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FR3151850A1 - Industrial process for heat treatment of preforms made of carbon precursor material for the manufacture of C/C parts - Google Patents

Industrial process for heat treatment of preforms made of carbon precursor material for the manufacture of C/C parts Download PDF

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FR3151850A1
FR3151850A1 FR2308489A FR2308489A FR3151850A1 FR 3151850 A1 FR3151850 A1 FR 3151850A1 FR 2308489 A FR2308489 A FR 2308489A FR 2308489 A FR2308489 A FR 2308489A FR 3151850 A1 FR3151850 A1 FR 3151850A1
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FR
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furnace
airlock
preforms
heating
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Pending
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FR2308489A
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French (fr)
Inventor
Eric Bouchard
Philippe Parmentier
Maxime MAGE
Nathalie Nicolaus
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Safran Landing Systems SAS
Original Assignee
Safran Landing Systems SAS
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Publication date
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Priority to PCT/FR2024/051022 priority patent/WO2025032293A1/en
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Abstract

Procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone pour la fabrication de pièce en C/C Procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone comprenant de façon enchaînée les étapes suivantes : - introduction (S10) d’un chargement de préformes en matériau précurseur de carbone dans un premier sas étanche en communication sélective avec un premier four, - remplacement (S20) de l’air présent dans le premier sas par un gaz neutre, - transfert (S30) dudit chargement dans le premier four, - premier traitement de carbonisation (S40) dans le premier four, - transfert (S50) dudit chargement dans un deuxième sas étanche en communication sélective avec les premier et deuxième fours, - mise sous vide (S60) du deuxième sas étanche, - transfert (S70) dudit chargement dans le deuxième four, - deuxième traitement de carbonisation (S80) dans le deuxième four, - transfert (S80) dudit chargement dans un troisième sas étanche en communication sélective avec le deuxième four et avec une sortie à l’air libre. Figure pour l’abrégé : Fig. 5 Industrial method for heat treatment of preforms made of carbon precursor material for the manufacture of C/C parts Industrial method for heat treatment of preforms made of carbon precursor material comprising the following steps in sequence: - introduction (S10) of a load of preforms made of carbon precursor material into a first sealed airlock in selective communication with a first furnace, - replacement (S20) of the air present in the first airlock with a neutral gas, - transfer (S30) of said load into the first furnace, - first carbonization treatment (S40) in the first furnace, - transfer (S50) of said load into a second sealed airlock in selective communication with the first and second furnaces, - placing the second sealed airlock under vacuum (S60), - transfer (S70) of said load into the second furnace, - second carbonization treatment (S80) in the second furnace, - transfer (S80) of said load into a third sealed airlock in selective communication with the second furnace and with an outlet to the open air. Figure for abstract: Fig. 5

Description

Procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone pour la fabrication de pièces en C/CIndustrial process for heat treatment of preforms made of carbon precursor material for the manufacture of C/C parts

La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces en matériau composite carbone-carbone (C/C).The present invention relates to the general field of manufacturing parts made of carbon-carbon (C/C) composite material.

Le document US 6 183 583 divulgue un procédé pour obtenir des pièces en matériau composite C/C comprenant les étapes suivantes :Document US 6,183,583 discloses a method for obtaining C/C composite material parts comprising the following steps:

- fabrication de préformes fibreuses avec des fibres en précurseurs de carbone comme du polyacrylonitrile ou PAN,- manufacture of fibrous preforms with carbon precursor fibers such as polyacrylonitrile or PAN,

- traitement thermique appelé carbonisation consistant à purifier les fibres PAN et le carbone qui compose les préformes,- heat treatment called carbonization consisting of purifying the PAN fibers and the carbon which makes up the preforms,

- densification des préformes par infiltration chimique en phase gazeuse.- densification of preforms by chemical infiltration in the gas phase.

Le traitement thermique des préformes fibreuses comprend deux étapes : une carbonisation primaire et une carbonisation secondaire. L’étape de carbonisation primaire est réalisée à haute température dans des fours de type discontinu ou « batch » dédiés. De grandes quantités d’effluents gazeux doivent être évacuées pendant la carbonisation primaire. L’étape de carbonisation secondaire des préformes fibreuses est réalisée à très haute température et à faible pression également dans des fours de type discontinu ou « batch » dédiés différents des fours utilisés pour la carbonisation primaire. De faibles quantités d’effluents gazeux doivent être évacuées pendant la carbonisation secondaire.The heat treatment of fibrous preforms consists of two steps: primary carbonization and secondary carbonization. The primary carbonization step is carried out at high temperature in dedicated batch furnaces. Large quantities of gaseous effluents must be evacuated during primary carbonization. The secondary carbonization step of fibrous preforms is carried out at very high temperature and low pressure also in dedicated batch furnaces different from the furnaces used for primary carbonization. Small quantities of gaseous effluents must be evacuated during secondary carbonization.

La durée des cycles de traitement est de l’ordre de deux à trois jours pour la carbonisation primaire et de quatre à cinq jours pour la carbonisation secondaire.The duration of the treatment cycles is of the order of two to three days for primary carbonization and four to five days for secondary carbonization.

Même si les fours utilisés respectivement pour les carbonisations primaire et secondaire peuvent être de grande taille afin de traiter plusieurs centaines de préformes en même temps, la mise en œuvre de ces deux carbonisations nécessite le chargement puis le déchargement d’un grand nombre de préformes qui sont délicates à manipuler. Ces opérations sont complexes à automatiser et peuvent générer de la non-qualité. Chaque carbonisation nécessite également une étape de chauffage du four pour atteindre la température de traitement des préformes et une étape de refroidissement du four et des équipements utilisés afin de permettre le déchargement des préformes après traitement. Ces étapes sont coûteuses en énergie et leur durée réduit d’autant la capacité de production du four. En outre, la taille d’un four « batch » est limitée par les contraintes de chargement et de déchargement, mais aussi par les exigences d’homogénéité de température dans l’enceinte du four. Il en est de même pour le traitement haute température des ébauches de pièces après densification.Even if the furnaces used for primary and secondary carbonizations respectively can be large in order to process several hundred preforms at the same time, the implementation of these two carbonizations requires the loading and unloading of a large number of preforms which are difficult to handle. These operations are complex to automate and can generate non-quality. Each carbonization also requires a heating step of the furnace to reach the preform treatment temperature and a cooling step of the furnace and the equipment used in order to allow the unloading of the preforms after treatment. These steps are costly in energy and their duration reduces the production capacity of the furnace. In addition, the size of a batch furnace is limited by the loading and unloading constraints, but also by the requirements for temperature homogeneity in the furnace enclosure. The same is true for the high-temperature treatment of part blanks after densification.

Ainsi, lorsque la capacité de production doit être augmentée, cela nécessite d’utiliser plus de fours dédiés au même moment. Cette solution n’est pas optimale car elle conduit à des niveaux d’investissement élevés et à une augmentation importante du coût énergétique global.Therefore, when the production capacity needs to be increased, this requires using more dedicated furnaces at the same time. This solution is not optimal because it leads to high investment levels and a significant increase in the overall energy cost.

Il existe, par conséquent, un besoin pour augmenter la capacité de production pour la carbonisation de préformes fibreuses et le traitement haute température des ébauches après densification tout en maîtrisant les coûts d’investissement et la consommation énergétique.There is therefore a need to increase production capacity for the carbonization of fiber preforms and the high temperature treatment of blanks after densification while controlling investment costs and energy consumption.

A cet effet, l’invention propose un procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone, le procédé comprenant de façon enchaînée les étapes suivantes :
- introduction d’un chargement d’une ou plusieurs préformes en matériau précurseur de carbone dans un premier sas étanche en communication sélective avec un premier four,
- remplacement de l’air présent dans le premier sas étanche par un gaz neutre,
- transfert dudit chargement dans le premier four,
- premier traitement de carbonisation de chaque préforme dudit chargement dans le premier four,
- transfert dudit chargement dans un deuxième sas étanche en communication sélective avec le premier four et avec un deuxième four,
- mise sous vide du deuxième sas étanche,
- transfert dudit chargement dans le deuxième four,
- deuxième traitement de carbonisation de chaque préforme dudit chargement dans le deuxième four,
- transfert dudit chargement dans un troisième sas étanche en communication sélective avec le deuxième four et avec une sortie à l’air libre.
To this end, the invention proposes an industrial method for the heat treatment of preforms made of carbon precursor material, the method comprising the following steps in sequence:
- introduction of a load of one or more preforms made of carbon precursor material into a first sealed airlock in selective communication with a first oven,
- replacement of the air present in the first airlock with a neutral gas,
- transfer of said load into the first oven,
- first carbonization treatment of each preform of said load in the first oven,
- transfer of said load into a second sealed airlock in selective communication with the first oven and with a second oven,
- vacuuming of the second airlock,
- transfer of said load to the second oven,
- second carbonization treatment of each preform of said load in the second furnace,
- transfer of said load into a third sealed airlock in selective communication with the second oven and with an outlet to the open air.

