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WO2024161078A1 - Preforme pour densification cvi a flux dirige - Google Patents

Preforme pour densification cvi a flux dirige Download PDF

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Publication number
WO2024161078A1
WO2024161078A1 PCT/FR2024/050086 FR2024050086W WO2024161078A1 WO 2024161078 A1 WO2024161078 A1 WO 2024161078A1 FR 2024050086 W FR2024050086 W FR 2024050086W WO 2024161078 A1 WO2024161078 A1 WO 2024161078A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
preform
preforms
groove
fibrous
face
Prior art date
Application number
PCT/FR2024/050086
Other languages
English (en)
Inventor
Stéphane Roger André GOUJARD
Original Assignee
Safran Ceramics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Ceramics filed Critical Safran Ceramics
Publication of WO2024161078A1 publication Critical patent/WO2024161078A1/fr

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/023—Composite materials containing carbon and carbon fibres or fibres made of carbonizable material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5252—Fibers having a specific pre-form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94—Products characterised by their shape
    • C04B2235/945—Products containing grooves, cuts, recesses or protusions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/64—Forming laminates or joined articles comprising grooves or cuts

Definitions

  • the invention relates to the field of preforms for the manufacture of composite materials, and more particularly those densified by directed flow chemical vapor infiltration processes.
  • thermostructural composite materials are remarkable for their high mechanical properties and their ability to maintain these properties at high temperatures.
  • Typical examples of such thermostructural composite materials are carbon/carbon composites comprising a porous substrate densified by a carbon matrix and ceramic matrix composites comprising a porous substrate densified by a ceramic matrix.
  • Chemical vapor infiltration densification processes are known.
  • One or more porous substrates are placed inside an enclosure.
  • a gas phase comprising one or more precursors of the material constituting the matrix is introduced into the enclosure.
  • the temperature and pressure conditions are adjusted to allow the gas phase to diffuse within the porosity of the substrates in order to deposit the material constituting the matrix there by decomposition of a constituent of the gas phase or by reaction between several constituents.
  • the wedges can be made of Inconel or composite material and they make it possible to ensure the conditions of circulation of the reactive gas phase in the substrates under the desired pressure conditions and to ensure that the substrates do not are not in contact with each other.
  • the spacers placed between each of the preforms represent a significant loss of space in the densification oven.
  • thermomechanical characteristics of composite material parts are sufficient to make them competitive despite a costly and complex manufacturing process, but improvement of the manufacturing processes for such parts is still sought.
  • the invention aims precisely at improving existing directed flow chemical vapor infiltration processes, and proposes new preforms making it possible to avoid the use of spacers, which allows space to be saved in the densification furnace.
  • the invention concerns, according to a first of its aspects, an annular fibrous preform extending between an internal edge and an external edge characterized in that it comprises at least one through groove on at least one face.
  • a through groove is understood to be a groove made on the face of the preform and extending from its internal edge to its external edge.
  • openings are usually provided in the spacer blocks between the internal space of the stack of preforms and the external space.
  • the dimensions of the densified parts must be adapted precisely to their final applications, for example their arrangements in a heat sink in the case where they are used as a friction member, for example for a disc of brake.
  • the preforms of the invention make it possible to obtain parts made of composite material in all point identical to those of the processes of the prior art, but with a simplified process.
  • the through groove(s) are straight grooves, i.e. the width of the groove is constant over the entire length of the groove, from the inner edge to the outer edge.
  • the recess created by a through groove on the face of the fiber preform may be rectangular in shape.
  • the preform comprises a plurality of through grooves on at least one of its faces.
  • the preform may comprise a plurality of through grooves distributed angularly over the entire face of the fibrous preform.
  • At least one through groove is present on each of the faces of the fibrous preform.
  • grooves are present on several faces, they may be identical or different.
  • the through groove(s) have a variable width between the internal edge and the external edge. This embodiment makes it possible to more precisely adjust the geometry of the opening to the desired flow of the densification gas phase passing through the through groove.
  • the edges of the groove(s) can be aligned with a radial direction of the preform.
  • the thickness of the preform varies depending on whether it is measured at a location where a through groove is present on the surface of the preform or at a location where a groove is not present. We can thus define the smallest thickness of the preform and the greatest thickness of the preform.
  • the smallest thickness of the preform is greater than or equal to 75% of the greatest thickness of the preform.
  • Such an embodiment makes it possible to ensure that the grooves assume the role usually assigned to the spacers while guaranteeing that they allow a gain in the size of the stack of preforms compared to the preforms of the prior art stacked with the spacers.
  • the thickness of the preform can be greater than or equal to 15 mm, or even 20 mm.
  • the portion without through grooves can extend over at least 75% of the thickness of the preform.
  • the through groove(s) have a width less than or equal to 20 mm.
