autres portions de ladite membrane.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe éclatée d'un outillage conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe montrant l'outillage de la figure 1 fermé avec une texture fibreuse positionnée dans celui-ci, - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe montrant les étapes d'imprégnation d'une texture fibreuse avec une composition liquide dans l'outillage de la figure 2 conformément à un mode de réalisation du procédé de l'invention, et - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe montrant les étapes d'imprégnation d'une texture fibreuse avec une
L'outillage d'imprégnation de l'invention permet d'assurer une imprégnation homogène de la ou les portions de surépaisseur d'une texture fibreuse, et ce sans déformation ou apparition de plis au niveau de la ou les portions de surépaisseur qui peuvent se produire lorsque l'on contraint une simple membrane plane à se déformer de manière excessive au niveau d'une ou plusieurs portions de surépaisseur.
En outre, l'outillage de l'invention peut être utilisé pour imprégner des textures fibreuses ayant des formes et des dimensions variées au niveau de la ou les portions de surépaisseur, seule la membrane étant changée pour s'adapter à la forme et aux dimensions de la texture à imprégner.
Selon un mode de réalisation de l'outillage d'imprégnation de l'invention, chaque portion conformée de la membrane imperméable présente une rigidité supérieure aux autres portions de ladite membrane.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe éclatée d'un outillage conformément à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe montrant l'outillage de la figure 1 fermé avec une texture fibreuse positionnée dans celui-ci, - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe montrant les étapes d'imprégnation d'une texture fibreuse avec une composition liquide dans l'outillage de la figure 2 conformément à un mode de réalisation du procédé de l'invention, et - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe montrant les étapes d'imprégnation d'une texture fibreuse avec une
7 barbotine chargée conformément à un autre mode de réalisation du procédé de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation Le procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse conforme à la présente invention débute par la réalisation d'une texture fibreuse destinée à former le renfort de la pièce.
La texture fibreuse est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame ou inversement. La texture fibreuse peut être réalisée par empilement de strates ou plis obtenu par tissage bidimensionnel (2D). La texture fibreuse peut être également réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D).
Par tissage bidimensionnel , on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seule couche de chaîne ou inversement. Le procédé de l'invention est particulièrement adapté pour permettre l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses 2D (textures obtenues par empilement de strates ou plis 2D) ou 3D d'épaisseur importante, c'est-à-dire des structures fibreuses ayant une épaisseur d'au moins 100 mm.
Par tissage tridimensionnel ou tissage 3D ou encore tissage multicouche , on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement suivant un tissage correspondant à une armure de tissage qui peut être notamment choisie parmi une des armures suivantes : interlock, multi-toile, multi-satin et multi-sergé.
Par armure ou tissu interlock , on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de fils de chaîne lie plusieurs couches de fils de trame avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Par armure ou tissu multi-toile , on désigne ici un tissage 3D
avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type toile classique mais avec
Description détaillée de modes de réalisation Le procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse conforme à la présente invention débute par la réalisation d'une texture fibreuse destinée à former le renfort de la pièce.
La texture fibreuse est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame ou inversement. La texture fibreuse peut être réalisée par empilement de strates ou plis obtenu par tissage bidimensionnel (2D). La texture fibreuse peut être également réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D).
Par tissage bidimensionnel , on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seule couche de chaîne ou inversement. Le procédé de l'invention est particulièrement adapté pour permettre l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses 2D (textures obtenues par empilement de strates ou plis 2D) ou 3D d'épaisseur importante, c'est-à-dire des structures fibreuses ayant une épaisseur d'au moins 100 mm.
Par tissage tridimensionnel ou tissage 3D ou encore tissage multicouche , on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement suivant un tissage correspondant à une armure de tissage qui peut être notamment choisie parmi une des armures suivantes : interlock, multi-toile, multi-satin et multi-sergé.
Par armure ou tissu interlock , on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de fils de chaîne lie plusieurs couches de fils de trame avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Par armure ou tissu multi-toile , on désigne ici un tissage 3D
avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type toile classique mais avec
8 certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
Par armure ou tissu multi-satin , on désigne ici un tissage 3D
avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type satin classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
Par armure ou tissu multi-sergé , on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type sergé classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
Les textures 3D présentent une géométrie complexe dans laquelle il est difficile d'introduire et de répartir de manière homogène des compositions liquides chargées ou non. Le procédé de l'invention est également très bien adapté pour l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses tissées 3D. Le procédé de l'invention s'applique également à l'introduction d'une composition liquide, par exemple précurseur de céramique, dans des textures aiguilletées formées par exemple par empilement de strates fibreuses uni ou bidimensionnelles liées entre elles par aiguilletage.
Les fils utilisés pour tisser la texture fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce en matériau composite peuvent être notamment formés de fibres constituées d'un des matériaux suivants:
carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Une fois la texture fibreuse réalisée, celle-ci est placée dans un outillage conforme à l'invention qui permet, comme expliqué ci-après, d'imprégner la texture fibreuse avec une composition liquide. A cet effet et comme illustrée sur les figures 1 et 2, une texture fibreuse 10 est placée dans un outillage 100. La texture fibreuse 10 comporte, sur sa face 10a destinée à être exposée dans le moule, une portion de surépaisseur 11 qui forme un relief sur ladite face de la texture. Dans l'exemple décrit ici, la texture fibreuse 10 est réalisée suivant une des techniques définies ci-avant (empilement strates 2D ou tissage 3D) avec des fils de carbone. La
Par armure ou tissu multi-satin , on désigne ici un tissage 3D
avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type satin classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
Par armure ou tissu multi-sergé , on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de trame dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de type sergé classique mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de fils de trame entre elles.