L’utilisation de deux fours en combinaison avec des sas permet de réaliser une ligne de traitement de carbonisation en continu. On augmente ainsi la capacité de production de préformes carbonisées sans avoir besoin d’augmenter le nombre de fours ou leur taille, c’est-à-dire à un coût d’investissement maîtrisé.The use of two furnaces in combination with airlocks makes it possible to create a continuous carbonization treatment line. This increases the production capacity of carbonized preforms without having to increase the number of furnaces or their size, i.e. at a controlled investment cost.

En outre, le procédé de l’invention ne nécessite pas d’interruption du chauffage des fours utilisés pour les traitements de carbonisation. Cela permet à la fois d’améliorer la cadence de production et d’optimiser la consommation énergétique puisque l’énergie utilisée pour chauffer les fours est presque intégralement utilisée pour les traitements de carbonisation alors qu’avec les fours de traitement discontinu (« batch ») de l’art antérieur une quantité importante d’énergie est utilisée hors traitement de carbonisation pour remettre en température les fours après chaque déchargement de préformes.In addition, the method of the invention does not require interruption of the heating of the furnaces used for the carbonization treatments. This makes it possible to both improve the production rate and optimize energy consumption since the energy used to heat the furnaces is almost entirely used for the carbonization treatments, whereas with the batch treatment furnaces of the prior art a significant amount of energy is used outside the carbonization treatment to reheat the furnaces after each unloading of preforms.

Selon une caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, des chargements d’une ou plusieurs préformes en matériau précurseur de carbone sont introduits dans le premier sas à un intervalle de temps déterminé. Il est ainsi possible de définir une cadence de production.According to a particular characteristic of the industrial process of the invention, loads of one or more preforms made of carbon precursor material are introduced into the first airlock at a determined time interval. It is thus possible to define a production rate.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, les effluents gazeux dégagés par chaque préforme lors des premier et deuxième traitements sont brûlés dans un même oxydateur thermique. Les fours utilisés par le procédé de l’invention fonctionnant sans interruption, l’oxydateur thermique est alimenté en permanence par la combustion des effluents gazeux. L’oxydateur thermique est ainsi toujours maintenu à sa température de fonctionnement sans avoir besoin de gaz naturel qui est habituellement ajouté lors des phases sans émissions d’effluents gazeux correspondant en particulier aux phases de refroidissement, de déchargement, d’inter-cycles et de chargement dans les fours discontinus de l’art antérieur pour maintenir l’oxydateur à sa température de fonctionnement, ces phase correspondant à plus de 70% du temps de production. En outre, même si le débit des effluents dégagés par le deuxième traitement de carbonisation est trop faible pour maintenir l’oxydateur à la bonne température, le maintien en température de l’oxydateur est tout de même assuré par les effluents dégagés par le premier traitement de carbonisation dont le débit est bien plus important.According to another particular characteristic of the industrial process of the invention, the gaseous effluents released by each preform during the first and second treatments are burned in the same thermal oxidizer. Since the furnaces used by the process of the invention operate without interruption, the thermal oxidizer is continuously supplied by the combustion of the gaseous effluents. The thermal oxidizer is thus always maintained at its operating temperature without the need for natural gas, which is usually added during the phases without gaseous effluent emissions, corresponding in particular to the cooling, unloading, inter-cycle and loading phases in the batch furnaces of the prior art to maintain the oxidizer at its operating temperature, these phases corresponding to more than 70% of the production time. Furthermore, even if the flow rate of the effluents released by the second carbonization treatment is too low to maintain the oxidizer at the correct temperature, the temperature of the oxidizer is still maintained by the effluents released by the first carbonization treatment, the flow rate of which is much higher.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, les premier et deuxième fours sont balayés par un gaz neutre. Cela facilite l’évacuation des effluents gazeux dégagés lors des premier et deuxième traitements de carbonisation. Le débit massique de gaz neutre dans au moins le premier four peut être déterminé en fonction d’un débit massique des effluents gazeux afin de limiter l’impact du gaz neutre (dilution) sur l’apport calorifique des effluents à l’oxydateur.According to another particular characteristic of the industrial process of the invention, the first and second furnaces are swept by a neutral gas. This facilitates the evacuation of the gaseous effluents released during the first and second carbonization treatments. The mass flow rate of neutral gas in at least the first furnace can be determined as a function of a mass flow rate of the gaseous effluents in order to limit the impact of the neutral gas (dilution) on the heat input of the effluents to the oxidizer.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, le deuxième four est alternativement relié à un premier piège à froid et à un deuxième piège à froid chacun configurés pour condenser les effluents gazeux dégagés par chaque préforme lors du deuxième traitement de carbonisation, le procédé comprenant une étape de nettoyage du premier piège à froid lorsque le deuxième piège à froid est relié au deuxième four (deuxième piège à froid opérationnel) et inversement.According to another particular characteristic of the industrial process of the invention, the second furnace is alternately connected to a first cold trap and to a second cold trap each configured to condense the gaseous effluents released by each preform during the second carbonization treatment, the process comprising a step of cleaning the first cold trap when the second cold trap is connected to the second furnace (second operational cold trap) and vice versa.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, lors des premier et deuxième traitements de carbonisation, le chargement traverse successivement une pluralité de zones de chauffage présentes respectivement dans les premier et deuxième fours, une température de chauffage augmentant progressivement jusqu’à une température de chauffage maximale entre une première zone de chauffage de la pluralité de zones de chauffage et une dernière zone de chauffage de ladite pluralité de zones de chauffage. Les chargements de préformes se déplaçant à l’intérieur de chaque four, on recrée ainsi les conditions de montées en température (rampe thermique) rencontrées dans les fours statiques de l’art antérieur.According to another particular characteristic of the industrial method of the invention, during the first and second carbonization treatments, the load successively passes through a plurality of heating zones present respectively in the first and second furnaces, a heating temperature gradually increasing to a maximum heating temperature between a first heating zone of the plurality of heating zones and a last heating zone of said plurality of heating zones. The loads of preforms moving inside each furnace, the temperature rise conditions (thermal ramp) encountered in the static furnaces of the prior art are thus recreated.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, lors du premier traitement de carbonisation, la température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage de ladite pluralité de zones de chauffage est comprise entre 700°C et 1000°C avec une vitesse de montée en température entre la première zone de chauffage et la dernière zone de chauffage de ladite pluralité de zones de chauffage inférieure à 400°C/h.According to another particular characteristic of the industrial process of the invention, during the first carbonization treatment, the maximum heating temperature in the last heating zone of said plurality of heating zones is between 700°C and 1000°C with a temperature rise rate between the first heating zone and the last heating zone of said plurality of heating zones of less than 400°C/h.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, lors du deuxième traitement de carbonisation, la température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage de ladite pluralité de zones de chauffage est comprise entre 1500°C et 2600°C avec une vitesse de montée en température entre la première zone de chauffage et la dernière zone de chauffage de ladite pluralité de zones de chauffage inférieure à 1500°C/h.According to another particular characteristic of the industrial process of the invention, during the second carbonization treatment, the maximum heating temperature in the last heating zone of said plurality of heating zones is between 1500°C and 2600°C with a temperature rise rate between the first heating zone and the last heating zone of said plurality of heating zones of less than 1500°C/h.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé industriel de l’invention, le procédé comprend en outre, après l’étape de deuxième traitement de carbonisation et avant l’étape de transfert du chargement dans un troisième sas étanche, une étape de refroidissement de chaque préforme dudit chargement.According to another particular characteristic of the industrial process of the invention, the process further comprises, after the second carbonization treatment step and before the step of transferring the load into a third sealed airlock, a step of cooling each preform of said load.