  • the groove may have a width greater than or equal to 10 mm and less than or equal to 20 mm.
  • the width of the groove can increase from the internal edge of the preform to the external edge of the preform.
  • the quantity of material to be removed after densification is reduced, which facilitates machining.
  • the width of the groove can decrease from the internal edge of the preform to the external edge of the fibrous preform.
  • the through groove(s) have a depth less than or equal to 2.5 mm. This depth ensures that the groove has a depth less than the thickness of preform removed during final machining.
  • the thickness of the fibrous preform removed is less than or equal to 5 mm, for example between 2.8 mm and 3.2 mm, or even equal to 3 mm.
  • one face of the fibrous preform comprising a through groove may further comprise a circular groove on this face of the fibrous preform, the circular groove being in contact with the internal edge.
  • the through grooves are therefore located between the circular groove and the external edge of the fibrous preforms. In other words, the through grooves open into the groove.
  • This embodiment makes it possible to avoid the deposition of pyrocarbon on the internal diameter of the preform which can form a blister at the end of the process as has been observed for preforms not having such a furrow.
  • a face of the preform comprising a through groove may further comprise a circular groove on a face of the preform comprising a through groove, the circular groove being in contact with the external edge.
  • the through grooves are therefore located between the circular groove and the internal edge of the preforms.
  • This embodiment makes it easier to disassemble the stacks of preforms after carrying out a densification process.
  • the circular furrows in contact with the internal and/or external edge may have a depth less than or equal to 2.5 mm, and a width less than or equal to 5 mm. .
  • the grooves can be present on one side or on both sides of the preform.
  • the annular fibrous preform may be a preform comprising silicon carbide SiC fibers or carbon fibers.
  • the fibrous preform is a friction part preform, for example a brake disc preform for an aircraft.
  • the fibrous preform is a preform for a friction part, for example a brake disc for an aircraft, and the surface(s) comprising grooves are intended to form the external face(s) of said part. friction.
  • At least the face of the preform which initially comprises grooves is intended to form an external face of a friction part.
  • the annular fibrous preform has an internal diameter of between 15 and 25 cm, an external diameter of between 40 and 50 cm and a thickness of between 20 and 30 mm.
  • the invention relates to a method of manufacturing an annular fibrous preform extending between an internal edge and an external edge, said preform comprising at least one through groove on at least one face, said method comprising at least the following steps:
  • the preform can be precisely sculpted, and the fibrous nature of the preform is not enough for it to return to its initial shape.
  • step (a) of hardening the preform can be carried out by impregnation with a hardening compound, for example polyvinyl alcohol (often called PVA), polyethylene glycol (often called PEG) or a mixture of these compounds.
  • a hardening compound for example polyvinyl alcohol (often called PVA), polyethylene glycol (often called PEG) or a mixture of these compounds.
  • hardening step (a) can be carried out by dipping the preform in a bath comprising a hardening compound, then possibly passing it through an oven.
  • hardening step (a) can be carried out by impregnating the face(s) of the preform to be sculpted with a hardening compound, for example by means of a spray.
  • Such an embodiment allows the use of a reduced quantity of hardening compound, which lowers the overall cost of the process.
  • step (a) of hardening the preform can be broken down into two sub-steps (al) and (a2).
  • step (a) may comprise at least the following steps:
  • step (a2) of the preform saturated with humidity during step (al) allows the moisture introduced to freeze and consequently harden the preform.
  • Such an embodiment is particularly preferred because it avoids the use of chemical compounds, which makes the process more ecological.
  • step (b) of sculpting the fibrous preform the humidity saturating the preform will require simple steaming in order to have dry preforms before introducing them into the densification oven.
  • step (b) can be carried out using a cutting object or by abrasion, for example by grinding. All of steps (a) and (b) make it possible to obtain a preform as described above, and having at least one through groove.
  • the invention further relates to a stack of a plurality of fibrous preforms each being such as they have just been described.
  • Such a stack has the advantage of being able to be introduced into a densification enclosure without requiring the positioning of spacers between the fibrous preforms, unlike the methods of the prior art.
  • the invention relates to a method of manufacturing a part made of composite material comprising at least the following steps:
  • the method of the invention makes it possible to avoid the use of spacers, unlike the directed flow chemical vapor infiltration processes of the prior art.
  • the stack of annular fibrous preforms comprises annular fibrous preforms directly in contact with each other.
  • the stack of annular fibrous preform can be a stack of preforms which has just been described.
  • the absence of the wedges may represent an increase in the number of preforms impregnated during a complete densification cycle of at least 7.5%, or even between 7.5 and 15%.
  • the absence of spacers allows, for a process of the invention, a substantial saving of space in the oven.
  • the groove(s) present on the face of the fibrous preforms make it possible to fulfill the role usually assigned to spacers.