Les textures 3D présentent une géométrie complexe dans laquelle il est difficile d'introduire et de répartir de manière homogène des compositions liquides chargées ou non. Le procédé de l'invention est également très bien adapté pour l'introduction d'une composition liquide dans des textures fibreuses tissées 3D. Le procédé de l'invention s'applique également à l'introduction d'une composition liquide, par exemple précurseur de céramique, dans des textures aiguilletées formées par exemple par empilement de strates fibreuses uni ou bidimensionnelles liées entre elles par aiguilletage.
Les fils utilisés pour tisser la texture fibreuse destinée à former le renfort fibreux de la pièce en matériau composite peuvent être notamment formés de fibres constituées d'un des matériaux suivants:
carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou d'un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Une fois la texture fibreuse réalisée, celle-ci est placée dans un outillage conforme à l'invention qui permet, comme expliqué ci-après, d'imprégner la texture fibreuse avec une composition liquide. A cet effet et comme illustrée sur les figures 1 et 2, une texture fibreuse 10 est placée dans un outillage 100. La texture fibreuse 10 comporte, sur sa face 10a destinée à être exposée dans le moule, une portion de surépaisseur 11 qui forme un relief sur ladite face de la texture. Dans l'exemple décrit ici, la texture fibreuse 10 est réalisée suivant une des techniques définies ci-avant (empilement strates 2D ou tissage 3D) avec des fils de carbone. La
9 texture fibreuse 10 est ici destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite carbone/carbone (Cc).
L'outillage 100 comprend un moule 110 dont le fond 111 est muni d'une pluralité d'évents 112. Le moule 110 comprend également une paroi latérale 113 comportant un port d'injection 114 équipé d'une vanne 1140. La face 10b de la texture fibreuse 10 opposée à sa face exposée 10a est placée sur la surface 111a du fond 111.
L'outillage 100 comprend en outre un couvercle 130 comportant un port d'injection 131 équipé d'une vanne 1310 et une membrane imperméable 140 qui, une fois l'outillage fermé (figure 2), sépare une chambre d'imprégnation 101 dans laquelle est présente la texture fibreuse
L'outillage 100 comprend un moule 110 dont le fond 111 est muni d'une pluralité d'évents 112. Le moule 110 comprend également une paroi latérale 113 comportant un port d'injection 114 équipé d'une vanne 1140. La face 10b de la texture fibreuse 10 opposée à sa face exposée 10a est placée sur la surface 111a du fond 111.
L'outillage 100 comprend en outre un couvercle 130 comportant un port d'injection 131 équipé d'une vanne 1310 et une membrane imperméable 140 qui, une fois l'outillage fermé (figure 2), sépare une chambre d'imprégnation 101 dans laquelle est présente la texture fibreuse
10 d'une chambre de compaction 102 située au-dessus de la membrane 140.
Conformément à l'invention, la membrane comprend une ou plusieurs portions conformées ayant chacune une forme correspondant sensiblement à la ou les portions de surépaisseur présentes sur la face exposée de la texture fibreuse afin d'épouser ces surépaisseurs lors de l'injection d'un fluide compaction comme expliqué ci-après en détails.
Dans l'exemple décrit ici, la membrane 140 comprend une portion conformée 141 qui présente au repos une forme en relief par rapport au plan de la membrane 140 défini ici par des portions planes 142 et 143. La portion conformée 140 présente une forme correspondant sensiblement à
la forme du contour de la portion de surépaisseur 11 de la texture fibreuse 10. La portion conformée 141 peut être obtenue par formage d'une membrane plane réalisée en silicone ou EPDM (Ethyolène, Propylène, Diène et Monomère).
Selon une variante de réalisation, la ou les portions conformées de la membrane présentent une rigidité supérieure aux autres portions de la membrane. Dans l'exemple décrit ici, la portion conformée 141 de la membrane 140 présente une rigidité supérieure aux autres portions 142 et 143 de la membrane 140. On assure ainsi le maintien en forme de la portion conformée de la membrane lors de ses manipulations et en particulier lors de l'injection d'un fluide compaction comme expliqué ci-après. A cet effet, la membrane 140 peut être réalisée à partir d'une couche d'un premier matériau imperméable et déformable tel que silicone ou EPDM, la portion conformée 141 étant obtenue par formage du silicone ou EPDM. La portion conformée 141 peut être rigidifiée par l'ajout d'un tissu de verre ou polyester entre deux couches de silicone ou d'EPDM, ou par l'empilement local de couches supplémentaires de silicone ou d'EPDM
afin de créer une surépaisseur locale dans la membrane.
Après placement de la texture 10 dans la chambre d'imprégnation, on ferme le moule 110 avec le couvercle 130 (figure 2).
On injecte alors une composition liquide 150 dans la chambre d'imprégnation 101 par le port d'injection 114 dont la vanne 1140 est ouverte (figure 3). La composition liquide 150 est, dans cet exemple, destinée à permettre la formation d'une matrice carbone dans la texture.
La composition liquide 150 correspond ici à une résine phénolique.
La quantité de composition liquide 150 injectée dans la chambre d'imprégnation 101 est déterminée en fonction du volume de la texture fibreuse 10 à imprégner.
Une fois la composition liquide injectée dans la chambre d'imprégnation 101, on procède à l'opération de compaction en injectant un fluide de compression 160, par exemple de l'huile, dans la chambre de compaction 102 par le port d'injection 131 dont la vanne 1310 est ouverte, la vanne 1140 du port d'injection 114 ayant été préalablement fermée. Le fluide de compression 160 applique une pression sur la composition liquide 150 au travers de la membrane 140 qui force la composition liquide 150 à pénétrer dans la texture fibreuse 10 comme illustré sur la figure 4. Le fluide 160 impose une pression hydrostatique sur l'intégralité de la membrane 140 et, par conséquent, sur l'intégralité de la composition liquide présente au-dessus de la texture 10, la membrane 140 se déformant au niveau de ses portions 142 et 143 pour forcer la composition liquide à pénétrer dans la texture. La pression appliquée par la membrane 140 sur la composition liquide et sur la texture fibreuse est de préférence inférieure à 15 bars, par exemple 7 bars, de manière à faire pénétrer la composition liquide dans la texture. L'excédent de composition liquide est évacué par les évents 112.