L’invention concerne également un procédé de fabrication de pièce en matériau composite carbone-carbone comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to a method for manufacturing a part made of carbon-carbon composite material comprising the following steps:

- traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone selon le procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone de l’invention,- heat treatment of preforms made of carbon precursor material according to the industrial process for heat treatment of preforms made of carbon precursor material of the invention,

- densification des préformes par une matrice carbone de manière à obtenir des ébauches de pièces,- densification of preforms by a carbon matrix in order to obtain rough parts,

- traitement haute température des ébauches de pièces.- high temperature treatment of part blanks.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the attached drawings which illustrate exemplary embodiments thereof which are not in any limiting nature.

La représente, de manière schématique, une installation pour la mise en œuvre d’un procédé industriel de traitement thermique selon un mode de réalisation de l’invention, There schematically represents an installation for implementing an industrial heat treatment process according to one embodiment of the invention,

La représente, de manière schématique et en coupe, une première section de l’installation de la , There represents, schematically and in section, a first section of the installation of the ,

La représente, de manière schématique et en coupe, une deuxième section de l’installation de la , There represents, schematically and in section, a second section of the installation of the ,

La représente, de manière schématique et en coupe, un exemple de chargement de préformes en matériau précurseur de carbone qui peut être utilisé dans le procédé industriel de l’invention, There represents, schematically and in section, an example of loading preforms made of carbon precursor material which can be used in the industrial process of the invention,

La est un ordinogramme montrant les étapes d’un procédé industriel d’un procédé de fabrication de pièces en matériau composite carbone-carbone comprenant un traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone selon un mode de réalisation de l’invention. There is a flowchart showing the steps of an industrial process of a method for manufacturing parts made of carbon-carbon composite material comprising a heat treatment of preforms made of carbon precursor material according to one embodiment of the invention.

La montre très schématiquement une installation de traitement thermique 1 dans laquelle un procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone selon l’invention peut être mis en œuvre.There shows very schematically a heat treatment installation 1 in which an industrial process for heat treatment of preforms made of carbon precursor material according to the invention can be implemented.

L’installation 1 comprend d’amont en aval suivant une direction de parcours DPun dispositif de chargement 10 à l’air libre, un premier sas étanche 20, un premier four 100, un deuxième sas étanche 30, un deuxième four 200, un troisième sas étanche 40 et un dispositif de déchargement 50 à l’air libre.The installation 1 comprises from upstream to downstream in a direction of travel D P a loading device 10 in the open air, a first sealed airlock 20, a first oven 100, a second sealed airlock 30, a second oven 200, a third sealed airlock 40 and an unloading device 50 in the open air.

Le premier four 100 est notamment destiné à réaliser un premier traitement de carbonisation, encore appelé carbonisation primaire. Le deuxième four 200 est notamment destiné à réaliser un deuxième traitement de carbonisation, encore appelé carbonisation secondaire.The first furnace 100 is in particular intended to carry out a first carbonization treatment, also called primary carbonization. The second furnace 200 is in particular intended to carry out a second carbonization treatment, also called secondary carbonization.

Le premier sas étanche 20 est en communication sélective avec le dispositif de chargement 10 et le premier four 100 par respectivement des première et deuxième portes mobiles 21 et 22 ( ) suivant trois configurations. Dans une première configuration, le premier sas 20 est en communication avec le dispositif de chargement 10 à l’air libre par ouverture de la première porte mobile 21 afin de permettre l’introduction d’un chargement de préformes dans ledit sas tout en étant isolé du premier four 100 par fermeture de la deuxième porte mobile 22. Dans une deuxième configuration, le sas 20 est isolé à la fois du dispositif de chargement 10 et du premier four 100 par fermeture des deux portes mobiles 21 et 22, le sas formant alors une enceinte étanche autour du chargement de préformes. Dans une troisième configuration, le sas 20 est en communication avec le premier four 100 par ouverture de la deuxième porte mobile 22 tout en étant isolé du dispositif de chargement 10 par fermeture de la première porte mobile 21 afin de permettre le transfert du chargement de préformes dans le premier four 100.The first sealed airlock 20 is in selective communication with the loading device 10 and the first oven 100 by first and second movable doors 21 and 22 respectively ( ) according to three configurations. In a first configuration, the first airlock 20 is in communication with the loading device 10 in the open air by opening the first movable door 21 in order to allow the introduction of a load of preforms into said airlock while being isolated from the first oven 100 by closing the second movable door 22. In a second configuration, the airlock 20 is isolated from both the loading device 10 and the first oven 100 by closing the two movable doors 21 and 22, the airlock then forming a sealed enclosure around the load of preforms. In a third configuration, the airlock 20 is in communication with the first oven 100 by opening the second movable door 22 while being isolated from the loading device 10 by closing the first movable door 21 in order to allow the transfer of the load of preforms into the first oven 100.

Le deuxième sas étanche 30 est en communication sélective avec le premier four 100 et le deuxième four 200 par respectivement des première et deuxième portes mobiles 31 et 32 (figures 2 et 3) suivant trois configurations. Dans une première configuration, le deuxième sas 30 est en communication avec le premier four 100 par ouverture de la première porte mobile 31 afin de permettre l’introduction d’un chargement de préformes ayant subies le premier traitement de carbonisation dans ledit sas tout en étant isolé du deuxième four 200 par fermeture de la deuxième porte mobile 32. Dans une deuxième configuration, le sas 30 est isolé à la fois du premier four 100 et du deuxième four 200 par fermeture des deux portes mobiles 31 et 32, le sas formant alors une enceinte étanche autour du chargement de préformes. Dans une troisième configuration, le sas 30 est en communication avec le deuxième four 200 par ouverture de la deuxième porte mobile 32 tout en étant isolé du premier four 100 par fermeture de la première porte mobile 31 afin de permettre le transfert du chargement de préformes dans le deuxième four 200.The second sealed airlock 30 is in selective communication with the first furnace 100 and the second furnace 200 by first and second movable doors 31 and 32 respectively (FIGS. 2 and 3) according to three configurations. In a first configuration, the second airlock 30 is in communication with the first furnace 100 by opening the first movable door 31 in order to allow the introduction of a load of preforms having undergone the first carbonization treatment into said airlock while being isolated from the second furnace 200 by closing the second movable door 32. In a second configuration, the airlock 30 is isolated from both the first furnace 100 and the second furnace 200 by closing the two movable doors 31 and 32, the airlock then forming a sealed enclosure around the load of preforms. In a third configuration, the airlock 30 is in communication with the second oven 200 by opening the second movable door 32 while being isolated from the first oven 100 by closing the first movable door 31 in order to allow the transfer of the load of preforms into the second oven 200.

Le troisième sas étanche 40 est en communication sélective avec le deuxième four 200 et le dispositif de déchargement 50 par respectivement des première et deuxième portes mobiles 41 et 42 ( ) suivant trois configurations. Dans une première configuration, le troisième sas 40 est en communication avec le deuxième four 200 par ouverture de la première porte mobile 41 afin de permettre l’introduction d’un chargement de préformes ayant subies le deuxième traitement de carbonisation dans ledit sas tout en étant isolé du dispositif de déchargement 50 par fermeture de la deuxième porte mobile 42. Dans une deuxième configuration, le sas 40 est isolé à la fois du deuxième four 200 et du dispositif de déchargement 50 par fermeture des deux portes mobiles 41 et 42. Dans une troisième configuration, le sas 40 est en communication avec le dispositif de déchargement 50 à l’air libre par ouverture de la deuxième porte mobile 42 tout en étant isolé du deuxième four 200 par fermeture de la première porte mobile 41 afin de permettre la sortie du chargement de préformes de l’installation 1.The third sealed airlock 40 is in selective communication with the second oven 200 and the unloading device 50 by first and second movable doors 41 and 42 respectively ( ) according to three configurations. In a first configuration, the third airlock 40 is in communication with the second furnace 200 by opening the first movable door 41 in order to allow the introduction of a load of preforms having undergone the second carbonization treatment into said airlock while being isolated from the unloading device 50 by closing the second movable door 42. In a second configuration, the airlock 40 is isolated both from the second furnace 200 and from the unloading device 50 by closing the two movable doors 41 and 42. In a third configuration, the airlock 40 is in communication with the unloading device 50 to the open air by opening the second movable door 42 while being isolated from the second furnace 200 by closing the first movable door 41 in order to allow the load of preforms to exit the installation 1.