  • all the preforms of the stack conform to those described above. Such a characteristic is however not necessary and it may be advantageous to have the usual annular fibrous preforms, that is to say without through grooves, in order to optimize the pressure difference between the inside and the outside. preforms, this being a function of the dimensions and the number of grooves present in the final stack.
  • spacers for example made of ceramic material, may be present at the top and bottom of the stack of preforms.
  • Such spacers make it possible to avoid any sticking of the preforms at the ends of the stack with elements of the oven, for example trays on which the preforms are arranged.
  • Step (d) of separating the preforms can be carried out in different ways.
  • separation step (d) can be carried out by means of mechanical separation.
  • separation step (d) can be carried out by a mechanical cutting operation, for example by means of a saw, for example a circular saw of sufficient diameter or a saw whose blade moves back and forth.
  • the mechanical cutting step allows easy separation of the preforms, and does not damage the preform to a thickness greater than that which will be taken up during the final machining step (e).
  • steps (d) and (e) it is possible to carry out steps (d) and (e) using a single cutting step, but with a saw whose blade has a thickness corresponding to the thickness to be removed. between two preforms.
  • step (d) of separating the fibrous preforms can be carried out is a heat treatment step carried out at a temperature greater than or equal to 1600 °C, preferably greater than or equal to
  • step (d) of separating the preforms is particularly preferred, insofar as heat treatment at high temperature is recommended to finalize the production of composite material parts.
  • a heat treatment at high temperature makes it possible to cause a withdrawal of the matrix formed on the faces of the fibrous preform, which causes the separation of two successive preforms of a stack which are attached to each other. the other during the chemical vapor infiltration process due to the deposition of reactive gas phase on their respective faces. In the case where the preforms are not completely separated, their adhesion is sufficiently reduced for a moderate mechanical effort to complete the separation.
  • separation step (d) may be a mechanical separation step followed by a heat treatment carried out at a temperature greater than or equal to 1600°C, preferably greater than or equal to 2000°C. vs.
  • the method of manufacturing a part made of composite material finally comprises a step (e) of machining the face of the preform.
  • step (e) makes it possible to machine the faces of the fibrous preform to a thickness of more than 3.0 mm, for example between 3.0 mm and 5.0 mm.
  • This machining step (e) makes it possible to remove the face of the preforms which has been in contact with the reactive gas phase of the chemical vapor infiltration process and thus ensures good homogeneity of the properties of the material parts. composites obtained from the end of the process by removing the part most exposed to the reactive gas phase. In addition, this step (e) makes it possible to bring the parts into compliance with the desired dimensional tolerances to allow their assembly within the heat sinks.
  • the part made of composite material comprises carbon fibers and a carbon matrix.
  • the part made of composite material is a friction part, for example a brake disc for an aircraft.
  • Figure 1 schematically represents an installation for carrying out a directed flow chemical vapor infiltration process.
  • Figure 2 schematically represents a fibrous preform of the invention in one embodiment of the invention.
  • Figure 3 schematically represents a fibrous preform of the invention in one embodiment of the invention.
  • Figure 4 schematically represents a stack of fibrous preforms for carrying out a process of the invention.
  • Figure 5 schematically represents a fiber preform of the invention in one embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a flowchart comprising the steps of a process for manufacturing a part made of composite material according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a densification installation by chemical infiltration in the gas phase 100, the loading zone 140 of which is delimited by a cylindrical side wall 101, a bottom wall 102 and an upper wall 103.
  • Substrates to be densified 130 can be arranged in the loading zone 140 in a plurality of annular vertical stacks 131 which rest on a loading plate 120. This comprises a plurality of passages 121 aligned with the internal volumes 130a of the batteries and each battery is closed at its upper part by a cover 132.
  • the stacks 131 of substrates 130 rest on the loading tray 120 and can be divided into several superimposed sections separated by one or more intermediate trays 122 having central passages 122a aligned with those of the substrates 130.
  • FIG. 1 shows stacks 131 in which the fiber preforms 130 are in direct contact with each other.
  • each stack of substrates 131 comprises at least one preform as described and comprising through grooves, which ensures fluid communication between the internal volumes 130a and the external volume 141, and makes it possible to dispense with the spacers usually used.
  • the dimensions of the through grooves of the preforms 130 of the invention can be chosen so as to substantially balance the pressure between the volumes 130a and 141.
  • a gas flow represented by arrows, containing one or more gaseous precursors of the material constituting the matrix, is admitted into the furnace through an inlet orifice 104 delimited by a pipe 106.
  • the gas phase is then conveyed through the passages 121 of the loading tray 120 into the internal volumes 130a of the stacks 131.
  • the gas phase then passes into the volume 141 external to the stacks inside the loading zone 140.
  • the effluent gas is extracted through a passage 105 formed in the upper wall 103, the passage 105 being connected by a pipe 107 to suction means, such as a vacuum pump (not shown).