Grâce à la présence de la portion de conformation 141 dans la membrane 141, la portion de surépaisseur 11 de la texture fibreuse 10 est imprégnée de manière homogène comme le reste de la texture, et ce sans déformation ou apparition de plis au niveau de la portion de surépaisseur
Conformément à l'invention, la membrane comprend une ou plusieurs portions conformées ayant chacune une forme correspondant sensiblement à la ou les portions de surépaisseur présentes sur la face exposée de la texture fibreuse afin d'épouser ces surépaisseurs lors de l'injection d'un fluide compaction comme expliqué ci-après en détails.
Dans l'exemple décrit ici, la membrane 140 comprend une portion conformée 141 qui présente au repos une forme en relief par rapport au plan de la membrane 140 défini ici par des portions planes 142 et 143. La portion conformée 140 présente une forme correspondant sensiblement à
la forme du contour de la portion de surépaisseur 11 de la texture fibreuse 10. La portion conformée 141 peut être obtenue par formage d'une membrane plane réalisée en silicone ou EPDM (Ethyolène, Propylène, Diène et Monomère).
Selon une variante de réalisation, la ou les portions conformées de la membrane présentent une rigidité supérieure aux autres portions de la membrane. Dans l'exemple décrit ici, la portion conformée 141 de la membrane 140 présente une rigidité supérieure aux autres portions 142 et 143 de la membrane 140. On assure ainsi le maintien en forme de la portion conformée de la membrane lors de ses manipulations et en particulier lors de l'injection d'un fluide compaction comme expliqué ci-après. A cet effet, la membrane 140 peut être réalisée à partir d'une couche d'un premier matériau imperméable et déformable tel que silicone ou EPDM, la portion conformée 141 étant obtenue par formage du silicone ou EPDM. La portion conformée 141 peut être rigidifiée par l'ajout d'un tissu de verre ou polyester entre deux couches de silicone ou d'EPDM, ou par l'empilement local de couches supplémentaires de silicone ou d'EPDM
afin de créer une surépaisseur locale dans la membrane.
Après placement de la texture 10 dans la chambre d'imprégnation, on ferme le moule 110 avec le couvercle 130 (figure 2).
On injecte alors une composition liquide 150 dans la chambre d'imprégnation 101 par le port d'injection 114 dont la vanne 1140 est ouverte (figure 3). La composition liquide 150 est, dans cet exemple, destinée à permettre la formation d'une matrice carbone dans la texture.
La composition liquide 150 correspond ici à une résine phénolique.
La quantité de composition liquide 150 injectée dans la chambre d'imprégnation 101 est déterminée en fonction du volume de la texture fibreuse 10 à imprégner.
Une fois la composition liquide injectée dans la chambre d'imprégnation 101, on procède à l'opération de compaction en injectant un fluide de compression 160, par exemple de l'huile, dans la chambre de compaction 102 par le port d'injection 131 dont la vanne 1310 est ouverte, la vanne 1140 du port d'injection 114 ayant été préalablement fermée. Le fluide de compression 160 applique une pression sur la composition liquide 150 au travers de la membrane 140 qui force la composition liquide 150 à pénétrer dans la texture fibreuse 10 comme illustré sur la figure 4. Le fluide 160 impose une pression hydrostatique sur l'intégralité de la membrane 140 et, par conséquent, sur l'intégralité de la composition liquide présente au-dessus de la texture 10, la membrane 140 se déformant au niveau de ses portions 142 et 143 pour forcer la composition liquide à pénétrer dans la texture. La pression appliquée par la membrane 140 sur la composition liquide et sur la texture fibreuse est de préférence inférieure à 15 bars, par exemple 7 bars, de manière à faire pénétrer la composition liquide dans la texture. L'excédent de composition liquide est évacué par les évents 112.
Grâce à la présence de la portion de conformation 141 dans la membrane 141, la portion de surépaisseur 11 de la texture fibreuse 10 est imprégnée de manière homogène comme le reste de la texture, et ce sans déformation ou apparition de plis au niveau de la portion de surépaisseur
11 qui peuvent se produire lorsqu'on contraint une simple membrane plane à se déformer de manière excessive au niveau de la portion de cette surépaisseur.
On obtient alors une préforme fibreuse 20 imprégnée d'un précurseur de matrice, ici une matrice carbone, qui comporte une portion de surépaisseur 21 correspondant à la portion de surépaisseur 11 de la texture 10 (figure 4). La préforme est ensuite démoulée par vidange du fluide de compression de la chambre de compaction 102, la préforme conservant après démoulage sa géométrie de compaction.
La préforme est ensuite extraite de l'outillage et soumise à un traitement permettant de transformer la composition liquide en une matrice d'un matériau donner. Dans l'exemple décrit ici, la préforme fibreuse 20 imprégnée est soumise à un traitement thermique permettant de carboniser la résine phénolique.
Une pièce en matériau composite CMC peut être obtenue de la même façon en réalisant la texture fibreuse avec des fibres de carbure de silicium ou de carbone et en utilisant une composition liquide contenant un précurseur de céramique telle qu'une résine de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazanes (PSZ) permettant d'obtenir du carbure de silicium (SiC) après traitement thermique.
De même, une pièce en matériau composite CMO peut être obtenue toujours de la même façon en réalisant la texture fibreuse avec des fibres par exemple de verre ou de carbone et en utilisant une composition liquide contenant un précurseur de matériau organique telle qu'une résine polyester ou une résine polyimide ou une résine organique chargée.