La illustre une première section de l’installation 1 comprenant le dispositif de chargement 10 à l’air libre, le premier sas étanche 20, le premier four 100 et le deuxième sas étanche 30.There illustrates a first section of the installation 1 comprising the loading device 10 in the open air, the first sealed airlock 20, the first oven 100 and the second sealed airlock 30.

Le premier four 100 est délimité par une enceinte cylindrique 101 interposée entre les premier et deuxième sas étanches 20 et 30. Le four 100 comprend une chambre de traitement 140 à l’intérieur de laquelle circulent des chargements 300 de préformes en matériau précurseur de carbone suivant la direction de parcours DP. La chambre de traitement 140 est entourée d’un dispositif de chauffage 110 et d’un isolant 102 disposé entre l’enceinte 101 et le dispositif de chauffage 110. Le premier four 100 présente une forme de tunnel qui s’étend entre une entrée 103 en communication sélective avec le premier sas étanche 20 et une sortie 104 en communication sélective avec le deuxième sas étanche 30.The first furnace 100 is delimited by a cylindrical enclosure 101 interposed between the first and second sealed airlocks 20 and 30. The furnace 100 comprises a treatment chamber 140 inside which circulate loads 300 of preforms made of carbon precursor material in the direction of travel D P . The treatment chamber 140 is surrounded by a heating device 110 and an insulator 102 arranged between the enclosure 101 and the heating device 110. The first furnace 100 has a tunnel shape which extends between an inlet 103 in selective communication with the first sealed airlock 20 and an outlet 104 in selective communication with the second sealed airlock 30.

Le premier four 100 comprend également un dispositif de déplacement 150, par exemple un tapis roulant, un pousseur ou tout autre système adapté, qui permet de déplacer les chargements 300 dans la chambre de traitement 140 à une vitesse de déplacement déterminée et suivant la direction de parcours DP.The first oven 100 also comprises a movement device 150, for example a conveyor belt, a pusher or any other suitable system, which makes it possible to move the loads 300 in the treatment chamber 140 at a determined movement speed and in the direction of travel D P .

Dans l’exemple décrit ici, la chambre de traitement 140 comporte plusieurs zones de chauffage Z1à Z6qui sont pilotées indépendamment en température par le dispositif de chauffage 110. Dans l’exemple décrit ici, le dispositif de chauffage 110 comprend des éléments résistifs chauffants (non représentés sur la ) répartis autour de chacune des zones de chauffage Z1à Z6et qui sont commandés pour contrôler la température dans chacune des zones de chauffage. D’autres moyens de chauffage aptes à contrôler la température dans chacune des zones de chauffage peuvent bien entendu être utilisés. Le chauffage des zones de chauffage peut par exemple être réalisé par induction. Dans ce cas, la chambre de réaction est entourée par un induit, ou suscepteur, par exemple en graphite, qui est couplé avec des inducteurs présents situés à l'extérieur de la chambre de réaction et formés d'au moins une bobine d'induction chacun.In the example described here, the treatment chamber 140 comprises several heating zones Z 1 to Z 6 which are independently temperature-controlled by the heating device 110. In the example described here, the heating device 110 comprises resistive heating elements (not shown in the ) distributed around each of the heating zones Z 1 to Z 6 and which are controlled to control the temperature in each of the heating zones. Other heating means capable of controlling the temperature in each of the heating zones can of course be used. The heating of the heating zones can for example be carried out by induction. In this case, the reaction chamber is surrounded by an armature, or susceptor, for example made of graphite, which is coupled with inductors present located outside the reaction chamber and formed of at least one induction coil each.

Les zones de chauffage permettent d’augmenter progressivement la température de traitement des préformes au fur et à mesure de leur déplacement dans la chambre de traitement 140. La longueur des zones de chauffage définit le temps de séjour (palier) des chargements 300 dans chacune des zones de chauffage pour une vitesse de déplacement donnée desdits chargements suivant la direction de parcours DP.The heating zones make it possible to gradually increase the treatment temperature of the preforms as they move in the treatment chamber 140. The length of the heating zones defines the residence time (stage) of the loads 300 in each of the heating zones for a given speed of movement of said loads in the direction of travel D P .

Le premier four 100 comprend en outre un système d’extraction 130 permettant d’évacuer les effluents gazeux dégagés par les préformes pendant leur traitement de carbonisation. Plus précisément, le système d’extraction 130 comprend un tuyau d’aspiration 131 présent dans la chambre de traitement 140, le tuyau d’aspiration 131 étant prolongé par une conduite d’évacuation 132 qui est elle-même reliée à un oxydateur thermique 133, encore appelé incinérateur thermique. La chambre de traitement 140 est en outre munie d’une source de gaz neutre (non représentée sur la ) permettant de balayer la chambre de traitement avec un gaz neutre afin de faciliter l’évacuation des effluents gazeux par le système d’extraction 130.The first furnace 100 further comprises an extraction system 130 for evacuating the gaseous effluents released by the preforms during their carbonization treatment. More specifically, the extraction system 130 comprises a suction pipe 131 present in the treatment chamber 140, the suction pipe 131 being extended by an evacuation pipe 132 which is itself connected to a thermal oxidizer 133, also called a thermal incinerator. The treatment chamber 140 is further provided with a source of neutral gas (not shown in the ) allowing the treatment chamber to be swept with a neutral gas in order to facilitate the evacuation of gaseous effluents by the extraction system 130.

La illustre une deuxième section de l’installation 1 comprenant le deuxième sas étanche 30, le deuxième four 200, le troisième sas étanche 40 et le dispositif de déchargement 50 à l’air libre.There illustrates a second section of the installation 1 comprising the second sealed airlock 30, the second oven 200, the third sealed airlock 40 and the unloading device 50 in the open air.

Le deuxième four 200 est délimité par une enceinte cylindrique 201 interposée entre les deuxième et troisième sas étanches 30 et 40. Le four 200 comprend une chambre de traitement 240 à l’intérieur de laquelle circulent les chargements 300 de préformes en matériau précurseur de carbone suivant la direction de parcours DP. La chambre de traitement 240 est entourée d’un dispositif de chauffage 210 et d’un isolant 202 disposé entre l’enceinte 201 et le dispositif de chauffage 210. Le four 200 présente une forme de tunnel qui s’étend entre une entrée 203 en communication sélective avec le deuxième sas étanche 30 et une sortie 204 en communication sélective avec le troisième sas étanche 40. Dans l’exemple décrit ici, le deuxième four 200 comprend en outre une cellule de refroidissement 260 présente à l’intérieur de l’enceinte 201 et placée entre la chambre de traitement 240 et le troisième sas de sortie. La cellule de refroidissement 260 peut être munie d’un système d’échange de chaleur (non représenté sur la ) permettant d’accélérer le refroidissement des chargements 300 dans la cellule de refroidissement.The second oven 200 is delimited by a cylindrical enclosure 201 interposed between the second and third sealed airlocks 30 and 40. The oven 200 comprises a treatment chamber 240 inside which the loads 300 of preforms made of carbon precursor material circulate in the direction of travel D P . The treatment chamber 240 is surrounded by a heating device 210 and an insulator 202 disposed between the enclosure 201 and the heating device 210. The oven 200 has a tunnel shape that extends between an inlet 203 in selective communication with the second sealed airlock 30 and an outlet 204 in selective communication with the third sealed airlock 40. In the example described here, the second oven 200 further comprises a cooling cell 260 present inside the enclosure 201 and placed between the treatment chamber 240 and the third outlet airlock. The cooling cell 260 may be provided with a heat exchange system (not shown in the ) to accelerate the cooling of 300 loads in the cooling cell.

Le deuxième four 200 comprend également un dispositif de déplacement 250, par exemple un tapis roulant, un pousseur ou tout autre système adapté, qui permet de déplacer les chargements 300 dans la chambre de traitement 240 et dans la cellule de refroidissement 260 à une vitesse de déplacement déterminée et suivant la direction de parcours DP.The second oven 200 also comprises a movement device 250, for example a conveyor belt, a pusher or any other suitable system, which makes it possible to move the loads 300 in the treatment chamber 240 and in the cooling cell 260 at a determined movement speed and in the direction of travel D P .