  • the gas phase can pass through a preheating zone, for example placed between the inlet orifice 104 and the loading plate. [0119] In the embodiment shown, the gas phase simply enters a distribution zone 170, which allows good distribution of the phase between the different internal volumes 130a of the stacks 131 of preforms 130.
  • the heating means 110 of the installation is an induction heating element. More precisely, the cylindrical side wall 101 delimiting the loading zone 140 constitutes an armature, or susceptor, for example made of graphite, which is coupled with an inductor 108 located outside the oven and formed of at least one coil of induction. An insulator 109 is interposed between the inductor 108 and the wall 101. In a well-known manner, heating of the oven is ensured by heating the armature 101 when the inductor 108 is supplied with an alternating voltage. For this purpose, the coil(s) of the inductor are connected to an alternating voltage generator (not shown).
  • the magnetic field created by the inductor 108 induces in the wall 101 (susceptor) an electric current which causes the latter to heat up by the Joule effect, the elements present inside the wall 101 being heated by radiation.
  • the heating means 110 of the installation 100 can be provided by other means such as electric heating means consisting for example of heating resistors embedded in the wall 101.
  • Figure 2 shows an annular fibrous preform in a first embodiment of the invention.
  • the annular fibrous preform 200 comprises an internal edge 220 and an external edge 230.
  • the preform 200 has a circular shape.
  • the preform further comprises two flat faces 210 and 240 which will be called upper face 210 and lower face 240 respectively.
  • upper face 210 and lower face 240 respectively.
  • this name is in no way limiting.
  • the preform 200 includes through grooves 212 on its upper face 210.
  • the through grooves 212 are straight grooves, but this is not limiting to the invention.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of a preform 200 according to the invention.
  • the preform includes grooves 212 on both its upper face 210 and its lower face 240.
  • the through grooves 212 are identical on both faces but this is not necessary.
  • the through groove 212 passes through the preform from the upper face 210 to the lower face 240. Indeed, and as shown, the groove(s) throughs pass through the preform 200 from the internal edge 220 to the external edge 230.
  • the preforms can also be arranged so that the through grooves do not face each other.
  • the two fibrous preforms correspond to preforms 200 according to Figure 2, the through grooves of which have been arranged facing each other.
  • the two upper faces 210 of the preforms are arranged in contact with each other.
  • a single channel is formed by the union of the through grooves 212 of the two preforms, allowing fluid communication between the interior of the preforms and the exterior of the preforms 200.
  • Figure 5 represents a preform in one embodiment of the invention.
  • the preform 200 comprises a circular groove 250 at the level of the internal edge 220 on the upper face 210 of the preform.
  • the through grooves 212 then extend between the circular groove 250 and the external edge 230.
  • the circular groove 250 is obtained on the face of the preform 200 at the same time and in the same manner as the through grooves 212.
  • Figure 6 represents in the form of a flow chart the different stages of a process for manufacturing a part made of composite material.
  • Step (a) is a step of hardening the fibrous preform.
  • Step (b) is a step of sculpting the hardened preform.
  • Step (c) is a step of densifying a stack of preforms by a directed flow chemical vapor infiltration process.
  • the process can be carried out with a reactive gas phase comprising for example methane, ethane, propane, butane or a mixture of these gases, the reactive gas phase optionally comprising a neutral carrier gas, for example argon.
  • a reactive gas phase comprising for example methane, ethane, propane, butane or a mixture of these gases, the reactive gas phase optionally comprising a neutral carrier gas, for example argon.
  • the chemical vapor infiltration process can be carried out in an enclosure at a temperature of between 950 and 1050° C. for a period of between 100 and 800 hours.
  • the method may further comprise a step (d) of separating the densified preforms obtained at the end of the chemical vapor infiltration process.
  • this step can be carried out by mechanical cutting or by means of heat treatment at high temperature.
  • Such a step (d) can be carried out by heat treatment at a temperature greater than or equal to 2000° C. for more than 60 minutes.
  • step (e) is a step of machining the faces of the densified parts. Machining is typically carried out in order to grind the lower and upper faces of densified parts.
  • such a step (e) can be carried out by grinding the face of the preform 200.
  • Machining (e) may aim to remove a thickness from the face of the preform of between 2.0 and 5.0 mm.
  • the parts made of composite material obtained at the end of the process which has just been described can be parts of carbon/carbon composite material, for example friction parts, or even brake discs.

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Abstract

L'invention concerne une préforme fibreuse annulaire (200) s'étendant ente un bord interne (220) et un bord externe (230) caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une rainure traversante (212) sur au moins une face (210, 240).

Description

Description
Titre de l'invention : Préforme pour densification CVI à flux dirigé
Domaine Technique
[0001] L'invention concerne le domaine des préformes pour la fabrication de matériaux composites, et plus particulièrement celles densifiées par des procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.