Les figures 5 et 6 illustrent l'imprégnation d'une texture fibreuse en vue de la réalisation d'un matériau composite oxyde/oxyde. A cet effet et comme illustrée sur les figures 5 et 6, une texture fibreuse 30 est placée dans un outillage 200. La texture fibreuse 30 comporte, sur sa face 30a destinée à être exposée dans le moule, une portion de surépaisseur 31 qui forme un relief sur ladite face de la texture. Dans l'exemple décrit ici, la texture fibreuse 30 est réalisée suivant une des techniques définies ci-avant (empilement strates 2D ou tissage 3D) avec des fils d'alumine Nextel 610TM La texture fibreuse 30 est ici destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite oxyde/oxyde.
On obtient alors une préforme fibreuse 20 imprégnée d'un précurseur de matrice, ici une matrice carbone, qui comporte une portion de surépaisseur 21 correspondant à la portion de surépaisseur 11 de la texture 10 (figure 4). La préforme est ensuite démoulée par vidange du fluide de compression de la chambre de compaction 102, la préforme conservant après démoulage sa géométrie de compaction.
La préforme est ensuite extraite de l'outillage et soumise à un traitement permettant de transformer la composition liquide en une matrice d'un matériau donner. Dans l'exemple décrit ici, la préforme fibreuse 20 imprégnée est soumise à un traitement thermique permettant de carboniser la résine phénolique.
Une pièce en matériau composite CMC peut être obtenue de la même façon en réalisant la texture fibreuse avec des fibres de carbure de silicium ou de carbone et en utilisant une composition liquide contenant un précurseur de céramique telle qu'une résine de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazanes (PSZ) permettant d'obtenir du carbure de silicium (SiC) après traitement thermique.
De même, une pièce en matériau composite CMO peut être obtenue toujours de la même façon en réalisant la texture fibreuse avec des fibres par exemple de verre ou de carbone et en utilisant une composition liquide contenant un précurseur de matériau organique telle qu'une résine polyester ou une résine polyimide ou une résine organique chargée.
Les figures 5 et 6 illustrent l'imprégnation d'une texture fibreuse en vue de la réalisation d'un matériau composite oxyde/oxyde. A cet effet et comme illustrée sur les figures 5 et 6, une texture fibreuse 30 est placée dans un outillage 200. La texture fibreuse 30 comporte, sur sa face 30a destinée à être exposée dans le moule, une portion de surépaisseur 31 qui forme un relief sur ladite face de la texture. Dans l'exemple décrit ici, la texture fibreuse 30 est réalisée suivant une des techniques définies ci-avant (empilement strates 2D ou tissage 3D) avec des fils d'alumine Nextel 610TM La texture fibreuse 30 est ici destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite oxyde/oxyde.
12 De même que pour l'outillage 100 déjà décrit, l'outillage 200 comprend un moule 210 dont le fond 211 est muni d'un évent 212. Le moule 210 comprend également une paroi latérale 213 comportant un port d'injection 214 équipé d'une vanne 2140. Une pièce en matériau poreux 220 est en outre placée sur la surface interne 211a du fond 211.
La pièce en matériau poreux 220 comporte une face inférieure 220b en contact avec la surface interne 211a du fond 211 et une face supérieure 220a destinée à recevoir la texture fibreuse 30. La pièce 220 peut par exemple être réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE) microporeux comme les produits microporous PTFE vendus par la société Porex .
A titre d'exemple, la pièce en matériau poreux peut présenter une épaisseur de plusieurs millimètres et un taux moyen de porosités d'environ 30%. La taille moyenne des pores (D50) de la pièce en matériau poreux peut par exemple être comprise entre 1 pm et 2 pm.
L'outillage 200 comprend en outre un couvercle 230 comportant un port d'injection 231 équipé d'une vanne 2310 et une membrane en partie déformable 240 qui, une fois l'outillage fermé (figure 5), sépare une chambre d'imprégnation 201 dans laquelle est présente la texture fibreuse 30 d'une chambre de compaction 202 située au-dessus de la membrane 240.
Conformément à l'invention, la membrane comprend une ou plusieurs portions conformées ayant chacune une forme correspondant sensiblement à la ou les portions de surépaisseur présentes sur la face exposée de la texture fibreuse afin d'épouser ces surépaisseurs lors de l'injection d'un fluide compaction comme expliqué ci-après en détails.
Dans l'exemple décrit ici, la membrane 240 comprend une portion conformée 241 qui présente au repos une forme en relief par rapport au plan de la membrane 240 défini ici par des portions planes 242 et 243. La portion conformée 240 présente une forme correspondant sensiblement à
la forme du contour de la portion de surépaisseur 31 de la texture fibreuse. La portion conformée 241 peut être obtenue par formage d'une membrane plane réalisée en silicone ou EPDM.
Selon une variante de réalisation, la ou les portions conformées de la membrane présentent une rigidité supérieure aux autres portions de la membrane. Dans l'exemple décrit ici, la portion conformée 241 de la membrane 240 présente une rigidité supérieure aux autres portions 242 et
La pièce en matériau poreux 220 comporte une face inférieure 220b en contact avec la surface interne 211a du fond 211 et une face supérieure 220a destinée à recevoir la texture fibreuse 30. La pièce 220 peut par exemple être réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE) microporeux comme les produits microporous PTFE vendus par la société Porex .
A titre d'exemple, la pièce en matériau poreux peut présenter une épaisseur de plusieurs millimètres et un taux moyen de porosités d'environ 30%. La taille moyenne des pores (D50) de la pièce en matériau poreux peut par exemple être comprise entre 1 pm et 2 pm.