Dans l’exemple décrit ici, la chambre de traitement 240 comporte plusieurs zones de chauffage Z7à Z14qui sont pilotées indépendamment en température par le dispositif de chauffage 210. Dans l’exemple décrit ici, le dispositif de chauffage 210 comprend des éléments résistifs chauffants (non représentés sur la ) répartis autour de chacune des zones de chauffage Z7à Z14et qui sont commandés pour contrôler la température dans chacune des zones de chauffage. D’autres moyens de chauffage aptes à contrôler la température dans chacune des zones de chauffage peuvent bien entendu être utilisés. Le chauffage des zones de chauffage peut par exemple être réalisé par induction. Dans ce cas, la chambre de réaction est entourée par un induit, ou suscepteur, par exemple en graphite, qui est couplé avec des inducteurs présents situés à l'extérieur de la chambre de réaction et formés d'au moins une bobine d'induction chacun.In the example described here, the treatment chamber 240 comprises several heating zones Z 7 to Z 14 which are independently temperature-controlled by the heating device 210. In the example described here, the heating device 210 comprises resistive heating elements (not shown in the ) distributed around each of the heating zones Z 7 to Z 14 and which are controlled to control the temperature in each of the heating zones. Other heating means capable of controlling the temperature in each of the heating zones can of course be used. The heating of the heating zones can for example be carried out by induction. In this case, the reaction chamber is surrounded by an armature, or susceptor, for example made of graphite, which is coupled with inductors present located outside the reaction chamber and formed of at least one induction coil each.

Les zones de chauffage permettent d’augmenter progressivement la température de traitement des préformes au fur et à mesure de leur déplacement dans la chambre de traitement 240. La longueur des zones de chauffage définit le temps de séjour (palier) des chargements 300 dans chacune des zones de chauffage pour une vitesse de déplacement donnée desdits chargements suivant la direction de parcours DP.The heating zones make it possible to gradually increase the treatment temperature of the preforms as they move in the treatment chamber 240. The length of the heating zones defines the residence time (stage) of the loads 300 in each of the heating zones for a given speed of movement of said loads in the direction of travel D P .

Le deuxième four 200 comprend en outre un système d’extraction 230 permettant d’évacuer les effluents gazeux dégagés par les préformes pendant leur traitement de carbonisation. Plus précisément, le système d’extraction 230 comprend un tuyau d’aspiration 231 présent dans la chambre de traitement 240, le tuyau d’aspiration 231 étant prolongé par une conduite d’évacuation 232 qui est elle-même reliée à des premier et deuxième pièges à froid 234 et 235 chacun configurés pour condenser les effluents gazeux dégagés par chaque préforme lors du deuxième traitement de carbonisation. Dans l’exemple décrit ici, la conduite d’évacuation 232 est sélectivement reliée aux premier et deuxième pièges à froid 234 et 235 par une vanne trois voies 233. Tout autre dispositif de connexion sélective peut être envisagé. La sortie des pièges à froid 234 et 235 est reliée à une pompe à vide 236 permettant de pomper la chambre de traitement 240 afin de réaliser le deuxième traitement de carbonisation sous pression réduite, typiquement sous une pression comprise entre 1 mbar et 100 mbar. La sortie 237 de la pompe à vide 236 est reliée à l’oxydateur thermique 133.The second furnace 200 further comprises an extraction system 230 for evacuating the gaseous effluents released by the preforms during their carbonization treatment. More specifically, the extraction system 230 comprises a suction pipe 231 present in the treatment chamber 240, the suction pipe 231 being extended by an evacuation pipe 232 which is itself connected to first and second cold traps 234 and 235 each configured to condense the gaseous effluents released by each preform during the second carbonization treatment. In the example described here, the evacuation pipe 232 is selectively connected to the first and second cold traps 234 and 235 by a three-way valve 233. Any other selective connection device can be envisaged. The outlet of the cold traps 234 and 235 is connected to a vacuum pump 236 for pumping the treatment chamber 240 in order to carry out the second carbonization treatment under reduced pressure, typically under a pressure of between 1 mbar and 100 mbar. The outlet 237 of the vacuum pump 236 is connected to the thermal oxidizer 133.

Le principe de fonctionnement des pièges à froid est celui d’un échangeur thermique tube-calandre. Les tubes dans lesquels passent les effluents gazeux sont refroidis par l’eau qui circule dans la calandre. Une fois que les tubes sont remplis, on effectue un nettoyage de ces tubes en injectant de l’eau dans le tube et en le séchant ensuite sous vide.The operating principle of cold traps is that of a shell-and-tube heat exchanger. The tubes through which the gaseous effluents pass are cooled by the water circulating in the shell. Once the tubes are filled, these tubes are cleaned by injecting water into the tube and then drying it under vacuum.

Lorsque le premier piège à froid est opérationnel pour capter les dépôts solides (silicium, alcalins…) contenu dans les effluents gaz, le deuxième piège à froid qui n’est pas relié au deuxième four est nettoyé. Inversement, lorsque le deuxième piège à froid est opérationnel, le premier piège à froid qui n’est pas relié au deuxième four est nettoyé. Ainsi, le nettoyage des pièges à froid peut être réalisé sans interruption du traitement thermique.When the first cold trap is operational to capture solid deposits (silicon, alkalis, etc.) contained in the gas effluents, the second cold trap which is not connected to the second furnace is cleaned. Conversely, when the second cold trap is operational, the first cold trap which is not connected to the second furnace is cleaned. Thus, the cleaning of the cold traps can be carried out without interrupting the heat treatment.

La chambre de traitement 240 est en outre munie d’une source de gaz neutre (non représentée sur la ) permettant de balayer la chambre de traitement avec un gaz neutre afin de faciliter l’évacuation des effluents gazeux par le système d’extraction 230.The treatment chamber 240 is further provided with a source of neutral gas (not shown in the ) allowing the treatment chamber to be swept with a neutral gas in order to facilitate the evacuation of gaseous effluents by the extraction system 230.

Le illustre un exemple de chargement 300 de préformes en matériau précurseur de carbone. Le chargement 300 comprend un outillage de chargement 310 comprenant un plateau de support 311 configuré pour coopérer avec les dispositifs de déplacement 150 et 250, un cylindre de support 312 s’étendant à partir du plateau de support 311 et des plateaux intermédiaires 313 s’étendant à partir du cylindre de support 312. Une pluralité de préformes annulaires en matériau précurseur de carbone 350 sont empilées respectivement sur le plateau de support 311 et les plateaux intermédiaires 313. Un disque de chargement 314 est placé sur le sommet de chaque pile de préformes 350 afin de de contrôler les déformations et le voilage des préformes pendant leurs traitements.THE illustrates an example of loading 300 of carbon precursor material preforms. The loading 300 comprises a loading tool 310 comprising a support plate 311 configured to cooperate with the displacement devices 150 and 250, a support cylinder 312 extending from the support plate 311 and intermediate plates 313 extending from the support cylinder 312. A plurality of annular carbon precursor material preforms 350 are stacked respectively on the support plate 311 and the intermediate plates 313. A loading disk 314 is placed on the top of each stack of preforms 350 in order to control the deformations and warping of the preforms during their processing.

Les préformes 350 sont réalisées à partir de fibres de précurseur de carbone, lequel précurseur peut être par exemple du polyacrylonitrile (PAN) préoxydé, un brai, une rayonne ou un composé phénolique. Chaque préforme 350 peut par exemple réalisée au moins en partie avec des éléments continus formant une texture bidimensionnelle multidirectionnelle. Il peut s'agir d'un tissu, d'une tresse, d'un tricot, d'une nappe unidirectionnelle, ou d'une superposition de plusieurs nappes unidirectionnelles de fils, câbles ou torons. Les nappes sont superposées avec des directions différentes et assemblées par aiguilletage léger. On pourra par exemple former la texture de base à partir de trois nappes unidirectionnelles disposées respectivement à 0°, +60° et -60° par rapport à un axe de la texture. Eventuellement, la texture de base peut être complétée par un voile mince de fibres pré-aiguilleté sur la texture. Des exemples de réalisation de telles préformes annulaires sont notamment décrits dans le document US 6 767 602. Les préformes décrites ici peuvent être destinées à la fabrication de disques de frein en matériau carbone-carbone.The preforms 350 are made from carbon precursor fibers, which precursor may be, for example, pre-oxidized polyacrylonitrile (PAN), a pitch, a rayon, or a phenolic compound. Each preform 350 may, for example, be made at least in part with continuous elements forming a multidirectional two-dimensional texture. It may be a fabric, a braid, a knit, a unidirectional sheet, or a superposition of several unidirectional sheets of wires, cables, or strands. The sheets are superimposed with different directions and assembled by light needling. For example, the basic texture may be formed from three unidirectional sheets arranged respectively at 0°, +60°, and -60° relative to an axis of the texture. Optionally, the basic texture may be supplemented by a thin veil of fibers pre-needled onto the texture. Examples of embodiments of such annular preforms are described in particular in document US 6,767,602. The preforms described here may be intended for the manufacture of brake discs made of carbon-carbon material.