Technique antérieure
[0002] Les matériaux composites thermostructuraux sont remarquables par leurs propriétés mécaniques élevées et leur capacité à conserver ces propriétés à haute température. Des exemples typiques de tels matériaux composites thermostructuraux sont les composites carbone/carbone comprenant un substrat poreux densifié par une matrice de carbone et les composites à matrice céramique comprenant un substrat poreux densifié par une matrice céramique.
[0003] Les procédés de densification par infiltration chimique en phase vapeur sont connus. Un ou plusieurs substrats poreux sont placés à l'intérieur d'une enceinte. Une phase gazeuse comprenant un ou plusieurs précurseurs du matériau constitutif de la matrice est introduite dans l'enceinte. Les conditions de température et de pression sont ajustées pour permettre à la phase gazeuse de diffuser au sein de la porosité des substrats afin d'y déposer le matériau constitutif de la matrice par décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou par réaction entre plusieurs constituants.
[0004] Les procédés de densification de substrats poreux nécessitent d'atteindre des températures élevées, et afin d'augmenter la productivité du processus, il est souvent considéré de densifier de nombreux substrats poreux dans une même enceinte de densification. Dans le cas de substrats poreux annulaires, il est généralement considéré de les introduire dans les enceintes de densification sous forme de piles, les substrats ayant tous leurs passages centraux alignés verticalement et chacun des substrats étant séparé des substrats adjacents par des cales d'espacement.
[0005] De manière connue, les cales peuvent être réalisées en inconel ou en matériau composite et elles permettent d'assurer les conditions de circulation de la phase gazeuse réactive dans les substrats dans les conditions de pression souhaitées et d'assurer que les substrats ne soient pas en contact les uns avec les autres. [0006] Toutefois, les cales d'espacement disposées entre chacune des préformes représentent une perte de place importante dans le four de densification.
[0007] Les caractéristiques thermomécaniques très avantageuses des pièces en matériaux composites suffisent à les rendre compétitives malgré un procédé de fabrication coûteux et complexe, mais l'amélioration des procédés de fabrication de telles pièces est toujours recherchée.
Exposé de l'invention
[0008] L'invention vise précisément à l'amélioration des procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé existants, et propose de nouvelles préformes permettant d'éviter l'utilisation de cales d'espacement, ce qui permet un gain de place dans le four de densification.
[0009] L'invention concerne selon un premier de ses aspects, une préforme fibreuse annulaire s'étendant entre un bord interne et un bord externe caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une rainure traversante sur au moins une face.
[0010] Au sens de l'invention, une rainure traversante s'entend comme une gorge pratiquée sur la face de la préforme et s'étendant de son bord interne à son bord externe.
[0011] Du fait de la présence de l'au moins une rainure traversante, lorsqu'une préforme annulaire selon l'invention est empilée avec une autre préforme annulaire, selon l'invention ou non, l'espace interne de l'empilement et l'espace externe restent en communication fluidique.
[0012] La présence de la rainure permet donc d'utiliser les préformes dans des empilements pour des fours classiques de procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé en s'affranchissant de la présence des cales d'espacement.
[0013] En effet, dans les procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé, il est habituellement ménagé, dans les cales d'espacement, des ouvertures entre l'espace interne de l'empilement de préformes et l'espace externe.
[0014] De telles ouvertures permettent d'assurer une différence de pression contrôlée entre l'espace externe et l'espace interne des préformes fibreuses.
[0015] Il est du mérite des inventeurs d'avoir envisagé que la présence des rainures directement sur les préformes fibreuses permet néanmoins d'obtenir des pièces aux caractéristiques thermomécaniques et à la forme identiques à celles des procédés de l'art antérieur, tout en s'affranchissant des cales d'espacement. [0016] En effet, de manière classique, les faces externes des préformes sont usinées après le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur, car ces faces ont été en contact de la phase gazeuse et n'ont pas exactement les mêmes propriétés que le cœur des préformes.
[0017] En outre, les dimensions des pièces densifiées doivent être adaptées précisément à leurs applications définitives, par exemple leurs dispositions dans un puits de chaleur dans le cas où elles sont utilisées en tant qu'organe de frottement, par exemple pour un disque de frein.
[0018] Ainsi, et en particulier dans un mode de réalisation où les rainures ont des dimensions inférieures à l'épaisseur de matière ôtée par l'usinage final, les préformes de l'invention permettent l'obtention de pièces en matériau composite en tout point identiques à celles des procédés de l'art antérieur, mais avec un procédé simplifié.
[0019] Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes sont des rainures droites, c'est-à-dire que la largeur de la rainure est constante sur toute la longueur de la rainure, du bord interne au bord externe. Par exemple, l'évidemment créé par une rainure traversante sur la face de la préforme fibreuse peut être de forme rectangulaire.