L'outillage 200 comprend en outre un couvercle 230 comportant un port d'injection 231 équipé d'une vanne 2310 et une membrane en partie déformable 240 qui, une fois l'outillage fermé (figure 5), sépare une chambre d'imprégnation 201 dans laquelle est présente la texture fibreuse 30 d'une chambre de compaction 202 située au-dessus de la membrane 240.
Conformément à l'invention, la membrane comprend une ou plusieurs portions conformées ayant chacune une forme correspondant sensiblement à la ou les portions de surépaisseur présentes sur la face exposée de la texture fibreuse afin d'épouser ces surépaisseurs lors de l'injection d'un fluide compaction comme expliqué ci-après en détails.
Dans l'exemple décrit ici, la membrane 240 comprend une portion conformée 241 qui présente au repos une forme en relief par rapport au plan de la membrane 240 défini ici par des portions planes 242 et 243. La portion conformée 240 présente une forme correspondant sensiblement à
la forme du contour de la portion de surépaisseur 31 de la texture fibreuse. La portion conformée 241 peut être obtenue par formage d'une membrane plane réalisée en silicone ou EPDM.
Selon une variante de réalisation, la ou les portions conformées de la membrane présentent une rigidité supérieure aux autres portions de la membrane. Dans l'exemple décrit ici, la portion conformée 241 de la membrane 240 présente une rigidité supérieure aux autres portions 242 et
13 243 de la membrane 240. On assure ainsi le maintien en forme de la portion conformée de la membrane lors de ses manipulations et en particulier lors de l'injection d'un fluide compaction comme expliqué ci-après. A cet effet, la membrane 240 peut être réalisée à partir d'une couche d'un premier matériau imperméable et déforrnable tel que silicone ou EPDM, la portion conformée 241 étant rigidifiée par l'ajout d'un tissu de verre ou polyester entre 2 couches de silicone ou d'EPDM, ou par l'empilement local de couches supplémentaires de silicone ou d'EPDM afin de créer une surépaisseur locale dans la membrane.
Comme indiquée ci-avant, la membrane utilisée dans le procédé
d'imprégnation de l'invention peut être notamment réalisée à partir d'un matériau silicone renforcé par un tissu de verre ou polyester. Dans ce cas, plusieurs strates de silicone non vulcanisé sont drapées sur un outillage en forme, un tissu de verre ou polyester étant inséré localement entre deux strates de silicone pour renforcer la membrane. Le nombre de strates est ajustée en fonction de la rigidité à obtenir. Une fois le drapage terminé, une bâche à vide est appliqué sur le montage et l'ensemble est placé dans un four pour la vulcanisation du silicone. Une fois le moule refroidi, la membrane d'un seul tenant peut être démoulée.
Un matériau apte à être conformé peut être notamment choisi parmi un des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Après placement de la texture 30 sur la face supérieure 220a de la pièce en matériau poreux 220, on ferme le moule 210 avec le couvercle 230 (figure 5). On injecte alors une barbotine 250 dans la chambre d'imprégnation 201 par le port d'injection 214 dont la vanne 2140 est ouverte (figure 5). La barbotine 250 est, dans cet exemple, destinée à permettre la formation d'une matrice d'oxyde réfractaire dans la texture. La barbotine 250 correspond à une suspension contenant une poudre de particules d'oxyde réfractaire, les particules présentant une dimension particulaire moyenne comprise entre 0,1 pm et 10 pm. La phase liquide de la barbotine peut être notamment constituée par de l'eau (pH acide), de l'éthanol ou tout autre liquide dans lequel il est possible de mettre la poudre désirée en suspension. Un liant organique peut être aussi
Comme indiquée ci-avant, la membrane utilisée dans le procédé
d'imprégnation de l'invention peut être notamment réalisée à partir d'un matériau silicone renforcé par un tissu de verre ou polyester. Dans ce cas, plusieurs strates de silicone non vulcanisé sont drapées sur un outillage en forme, un tissu de verre ou polyester étant inséré localement entre deux strates de silicone pour renforcer la membrane. Le nombre de strates est ajustée en fonction de la rigidité à obtenir. Une fois le drapage terminé, une bâche à vide est appliqué sur le montage et l'ensemble est placé dans un four pour la vulcanisation du silicone. Une fois le moule refroidi, la membrane d'un seul tenant peut être démoulée.
Un matériau apte à être conformé peut être notamment choisi parmi un des matériaux suivants : carbone, carbure de silicium, verre, l'alumine, mullite, aluminosilicate, borosilicate, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux.
Après placement de la texture 30 sur la face supérieure 220a de la pièce en matériau poreux 220, on ferme le moule 210 avec le couvercle 230 (figure 5). On injecte alors une barbotine 250 dans la chambre d'imprégnation 201 par le port d'injection 214 dont la vanne 2140 est ouverte (figure 5). La barbotine 250 est, dans cet exemple, destinée à permettre la formation d'une matrice d'oxyde réfractaire dans la texture. La barbotine 250 correspond à une suspension contenant une poudre de particules d'oxyde réfractaire, les particules présentant une dimension particulaire moyenne comprise entre 0,1 pm et 10 pm. La phase liquide de la barbotine peut être notamment constituée par de l'eau (pH acide), de l'éthanol ou tout autre liquide dans lequel il est possible de mettre la poudre désirée en suspension. Un liant organique peut être aussi
14 ajouté (PVA par exemple, soluble dans l'eau). Ce liant permet d'assurer la tenue du cru après séchage et avant frittage.