On décrit maintenant en relation avec la un procédé industriel de fabrication de pièces en matériau carbone-carbone comprenant un traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone et un traitement haute température d’ébauches de pièces selon un mode de réalisation de l’invention.We now describe in relation to the an industrial method for manufacturing parts made of carbon-carbon material comprising a heat treatment of preforms made of carbon precursor material and a high temperature treatment of part blanks according to one embodiment of the invention.

Le procédé industriel de l’invention s’applique notamment au traitement des préformes 350 conditionnées dans le chargement 300 comme décrit ci-avant. Toutefois, le procédé industriel de l’invention s’applique d’une manière générale à tout type de préforme en matériau précurseur de carbone et à tout type de chargement. Chaque chargement peut par exemple embarquer une ou plusieurs préformes, les préformes pouvant avoir une forme et des dimensions différentes des préformes annulaires 350 et/ou avoir une forme et des dimensions différentes entre elles.The industrial method of the invention applies in particular to the treatment of the preforms 350 packaged in the load 300 as described above. However, the industrial method of the invention applies generally to any type of preform made of carbon precursor material and to any type of load. Each load can for example carry one or more preforms, the preforms being able to have a shape and dimensions different from the annular preforms 350 and/or have a shape and dimensions different from each other.

On décrit ici un procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone qui est mis en œuvre dans l’installation de traitement thermique 1 décrite ci-avant et en suivant le parcours d’un chargement 300 de préformes en matériau précurseur de carbone 350 également décrit ci-avant.An industrial process for the heat treatment of preforms made of carbon precursor material is described herein, which is implemented in the heat treatment installation 1 described above and following the path of a load 300 of preforms made of carbon precursor material 350 also described above.

Le procédé industriel de traitement thermique débute par l’introduction depuis le dispositif de chargement 10 à l’air libre d’un chargement 300 de préformes en matériau précurseur de carbone 350 dans le premier sas étanche 20 avec la première porte mobile 21 ouverte et la deuxième porte mobile 22 fermée (étape S10).The industrial heat treatment process begins with the introduction from the loading device 10 into the open air of a load 300 of preforms made of carbon precursor material 350 into the first sealed airlock 20 with the first movable door 21 open and the second movable door 22 closed (step S10).

Le sas étanche 20 est alors fermé (première et deuxième portes mobiles 21 et 22 fermées) et l’air présent à l’intérieur de celui-ci est pompé et remplacé par un gaz neutre comme par exemple de l’azote ou de l’argon (étape S20). A ce stade, le chargement 300 est dans une atmosphère compatible avec celle du premier four 100 car elle ne contient plus d’oxygène.The airtight airlock 20 is then closed (first and second movable doors 21 and 22 closed) and the air present inside it is pumped out and replaced by a neutral gas such as nitrogen or argon (step S20). At this stage, the load 300 is in an atmosphere compatible with that of the first furnace 100 because it no longer contains oxygen.

Une fois que l’air présent dans le premier sas 20 a été remplacé par un gaz neutre, la deuxième porte mobile 22 du sas 20 peut être ouverte. Le chargement 300 est alors transféré dans le premier four 100 (étape S30).Once the air present in the first airlock 20 has been replaced by a neutral gas, the second movable door 22 of the airlock 20 can be opened. The load 300 is then transferred to the first oven 100 (step S30).

Le chargement 300 traverse la chambre de traitement 140 du four 100 suivant la direction de parcours DPafin de réaliser un premier traitement de carbonisation des préformes en matériau précurseur de carbone 350 (étape S40). Le chargement 300 traverse successivement les zones de chauffage Z1à Z6, la température de chauffage augmentant progressivement à partir d’une température de départ, par exemple 300°C, dans la première zone de chauffage Z1jusqu’à une température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage Z6. La température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage Z6est comprise entre 700°C et 1000°C avec une vitesse de montée en température entre la première zone de chauffage Z1et la dernière zone de chauffage Z6inférieure à 400°C/h. Le premier traitement de carbonisation est réalisé à une pression voisine de la pression atmosphérique.The load 300 passes through the treatment chamber 140 of the furnace 100 in the direction of travel D P in order to carry out a first carbonization treatment of the preforms made of carbon precursor material 350 (step S40). The load 300 successively passes through the heating zones Z 1 to Z 6 , the heating temperature gradually increasing from a starting temperature, for example 300°C, in the first heating zone Z 1 up to a maximum heating temperature in the last heating zone Z 6 . The maximum heating temperature in the last heating zone Z 6 is between 700°C and 1000°C with a temperature rise rate between the first heating zone Z 1 and the last heating zone Z 6 of less than 400°C/h. The first carbonization treatment is carried out at a pressure close to atmospheric pressure.

Lors du premier traitement de carbonisation, la montée en température des préformes 350 entraîne un fort dégagement gazeux d’espèces HCN, NH3, CO, CO2et H2. Dans le cas de préformes comprenant des fibres de Pan préoxydées, celles-ci perdent environ 51% de leur masse au cours de leur carbonisation. Le débit massique des effluents gazeux dégagés est lié à l’intervalle de temps (encore appelé « takt time ») qui correspond à l’intervalle de temps de passage d’un chargement entre une position n et une position n+1 dans l’installation de traitement thermique. Cet intervalle de temps (« takt time ») peut par exemple correspondre à l’intervalle de temps de passage d’un chargement entre le premier sas (position n) et l’entrée dans le premier four (position n+1) ou à l’intervalle de temps de passage d’un chargement entre la sortie de la cellule de refroidissement (position n) et le trosième sas (position n+1). Le débit massique des effluents Dme peut être déterminé à partir de la formule Dme=ρ.m/τ où ρ est la perte de masse, m est la masse de Pan préoxydé dans la pile et τ est l’intervalle de temps de transfert.During the first carbonization treatment, the temperature rise of the preforms 350 results in a strong release of gaseous species HCN, NH 3 , CO, CO 2 and H 2 . In the case of preforms comprising pre-oxidized Pan fibers, these lose approximately 51% of their mass during their carbonization. The mass flow rate of the gaseous effluents released is linked to the time interval (also called “takt time”) which corresponds to the time interval for a load to pass between a position n and a position n+1 in the heat treatment installation. This time interval (“takt time”) may for example correspond to the time interval for a load to pass between the first airlock (position n) and the entry into the first furnace (position n+1) or to the time interval for a load to pass between the outlet of the cooling cell (position n) and the third airlock (position n+1). The effluent mass flow rate Dme can be determined from the formula Dme=ρ.m/τ where ρ is the mass loss, m is the mass of pre-oxidized Pan in the stack and τ is the transfer time interval.

Les effluents gazeux issus de la carbonisation des préformes sont détruits par un oxydateur thermique, ici l’oxydateur thermique 133. Grâce au traitement en continu dans le four 100, l’oxydateur thermique 133 peut être maintenu à sa température de fonctionnement par le seul apport calorifique des effluents gazeux sans ajout de gaz naturel. Ceci constitue un avantage par rapport aux traitements de carbonisation réalisés dans des fours de type discontinu ou « batch » où la consommation de gaz naturel est très importante pour maintenir l'oxydateur thermique à sa température de fonctionnement durant les phases sans émission d'effluents comme c’est le cas pendant les phases de chargement, de chauffage, de refroidissement et de déchargement des préformes.The gaseous effluents resulting from the carbonization of the preforms are destroyed by a thermal oxidizer, here the thermal oxidizer 133. Thanks to the continuous treatment in the furnace 100, the thermal oxidizer 133 can be maintained at its operating temperature by the sole heat input of the gaseous effluents without adding natural gas. This constitutes an advantage compared to the carbonization treatments carried out in discontinuous or “batch” type furnaces where the consumption of natural gas is very high to maintain the thermal oxidizer at its operating temperature during the phases without effluent emission as is the case during the phases of loading, heating, cooling and unloading of the preforms.