[0020] Dans un mode de réalisation, la préforme comprend une pluralité de rainures traversantes sur au moins l'une de ses faces.
[0021] Par exemple, la préforme peut comprendre une pluralité de rainures traversantes réparties angulairement sur toute la face de la préforme fibreuse.
[0022] Des rainures traversantes seront dites « réparties angulairement » si l'angle que forment les directions de deux rainures voisines est identique pour toutes les rainures présentes sur la face de la préforme fibreuse.
[0023] Dans un mode de réalisation, au moins une rainure traversante est présente sur chacune des faces de la préforme fibreuse.
[0024] Dans le cas où des rainures sont présentes sur plusieurs faces, elles peuvent être identiques ou différentes.
[0025] Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes ont une largueur variable entre le bord interne et le bord externe. Ce mode de réalisation permet d'ajustement plus précisément la géométrie de l'ouverture à l'écoulement souhaité de la phase gazeuse de densification passant par la rainure traversante.
[0026] Par exemple, les bords de la ou des rainures peuvent être alignés avec une direction radiale de la préforme. [0027] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur de la préforme varie selon qu'elle est mesurée en un endroit où une rainure traversante est présente à la surface de la préforme ou en un endroit où une rainure n'est pas présente. On peut ainsi définir la plus petite épaisseur de la préforme et la plus grande épaisseur de la préforme.
[0028] Dans un mode de réalisation, la plus petite épaisseur de la préforme est supérieure ou égale à 75% de la plus grande épaisseur de la préforme.
[0029] Un tel mode de réalisation permet d'assurer que les rainures assument le rôle habituellement dévolu aux cales d'espacement tout en garantissant qu'elles permettent un gain sur la taille de l'empilement de préformes comparativement aux préformes de l'art antérieur empilées avec les cales d'espacement.
[0030] Dans un mode de réalisation, même aux endroits où l'épaisseur de la préforme est la plus petite, l'épaisseur de la préforme peut être supérieure ou égale 15 mm, voire à 20 mm.
[0031] Cela assure qu'une fois l'usinage final réalisé, la pièce obtenue ait des dimensions suffisantes pour une application en tant que pièce de friction, par exemple de disque de frein.
[0032] Dans un tel mode de réalisation, la portion dépourvue de rainures traversantes peut s'étendre sur au moins 75% de l'épaisseur de la préforme.
[0033] Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes ont une largeur inférieure ou égale à 20 mm.
[0034] Dans le cas où la ou les rainures traversantes ont une largeur variable, la rainure peut avoir une largeur supérieure ou égale à 10 mm et inférieure ou égale à 20 mm.
[0035] Dans un mode de réalisation, la largeur de la rainure peut être croissante du bord interne de la préforme au bord externe de la préforme.
[0036] Dans ce mode de réalisation, la quantité de matière à retirer après la densification est diminuée, ce qui facilite l'usinage.
[0037] Dans un mode de réalisation, la largeur de la rainure peut être décroissante du bord interne de la préforme au bord externe de la préforme fibreuse.
[0038] Dans un mode de réalisation, la ou les rainures traversantes ont une profondeur inférieure ou égale à 2,5 mm. [0039] Cette profondeur assure que la rainure ait une profondeur inférieure à l'épaisseur de préforme retirée lors de l'usinage final.
[0040] Dans un mode de réalisation, l'épaisseur de préforme fibreuse retirée est inférieure ou égale à 5 mm, par exemple comprise entre 2,8 mm et 3,2 mm, voire égale à 3 mm.
[0041] Dans un mode de réalisation, une face de la préforme fibreuse comprenant une rainure traversante peut comprendre en outre un sillon circulaire sur cette face de la préforme fibreuse, le sillon circulaire étant au contact du bord interne.
[0042] Lorsqu'un tel sillon est présent les rainures traversantes sont donc situées entre le sillon circulaire et le bord externe des préformes fibreuses. En d'autres termes, les rainures traversantes débouchent dans le sillon.
[0043] Ce mode de réalisation permet d'éviter le dépôt de pyrocarbone sur le diamètre interne de la préforme qui peut former une boursouflure en fin de procédé ainsi que cela a pu être observé pour des préformes ne présentant pas un tel sillon.
[0044] Dans un mode de réalisation, une face de la préforme comprenant une rainure traversante peut comprendre en outre un sillon circulaire sur une face de la préforme comprenant une rainure traversante, le sillon circulaire étant au contact du bord externe.
[0045] Lorsqu'un tel sillon est présent les rainures traversantes sont donc situées entre le sillon circulaire et le bord interne des préformes.
[0046] Ce mode de réalisation permet de faciliter le désassemblage des piles de préformes après la réalisation d'un procédé de densification.