La barbotine 250 peut par exemple correspondre à une suspension aqueuse constituée de poudre d'alumine dont la dimension particulaire moyenne (D50) est comprise entre 0,1 pm et 0,3 pm et dont la fraction volumique est comprise entre 27% et 42%, la suspension étant acidifiée par de l'acide nitrique (pH compris entre 1,5 et 4). En outre de l'alumine, les particules d'oxyde réfractaire peuvent être également en un matériau choisi parmi la mullite, la silice, un aluminosilicate, un aluminophosphate et la zircone. En fonction de leur composition de base, les particules d'oxyde réfractaire peuvent être en outre mélangées avec des particules d'alumine, de zircone, d'aluminosilicate, d'oxydes de Terre rare, de di-silicates de Terre rare (utilisés par exemple dans les barrières environnementales ou thermiques) ou toute autre charge permettant de rajouter des fonctions spécifiques au matériau final (noir de carbone, graphite, carbure de silicium, etc.).
La quantité de barbotine 250 injectée dans la chambre d'imprégnation 201 est déterminée en fonction du volume de la texture fibreuse 30 à imprégner. C'est la quantité de poudre initialement introduite qui pilotera l'épaisseur de calage et donc le taux volumique de fibres (Tvf) et de matrice (Tvm).
Une fois la barbotine injectée dans la chambre d'imprégnation 201, on procède à l'opération de compaction en injectant un fluide de compression 260, par exemple de l'huile, dans la chambre de compaction 202 par le port d'injection 231 dont la vanne 2310 est ouverte, la vanne 2140 du port d'injection 214 ayant été préalablement fermée. Le fluide 260 impose une pression hydrostatique sur l'intégralité de la membrane 240 et, par conséquent, sur l'intégralité de la composition liquide présente au-dessus de la texture 30, la membrane 240 se déformant au niveau de ses portions 242 et 243 pour forcer la composition liquide à pénétrer dans la texture. La pression appliquée par la membrane 240 sur la barbotine et sur la texture fibreuse est de préférence inférieure à 15 bars, par exemple 7 bars, de manière à faire pénétrer la barbotine dans la texture.
Grâce à la présence de la portion de conformation 241 dans la membrane 241, la portion de surépaisseur 31 de la texture fibreuse 30 est imprégnée de manière homogène comme le reste de la texture, et ce sans
La barbotine 250 peut par exemple correspondre à une suspension aqueuse constituée de poudre d'alumine dont la dimension particulaire moyenne (D50) est comprise entre 0,1 pm et 0,3 pm et dont la fraction volumique est comprise entre 27% et 42%, la suspension étant acidifiée par de l'acide nitrique (pH compris entre 1,5 et 4). En outre de l'alumine, les particules d'oxyde réfractaire peuvent être également en un matériau choisi parmi la mullite, la silice, un aluminosilicate, un aluminophosphate et la zircone. En fonction de leur composition de base, les particules d'oxyde réfractaire peuvent être en outre mélangées avec des particules d'alumine, de zircone, d'aluminosilicate, d'oxydes de Terre rare, de di-silicates de Terre rare (utilisés par exemple dans les barrières environnementales ou thermiques) ou toute autre charge permettant de rajouter des fonctions spécifiques au matériau final (noir de carbone, graphite, carbure de silicium, etc.).
La quantité de barbotine 250 injectée dans la chambre d'imprégnation 201 est déterminée en fonction du volume de la texture fibreuse 30 à imprégner. C'est la quantité de poudre initialement introduite qui pilotera l'épaisseur de calage et donc le taux volumique de fibres (Tvf) et de matrice (Tvm).
Une fois la barbotine injectée dans la chambre d'imprégnation 201, on procède à l'opération de compaction en injectant un fluide de compression 260, par exemple de l'huile, dans la chambre de compaction 202 par le port d'injection 231 dont la vanne 2310 est ouverte, la vanne 2140 du port d'injection 214 ayant été préalablement fermée. Le fluide 260 impose une pression hydrostatique sur l'intégralité de la membrane 240 et, par conséquent, sur l'intégralité de la composition liquide présente au-dessus de la texture 30, la membrane 240 se déformant au niveau de ses portions 242 et 243 pour forcer la composition liquide à pénétrer dans la texture. La pression appliquée par la membrane 240 sur la barbotine et sur la texture fibreuse est de préférence inférieure à 15 bars, par exemple 7 bars, de manière à faire pénétrer la barbotine dans la texture.
Grâce à la présence de la portion de conformation 241 dans la membrane 241, la portion de surépaisseur 31 de la texture fibreuse 30 est imprégnée de manière homogène comme le reste de la texture, et ce sans
15 déformations ou apparition de plis au niveau de la portion de surépaisseur 31 qui peuvent se produire lorsqu'on contraint une simple membrane plane à se déformer de manière excessive au niveau de la portion de surépaisseur.
La pièce en matériau poreux 220 qui est située du côté de la face 30b de la texture fibreuse opposée à la face 30a à partir de laquelle la barbotine pénètre dans la texture remplit plusieurs fonctions. En effet, la pièce 220 permet le drainage du liquide de la barbotine à l'extérieur de la texture fibreuse, le liquide ainsi drainé étant évacué ici par l'évent 212.
Le drainage est réalisé à la fois pendant et après l'opération de compaction. Lorsqu'il n'y a plus de liquide s'écoulant par l'évent 212, le drainage est terminé. En combinaison avec l'application d'une pression sur la barbotine par le fluide de compression, un pompage P, par exemple au moyen d'une pompe à vide primaire (non représentée sur la figure 6), peut être réalisé au niveau de l'évent 212. Ce pompage est optionnel. Un chauffage peut suffire. Toutefois la combinaison des deux permet d'accélérer le séchage.
En outre, l'outillage peut être muni de moyens de chauffage, comme des éléments résistifs intégrés aux parois de l'outillage, afin d'augmenter la température dans la chambre de compaction et faciliter l'évacuation du liquide de la barbotine par évaporation. La température dans la chambre de compaction peut être élevée à une température comprise entre 80 C et 105 C.
La pièce en matériau poreux 220 permet également de retenir les particules solides d'oxyde réfractaire présentes dans la barbotine, les particules d'oxyde réfractaire se déposant ainsi progressivement par sédimentation dans la texture fibreuse. Cela permet d'obtenir ultérieurement (i.e. après frittage) la matrice.