Les effluents gazeux sont de préférence entraînés par balayage de la chambre de traitement du four par un gaz neutre, par exemple de l’azote. Un débit trop faible de gaz neutre peut entraîner la formation de goudrons sur les fibres tandis qu’un débit trop fort de gaz neutre peut être nuisible pour la combustion de l’oxydateur thermique (dilution de l’apport calorifique des effluents). Le débit massique de gaz neutre Dmg peut être défini en fonction du débit massique d'effluents gazeux Dme suivant la règle Dmg=k.Dme avec k compris entre 0,3 et 3.The gaseous effluents are preferably entrained by sweeping the treatment chamber of the furnace with a neutral gas, for example nitrogen. Too low a flow rate of neutral gas can lead to the formation of tars on the fibres while too high a flow rate of neutral gas can be harmful to the combustion of the thermal oxidiser (dilution of the heat input of the effluents). The mass flow rate of neutral gas Dmg can be defined as a function of the mass flow rate of gaseous effluents Dme according to the rule Dmg=k.Dme with k between 0.3 and 3.

A sa sortie de la chambre de traitement 140 du premier four 100, c’est-à-dire après le premier traitement de carbonisation, le chargement 300 est transféré dans le deuxième sas étanche 30 avec la première porte mobile 31 ouverte et la deuxième porte mobile 32 fermée (étape S50).On leaving the treatment chamber 140 of the first furnace 100, that is to say after the first carbonization treatment, the load 300 is transferred into the second sealed airlock 30 with the first movable door 31 open and the second movable door 32 closed (step S50).

Le sas étanche 30 est ensuite fermé (première et deuxième portes mobiles 31 et 32 fermées). On procède alors à la mise sous vide du sas étanche 30 (étape S60). A ce stade, le chargement 300 est dans une atmosphère compatible avec celle du deuxième four 200, le deuxième traitement de carbonisation étant réalisé sous vide dans le deuxième four.The airlock 30 is then closed (first and second movable doors 31 and 32 closed). The airlock 30 is then placed under vacuum (step S60). At this stage, the load 300 is in an atmosphere compatible with that of the second furnace 200, the second carbonization treatment being carried out under vacuum in the second furnace.

Une fois que le vide réalisé dans le deuxième sas 30, la deuxième porte mobile 32 du sas 30 peut être ouverte. Le chargement 300 est alors transféré dans le deuxième four 200 (étape S70).Once the vacuum has been achieved in the second airlock 30, the second movable door 32 of the airlock 30 can be opened. The load 300 is then transferred to the second oven 200 (step S70).

Le chargement 300 traverse la chambre de traitement 240 du four 200 suivant la direction de parcours DPafin de réaliser un deuxième traitement de carbonisation des préformes en matériau précurseur de carbone 350 (étape S80). Le chargement 300 traverse successivement les zones de chauffage Z7à Z14, la température de chauffage augmentant progressivement à partir d’une température de départ, par exemple 800°C, dans la première zone de chauffage Z7jusqu’à une température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage Z14. La température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage Z16est comprise entre 1500°C et 2600°C avec une vitesse de montée en température entre la première zone de chauffage Z7et la dernière zone de chauffage Z14inférieure à 1500°C/h.The load 300 passes through the treatment chamber 240 of the furnace 200 in the direction of travel D P in order to carry out a second carbonization treatment of the preforms made of carbon precursor material 350 (step S80). The load 300 successively passes through the heating zones Z 7 to Z 14 , the heating temperature gradually increasing from a starting temperature, for example 800°C, in the first heating zone Z 7 to a maximum heating temperature in the last heating zone Z 14 . The maximum heating temperature in the last heating zone Z 16 is between 1500°C and 2600°C with a temperature rise rate between the first heating zone Z 7 and the last heating zone Z 14 of less than 1500°C/h.

La quantité d’effluents gazeux dégagés lors du deuxième traitement de carbonisation est significativement moins importante que celle des effluents dégagés au cours du deuxième traitement de carbonisation.The amount of gaseous effluents released during the second carbonization treatment is significantly less than that of the effluents released during the second carbonization treatment.

Les effluents gazeux issus du deuxième traitement de carbonisation des préformes sont détruits par le même oxydateur thermique que celui utilisé pour détruire les effluents issus du premier traitement de carbonisation, ici l’oxydateur thermique 133. Ainsi, même si l’apport calorifique des effluents du deuxième traitement de carbonisation pourrait être insuffisant (débit trop faible) pour maintenir l’oxydateur à sa température de fonctionnement, cela ne pose pas de problème car l’oxydateur est déjà suffisamment chauffé par l’apport calorifique des effluents du premier traitement de carbonisation. Les effluents gazeux sont de préférence entraînés par balayage de la chambre de traitement du four par un gaz neutre, par exemple de l’azote.The gaseous effluents from the second carbonization treatment of the preforms are destroyed by the same thermal oxidizer as that used to destroy the effluents from the first carbonization treatment, here the thermal oxidizer 133. Thus, even if the heat input of the effluents from the second carbonization treatment could be insufficient (flow rate too low) to maintain the oxidizer at its operating temperature, this does not pose a problem because the oxidizer is already sufficiently heated by the heat input of the effluents from the first carbonization treatment. The gaseous effluents are preferably entrained by sweeping the treatment chamber of the furnace with a neutral gas, for example nitrogen.

Les tuyaux d’aspiration et les conduites d’évacuation des deux fours sont maintenus de préférence à une température supérieure à 350°C afin d’éviter la formation de dépôts dans les tuyaux et/ou les conduites. Cela peut être réalisé par une isolation et/ou un chauffage des tuyaux et des conduites.The suction pipes and exhaust lines of both furnaces are preferably kept at a temperature above 350°C in order to avoid the formation of deposits in the pipes and/or lines. This can be achieved by insulating and/or heating the pipes and lines.

A sa sortie de la chambre de traitement 240 du deuxième four 200, c’est-à-dire après le deuxième traitement de carbonisation, le chargement 300 traverse la cellule de refroidissement 260 qui permet d’accélérer le refroidissement des préformes (étape S90). La cellule de refroidissement est configurée pour permettre une sortie à l’air libre des préformes à une température inférieure à 300°C afin d’éviter une oxydation des préformes.At its outlet from the treatment chamber 240 of the second furnace 200, i.e. after the second carbonization treatment, the load 300 passes through the cooling cell 260 which makes it possible to accelerate the cooling of the preforms (step S90). The cooling cell is configured to allow the preforms to be released into the open air at a temperature below 300°C in order to avoid oxidation of the preforms.

A sa sortie de la cellule de refroidissement, le chargement 300 est transféré dans le troisième sas étanche 40 avec la première porte mobile 41 ouverte et la deuxième porte mobile 42 fermée (étape S100).Upon exiting the cooling cell, the load 300 is transferred into the third sealed airlock 40 with the first movable door 41 open and the second movable door 42 closed (step S100).

La première porte mobile 41 du sas étanche 40 est fermée puis la deuxième porte mobile 42 est ouverte, ce qui permet de sortir le chargement 300 à l’air libre, dans l’exemple ici via le dispositif de déchargement 50 (étape S110).The first movable door 41 of the watertight airlock 40 is closed and then the second movable door 42 is opened, which allows the load 300 to be released into the open air, in the example here via the unloading device 50 (step S110).

Les étapes S10 à S110 décrites ci-avant sont réalisées de manière enchaînée pour chaque chargement de préforme à partie de l’étape S10 d’introduction d’un chargement de préformes dans le premier sas étanche. Les étapes S20 à S100 peuvent être entièrement automatisées. Les étapes de chargement (étape S10) et de déchargement (étape S110) des chargements de préformes dans l’installation de traitement thermique peuvent également être automatisées. Il est ainsi possible de mettre en œuvre des traitements de carbonisation en continu de préformes en matériau précurseur de carbone par introduction à intervalles réguliers de chargements de préformes dans le premier sas étanche.Steps S10 to S110 described above are carried out in a chained manner for each preform loading starting from step S10 of introducing a load of preforms into the first sealed airlock. Steps S20 to S100 can be fully automated. The steps of loading (step S10) and unloading (step S110) the loads of preforms into the heat treatment installation can also be automated. It is thus possible to implement continuous carbonization treatments of preforms made of carbon precursor material by introducing loads of preforms into the first sealed airlock at regular intervals.