[0047] S'il est ou s'ils sont présent(s) les sillons circulaires au contact du bord interne et/ou externe peuvent avoir une profondeur inférieure ou égale à 2,5 mm, et une largeur inférieure ou égale à 5 mm.
[0048] De même que pour les rainures traversantes, les sillons peuvent être présents sur une seule face ou sur les deux faces de la préforme.
[0049] Les inventeurs ont en outre constaté que ces dimensions permettaient une bonne circulation de la phase gazeuse dans un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.
[0050] De préférence, la préforme fibreuse annulaire peut être une préforme comprenant des fibres de carbure de silicium SiC ou des fibres de carbone. [0051] Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse est une préforme de pièce de friction, par exemple une préforme de disque de frein pour aéronef.
[0052] Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse est une préforme de pièce de friction, par exemple de disque de frein pour aéronef, et la ou les surfaces comprenant des rainures sont destinées à former la ou les faces externes de ladite pièce de friction.
[0053] En d'autres termes, au moins la face de la préforme qui comprend initialement des rainures est destinée à former une face externe d'une pièce de friction.
[0054] Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse annulaire présente un diamètre interne compris entre 15 et 25 cm, un diamètre externe compris entre 40 et 50 cm et une épaisseur comprise entre 20 et 30 mm.
[0055] Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une préforme fibreuse annulaire s'étendant entre un bord interne et un bord externe, ladite préforme comprenant au moins une rainure traversante sur au moins une face, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) une étape de durcissement de la préforme fibreuse annulaire ; puis
(b) une étape de sculpture d'au moins une rainure traversante sur au moins une face de la préforme durcie.
[0056] De manière inattendue, les inventeurs ont constaté qu'il était possible de sculpter simplement les rainures sur la préforme sous réserve d'opérer une première étape (a) de durcissement de la préforme.
[0057] En effet, la sculpture de la préforme a lieu avant densification de celle-ci et la préforme présente alors une faible tenue mécanique. Il n'est donc pas possible de sculpter les rainures sur la face de la préforme sans précautions particulières du fait de la faible tenue mécanique de celle-ci.
[0058] Toutefois, une fois durcie, la préforme peut être sculptée précisément, et la nature fibreuse de la préforme ne lui suffit pas pour reprendre sa forme initiale.
[0059] Dans un mode de réalisation, l'étape (a) de durcissement de la préforme peut être réalisée par imprégnation d'un composé durcissant, par exemple de l'alcool polyvinylique (souvent dénommé PVA), de polyéthylène glycol (souvent dénommé PEG) ou un mélange de ces composés. [0060] Par exemple, l'étape (a) de durcissement peut être réalisée par trempage de la préforme dans un bain comprenant un composé durcissant, puis éventuellement un passage à l'étuve.
[0061] De manière alternative, l'étape (a) de durcissement peut être réalisée par imprégnation de la ou des faces de la préforme à sculpter par un composé durcissant, par exemple au moyen d'un spray.
[0062] Un tel mode de réalisation permet l'utilisation d'une quantité diminuée de composé durcissant, ce qui abaisse le coût général du procédé.
[0063] Dans les deux cas précédents, l'utilisation d'un agent durcissant permet une préparation de la préforme relativement simple.
[0064] En particulier, il n'est pas nécessaire de traiter la préforme durcie sculptée pour éliminer l'agent durcissant, puisque la température nécessaire à l'étape ultérieure de densification de la préforme sera suffisante pour obtenir l'élimination par pyrolyse du composé durcissant, que celui-ci imprègne tout ou seulement une partie de la préforme.
[0065] Dans un mode de réalisation, l'étape (a) de durcissement de la préforme peut être décomposée en deux sous-étapes (al) et (a2).
[0066] Dans un mode de réalisation, l'étape (a) peut comprendre au moins les étapes suivantes :
(al) une étape de saturation de la préforme fibreuse annulaire par de l'humidité ; puis (a2) une étape de durcissement de la préforme par abaissement de la température au- dessous de 0°C, de préférence inférieure ou égale à -5°C, par exemple égale à -5°C.
[0067] L'abaissement de la température au cours de l'étape (a2) de la préforme saturée en humidité au cours de l'étape (al) permet le gel de l'humidité introduite et en conséquence le durcissement de la préforme.
[0068] Un tel mode de réalisation est particulièrement préféré car il évite l'utilisation de composés chimiques, ce qui rend le procédé plus écologique.
[0069] En outre, après l'étape (b) de sculpture de la préforme fibreuse, l'humidité saturant la préforme nécessitera un simple étuvage afin de disposer de préformes sèches avant de les introduire dans le four de densification.
[0070] Dans un mode de réalisation et quelle que soit le mode de réalisation de l'étape (a), l'étape (b) peut être réalisée au moyen d'un objet coupant ou par abrasion, par exemple par meulage. [0071] L'ensemble des étapes (a) et (b) permet l'obtention d'une préforme telle qu'elle a été décrite plus haut, et présentant au moins une rainure traversante.