La pièce 220 permet également de maintenir la texture fibreuse en forme pendant l'opération de compaction car elle reprend sur sa face supérieure 220a la forme du fond 211 du moule 210 correspondant à la forme de la pièce finale à fabriquer.
On obtient alors une préforme fibreuse 40 chargée de particules d'oxyde réfractaire, ici des particules d'alumine du type décrit précédemment, qui comporte une portion de surépaisseur 41 correspondant à la portion de surépaisseur 31 de la texture 30. (figure 6).
La pièce en matériau poreux 220 qui est située du côté de la face 30b de la texture fibreuse opposée à la face 30a à partir de laquelle la barbotine pénètre dans la texture remplit plusieurs fonctions. En effet, la pièce 220 permet le drainage du liquide de la barbotine à l'extérieur de la texture fibreuse, le liquide ainsi drainé étant évacué ici par l'évent 212.
Le drainage est réalisé à la fois pendant et après l'opération de compaction. Lorsqu'il n'y a plus de liquide s'écoulant par l'évent 212, le drainage est terminé. En combinaison avec l'application d'une pression sur la barbotine par le fluide de compression, un pompage P, par exemple au moyen d'une pompe à vide primaire (non représentée sur la figure 6), peut être réalisé au niveau de l'évent 212. Ce pompage est optionnel. Un chauffage peut suffire. Toutefois la combinaison des deux permet d'accélérer le séchage.
En outre, l'outillage peut être muni de moyens de chauffage, comme des éléments résistifs intégrés aux parois de l'outillage, afin d'augmenter la température dans la chambre de compaction et faciliter l'évacuation du liquide de la barbotine par évaporation. La température dans la chambre de compaction peut être élevée à une température comprise entre 80 C et 105 C.
La pièce en matériau poreux 220 permet également de retenir les particules solides d'oxyde réfractaire présentes dans la barbotine, les particules d'oxyde réfractaire se déposant ainsi progressivement par sédimentation dans la texture fibreuse. Cela permet d'obtenir ultérieurement (i.e. après frittage) la matrice.
La pièce 220 permet également de maintenir la texture fibreuse en forme pendant l'opération de compaction car elle reprend sur sa face supérieure 220a la forme du fond 211 du moule 210 correspondant à la forme de la pièce finale à fabriquer.
On obtient alors une préforme fibreuse 40 chargée de particules d'oxyde réfractaire, ici des particules d'alumine du type décrit précédemment, qui comporte une portion de surépaisseur 41 correspondant à la portion de surépaisseur 31 de la texture 30. (figure 6).
16 La préforme est ensuite démoulée par vidange du fluide de compression de la chambre de compaction 202, la préforme conservant après démoulage sa géométrie de compaction.
La préforme est ensuite extraite de l'outillage et soumise à un traitement thermique de frittage sous air à une température comprise entre 1000 C et 1200 C afin de fritter les particules d'oxyde réfractaire ensemble et former ainsi une matrice en oxyde réfractaire dans la préforme. On obtient alors une pièce en matériau composite oxyde/oxyde munie d'un renfort fibreux obtenu par tissage 3D qui présente un taux volumique de matrice élevé avec une répartition homogène de la matrice dans tout le renfort fibreux.
Une pièce en matériau composite CMC peut être obtenue de la même façon en réalisant la texture fibreuse avec des fibres de carbure de silicium ou de carbone et en utilisant une barbotine chargée de particules de carbure de carbure (ex. SIC), de borure (ex. TiB2) ou de nitrure (ex.
Si3N4).
La préforme est ensuite extraite de l'outillage et soumise à un traitement thermique de frittage sous air à une température comprise entre 1000 C et 1200 C afin de fritter les particules d'oxyde réfractaire ensemble et former ainsi une matrice en oxyde réfractaire dans la préforme. On obtient alors une pièce en matériau composite oxyde/oxyde munie d'un renfort fibreux obtenu par tissage 3D qui présente un taux volumique de matrice élevé avec une répartition homogène de la matrice dans tout le renfort fibreux.
Une pièce en matériau composite CMC peut être obtenue de la même façon en réalisant la texture fibreuse avec des fibres de carbure de silicium ou de carbone et en utilisant une barbotine chargée de particules de carbure de carbure (ex. SIC), de borure (ex. TiB2) ou de nitrure (ex.
Si3N4).
Claims (10)
1. Procédé d'imprégnation d'une texture fibreuse (10) comprenant les étapes suivantes :
- placement d'une texture fibreuse (10) dans une chambre d'imprégnation (101) d'un moule (110), la chambre d'imprégnation (101) étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable (140) placée en regard d'une face exposée (10a) de la texture fibreuse (10), ladite membrane (140) séparant la chambre d'imprégnation (101) d'une chambre de compaction (102), - injection d'une composition liquide (150) contenant au moins un précurseur d'un matériau de matrice dans la chambre d'imprégnation entre la face exposée (10a) de la texture fibreuse (10) et la membrane (140), - injection d'un fluide de compression (160) dans la chambre de compaction (102), le fluide exerçant une pression sur la membrane (140) pour forcer la composition liquide (150) à pénétrer la texture fibreuse (10) de manière à obtenir une préforme fibreuse (20) imprégnée de ladite composition liquide, caractérisé en ce que la texture fibreuse (10) présente sur sa face exposée (10a) au moins une portion de surépaisseur (11) et en ce que la membrane imperméable (140) comprend au moins une portion conformée (141) présentant une forme correspondant à la forme du contour de ladite au moins une portion de surépaisseur (11) présente sur la face exposée (10a) de la texture fibreuse (10).