Le procédé de fabrication de pièces en matériau C/C se poursuit par la densification des préformes ainsi traitées (étape S120). De manière connue, les préformes peuvent par exemple être densifiées par infiltration chimique en phase vapeur (CVI) afin de réaliser des ébauches de pièces en matériau composite carbone-carbone (C/C), c’est-à-dire des ébauches de pièces comprenant un renfort fibreux en carbone densifié par une matrice en carbone.The process for manufacturing parts made of C/C material continues with the densification of the preforms thus treated (step S120). In a known manner, the preforms can for example be densified by chemical vapor infiltration (CVI) in order to produce blanks of parts made of carbon-carbon composite material (C/C), i.e. blanks of parts comprising a carbon fiber reinforcement densified by a carbon matrix.

Les ébauches de pièces sont alors soumises à un traitement haute température (étape S130) qui peut être réalisés comme déjà décrit précédemment pour la carbonisation des préformes fibreuses, les conditions de températures (températures maximales et rampes de montées en températures) dans les premier et deuxième fours étant adaptées pour le traitement haute température.The part blanks are then subjected to a high temperature treatment (step S130) which can be carried out as already described previously for the carbonization of the fiber preforms, the temperature conditions (maximum temperatures and temperature rise ramps) in the first and second furnaces being adapted for the high temperature treatment.

L’expression « compris(e) entre … et … » doit se comprendre comme incluant les bornes.The expression “between … and …” must be understood as including the limits.

Claims (11)

Procédé industriel de traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone (350), le procédé comprenant de façon enchaînée les étapes suivantes :
- introduction (S10) d’un chargement (300) d’une ou plusieurs préformes en matériau précurseur de carbone (350) dans un premier sas étanche (20) en communication sélective avec un premier four (100),
- remplacement (S20) de l’air présent dans le premier sas par un gaz neutre,
- transfert (S30) dudit chargement (300) dans le premier four (100),
- premier traitement de carbonisation (S40) de chaque préforme dudit chargement dans le premier four (100),
- transfert (S50) dudit chargement (300) dans un deuxième sas étanche (30) en communication sélective avec le premier four (100) et avec un deuxième four (200),
- mise sous vide (S60) du deuxième sas étanche (30),
- transfert (S70) dudit chargement dans le deuxième four (200),
- deuxième traitement de carbonisation (S80) de chaque préforme dudit chargement dans le deuxième four (200),
- transfert (S100) dudit chargement (300) dans un troisième sas étanche (40) en communication sélective avec le deuxième four (200) et avec une sortie à l’air libre.
Industrial process for the heat treatment of preforms made of carbon precursor material (350), the process comprising the following steps in sequence:
- introduction (S10) of a load (300) of one or more preforms made of carbon precursor material (350) into a first sealed airlock (20) in selective communication with a first oven (100),
- replacement (S20) of the air present in the first airlock with a neutral gas,
- transfer (S30) of said load (300) into the first oven (100),
- first carbonization treatment (S40) of each preform of said load in the first furnace (100),
- transfer (S50) of said load (300) into a second sealed airlock (30) in selective communication with the first oven (100) and with a second oven (200),
- vacuuming (S60) of the second airlock (30),
- transfer (S70) of said load into the second oven (200),
- second carbonization treatment (S80) of each preform of said load in the second furnace (200),
- transfer (S100) of said load (300) into a third sealed airlock (40) in selective communication with the second oven (200) and with an outlet to the open air.
Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel des chargements (300) d’une ou plusieurs préformes en matériau précurseur de carbone (350) sont introduits dans le premier sas étanche (20) à un intervalle de temps déterminé.Manufacturing method according to claim 1, in which loads (300) of one or more preforms made of carbon precursor material (350) are introduced into the first sealed airlock (20) at a determined time interval. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les effluents gazeux dégagés par chaque préforme lors des premier et deuxième traitements sont brûlés dans un même oxydateur thermique (133).Method according to claim 1 or 2, in which the gaseous effluents released by each preform during the first and second treatments are burned in the same thermal oxidizer (133). Procédé selon la revendication 3, dans lequel les premier et deuxième fours (100, 200) sont balayés par un gaz neutre.A method according to claim 3, wherein the first and second ovens (100, 200) are swept with a neutral gas. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le débit massique de gaz neutre dans au moins le premier four (100) est déterminé en fonction d’un débit massique des effluents gazeux.The method of claim 4, wherein the mass flow rate of neutral gas in at least the first furnace (100) is determined as a function of a mass flow rate of the gaseous effluents. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le deuxième four (100, 300) est alternativement reliés à un premier piège à froid et à un deuxième pièges à froid chacun configurés pour condenser les effluents gazeux dégagés par chaque préforme lors du deuxième traitement de carbonisation, le procédé comprenant une étape de nettoyage du premier piège à froid lorsque le deuxième piège à froid est relié au deuxième four et inversement.Method according to any one of claims 1 to 5, in which the second furnace (100, 300) is alternately connected to a first cold trap and to a second cold trap each configured to condense the gaseous effluents released by each preform during the second carbonization treatment, the method comprising a step of cleaning the first cold trap when the second cold trap is connected to the second furnace and vice versa. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, lors des premier et deuxième traitements de carbonisation, le chargement traverse successivement une pluralité de zones de chauffage (Z1-Z6, Z7-Z14) présentes respectivement dans les premier et deuxième fours (100, 200), une température de chauffage augmentant progressivement jusqu’à une température de chauffage maximale entre une première zone de chauffage (Z1, Z7) de la pluralité de zones de chauffage et une dernière zone de chauffage (Z6, Z14) de ladite pluralité de zones de chauffage.A method according to any one of claims 1 to 6, wherein, during the first and second carbonization treatments, the charge successively passes through a plurality of heating zones (Z 1 -Z 6 , Z 7 -Z 14 ) present respectively in the first and second furnaces (100, 200), a heating temperature gradually increasing to a maximum heating temperature between a first heating zone (Z 1 , Z 7 ) of the plurality of heating zones and a last heating zone (Z 6 , Z 14 ) of said plurality of heating zones. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, lors du premier traitement de carbonisation, la température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage (Z6) de ladite pluralité de zones de chauffage (Z1-Z6) est comprise entre 700°C et 1000°C et dans lequel la vitesse de montée en température entre la première zone de chauffage et la dernière zone de chauffage (Z6) de ladite pluralité de zones de chauffage étant inférieure à 400°C/h.A method according to claim 7, wherein, during the first carbonization treatment, the maximum heating temperature in the last heating zone (Z 6 ) of said plurality of heating zones (Z 1 -Z 6 ) is between 700°C and 1000°C and wherein the temperature rise rate between the first heating zone and the last heating zone (Z 6 ) of said plurality of heating zones is less than 400°C/h. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel, lors du deuxième traitement de carbonisation, la température de chauffage maximale dans la dernière zone de chauffage (Z14) de ladite pluralité de zones de chauffage (Z7-Z14) est comprise entre 1500°C et 2600°C et dans lequel la vitesse de montée en température entre la première zone de chauffage et la dernière zone de chauffage (Z14) de ladite pluralité de zones de chauffage étant inférieure à 1500°C/h.A method according to claim 7 or 8, wherein, during the second carbonization treatment, the maximum heating temperature in the last heating zone (Z 14 ) of said plurality of heating zones (Z 7 -Z 14 ) is between 1500°C and 2600°C and wherein the temperature rise rate between the first heating zone and the last heating zone (Z 14 ) of said plurality of heating zones is less than 1500°C/h. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, le procédé comprenant en outre, après l’étape de deuxième traitement de carbonisation et avant l’étape de transfert du chargement dans un troisième sas étanche (40), une étape de refroidissement de chaque préforme dudit chargement.Method according to any one of claims 1 to 9, the method further comprising, after the second carbonization treatment step and before the step of transferring the load into a third sealed airlock (40), a step of cooling each preform of said load. Procédé de fabrication de pièce en matériau composite carbone-carbone comprenant les étapes suivantes :
- traitement thermique de préformes en matériau précurseur de carbone conformément au procédé tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 à 10,
- densification des préformes par une matrice carbone de manière à obtenir des ébauches de pièces,
- traitement haute température des ébauches de pièces
Method for manufacturing a part in carbon-carbon composite material comprising the following steps:
- heat treatment of preforms made of carbon precursor material in accordance with the method as defined in any one of claims 1 to 10,
- densification of preforms by a carbon matrix in order to obtain rough parts,
- high temperature treatment of part blanks
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