- placement d'une texture fibreuse (10) dans une chambre d'imprégnation (101) d'un moule (110), la chambre d'imprégnation (101) étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable (140) placée en regard d'une face exposée (10a) de la texture fibreuse (10), ladite membrane (140) séparant la chambre d'imprégnation (101) d'une chambre de compaction (102), - injection d'une composition liquide (150) contenant au moins un précurseur d'un matériau de matrice dans la chambre d'imprégnation entre la face exposée (10a) de la texture fibreuse (10) et la membrane (140), - injection d'un fluide de compression (160) dans la chambre de compaction (102), le fluide exerçant une pression sur la membrane (140) pour forcer la composition liquide (150) à pénétrer la texture fibreuse (10) de manière à obtenir une préforme fibreuse (20) imprégnée de ladite composition liquide, caractérisé en ce que la texture fibreuse (10) présente sur sa face exposée (10a) au moins une portion de surépaisseur (11) et en ce que la membrane imperméable (140) comprend au moins une portion conformée (141) présentant une forme correspondant à la forme du contour de ladite au moins une portion de surépaisseur (11) présente sur la face exposée (10a) de la texture fibreuse (10).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque portion conformée (141) de la membrane imperméable (140) présente une rigidité supérieure aux autres portions (142, 143) de ladite membrane.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre d'imprégnation (201) du moule (210) comporte dans sa partie inférieure une pièce en matériau poreux (220) sur laquelle repose la texture (30) et en ce que la composition liquide injectée dans la chambre d'imprégnation comprend une barbotine (250) contenant une poudre de particules réfractaires, le procédé comprenant en outre le drainage par la pièce en matériau poreux (220) du liquide de la barbotine ayant traversé
la texture fibreuse (30) et la rétention de la poudre de particules réfractaires à l'intérieur de ladite texture par ladite pièce en matériau poreux (220) de manière à obtenir une préforme fibreuse (40) chargée de particules réfractaires.
la texture fibreuse (30) et la rétention de la poudre de particules réfractaires à l'intérieur de ladite texture par ladite pièce en matériau poreux (220) de manière à obtenir une préforme fibreuse (40) chargée de particules réfractaires.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la texture fibreuse (10) est obtenue par tissage tridimensionnel ou par aiguilletage d'une pluralité de strates fibreuses.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la membrane imperméable (140) est réalisée en silicone ou en EPDM (Ethyolène, Propylène, Diène et Monomère), chaque portion conformée (141) étant obtenue par formage local du silicone ou EPDM.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la membrane imperméable (140) est réalisée à partir d'une pluralité de strates de silicone ou EPDM (Ethyolène, Propylène, Diène et Monomère) empilées, chaque portion conformée (141) étant obtenue par formage local du silicone ou EPDM et dans lequel chaque portion conformée (141) est rigidifiée par ajout d'un tissu de verre ou polyester entre deux couches de silicone ou d'EPDM, ou par empilement local de strates supplémentaires de silicone ou d'EPDM de manière à former une surépaisseur locale dans la membrane.
7. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- imprégnation d'une texture fibreuse (10) selon le procédé
d'imprégnation de l'une quelconque des revendications 1 à 2, - démoulage de la préforme fibreuse imprégnée (20), et - transformation de la composition liquide afin de former une matrice dans ladite préforme.
- imprégnation d'une texture fibreuse (10) selon le procédé
d'imprégnation de l'une quelconque des revendications 1 à 2, - démoulage de la préforme fibreuse imprégnée (20), et - transformation de la composition liquide afin de former une matrice dans ladite préforme.
8. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- imprégnation d'une texture fibreuse (30) selon le procédé
d'imprégnation de la revendication 3 ou 4, - séchage de la préforme fibreuse (40), - démoulage de la préforme fibreuse (40), et - frittage des particules réfractaires présentes dans la préforme fibreuse afin de former une matrice réfractaire dans ladite préforme.
- imprégnation d'une texture fibreuse (30) selon le procédé
d'imprégnation de la revendication 3 ou 4, - séchage de la préforme fibreuse (40), - démoulage de la préforme fibreuse (40), et - frittage des particules réfractaires présentes dans la préforme fibreuse afin de former une matrice réfractaire dans ladite préforme.
9. Outillage d'imprégnation pour une texture fibreuse (10) comprenant :
- un moule (110) comprenant une chambre d'imprégnation (101) comportant un fond destiné à recevoir une première face (10b) d'une texture fibreuse (10), la chambre d'imprégnation (101) étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable (140) et destinée à être placée en regard d'une deuxième face (10a) de la texture fibreuse (10), ladite membrane (140) séparant la chambre d'imprégnation (101) d'une chambre de compaction (102), - au moins un premier port d'injection (114) débouchant dans la chambre d'imprégnation, - au moins un deuxième port d'injection (131) débouchant dans la chambre de compaction (102), caractérisé en ce que la membrane imperméable (140) comprend au moins une portion conformée (141) présentant une forme en relief par rapport au plan de la membrane (140).
- un moule (110) comprenant une chambre d'imprégnation (101) comportant un fond destiné à recevoir une première face (10b) d'une texture fibreuse (10), la chambre d'imprégnation (101) étant fermée dans sa partie supérieure par une membrane imperméable au moins en partie déformable (140) et destinée à être placée en regard d'une deuxième face (10a) de la texture fibreuse (10), ladite membrane (140) séparant la chambre d'imprégnation (101) d'une chambre de compaction (102), - au moins un premier port d'injection (114) débouchant dans la chambre d'imprégnation, - au moins un deuxième port d'injection (131) débouchant dans la chambre de compaction (102), caractérisé en ce que la membrane imperméable (140) comprend au moins une portion conformée (141) présentant une forme en relief par rapport au plan de la membrane (140).
10. Outillage selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque portion conformée de la membrane imperméable présente une rigidité supérieure aux autres portions de ladite membrane.
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