[0072] Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne en outre un empilement d'une pluralité de préformes fibreuses chacune étant telles qu'elles viennent d'être décrites.
[0073] Un tel empilement présente l'avantage de pouvoir être introduit dans une enceinte de densification sans nécessiter le positionnement de cales d'espacement entre les préformes fibreuses à la différence des procédés de l'art antérieur.
[0074] De la sorte, il est possible d'introduire plus de préformes dans l'enceinte de densification sans diminuer la qualité ou l'épaisseur des pièces obtenues après densification.
[0075] Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes :
(c) la densification par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé d'un empilement de préformes fibreuses annulaires, l'une au moins étant telle que décrite plus haut ; puis
(d) la séparation des préformes densifiées obtenues à l'issue du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé ; puis
(e) une étape d'usinage final des faces des préformes fibreuses densifiées.
[0076] Le procédé de l'invention permet d'éviter l'utilisation de cale d'espacement, à la différence des procédés d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigés de l'art antérieur.
[0077] Ainsi dans un mode de réalisation, l'empilement de préformes fibreuses annulaires comprend des préformes fibreuses annulaires directement au contact les unes des autres.
[0078] Dans un mode de réalisation, l'empilement de préforme fibreuse annulaire peut être un empilement de préformes qui vient d'être décrit.
[0079] Vu les dimensions habituelles d'un empilement de préformes, d'un four de densification pour un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur, et d'une cale de densification, l'absence des cales peut représenter une augmentation du nombre de préformes imprégnées au cours d'un cycle complet de densification d'au moins 7,5 %, voire entre 7,5 et 15 %. L'absence des cales d'espacement permet, pour un procédé de l'invention, un gain substantiel de place dans le four.
[0080] En effet, la ou les rainures présentes sur la face des préformes fibreuses permettent d'assurer le rôle habituellement dévolu aux cales d'espacement. [0081] Dans un mode de réalisation, toutes les préformes de l'empilement sont conformes à celles décrites plus haut. Une telle caractéristique n'est toutefois pas nécessaire et il peut être avantageux de disposer des préformes fibreuses annulaires habituelles, c'est-à-dire dépourvues de rainures traversantes, afin d'optimiser la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur des préformes, celle-ci étant fonction des dimensions et du nombre de rainures présentes dans l'empilement final.
[0082] Du fait de l'absence des cales d'espacement, la densification par le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur occasionne toutefois un collage entre elles des préformes d'un même empilement.
[0083] Il est du mérite des inventeurs d'avoir constaté qu'une séparation des préformes obtenues permettait néanmoins d'obtenir une pièce en matériau composite par un procédé globalement plus efficace que les procédés de l'art antérieur.
[0084] Dans un mode de réalisation, des cales d'espacement, par exemple en matériau céramique, peuvent être présentes en haut et en bas de l'empilement de préformes.
[0085] De telles cales d'espacement permettent en effet d'éviter tout collage des préformes aux extrémités de l'empilement avec des éléments du four, par exemple des plateaux sur lesquels sont disposés les préformes.
[0086] L'étape (d) de séparation des préformes peut être réalisée de différentes manières.
[0087] Dans un mode de réalisation, l'étape (d) de séparation peut être réalisée au moyen d'une séparation mécanique.
[0088] Par exemple, l'étape (d) de séparation peut être faite par une opération de découpe mécanique, par exemple au moyen d'une scie, par exemple une scie circulaire d'un diamètre suffisant ou d'une scie dont la lame est animée d'un mouvement de va-et-vient.
[0089] En effet, l'étape de découpe mécanique permet une séparation aisée des préformes, et n'endommage pas la préforme sur une épaisseur supérieure à celle qui sera reprise lors de l'étape (e) d'usinage final.
[0090] Dans un mode de réalisation, il est possible de réaliser les étapes (d) et (e) au moyen d'une unique étape de découpe, mais avec une scie dont la lame a une épaisseur correspondant à l'épaisseur à retirer entre deux préformes.
[0091] De manière alternative, les inventeurs ont constaté que l'étape (d) de séparation des préformes fibreuses peut être réalisée est une étape de traitement thermique réalisé à une température supérieure ou égale à 1600 °C, de préférence supérieure ou égale à
2000 °C.
[0092] Une telle étape (d) de séparation des préformes est particulièrement préférée, dans la mesure où un traitement thermique à haute température est recommandé pour finaliser l'obtention de pièces en matériau composite.
[0093] En effet un traitement thermique à haute température permet d'occasionner un retrait de la matrice formée sur les faces de la préforme fibreuse, ce qui occasionne la séparation de deux préformes successives d'un empilement qui se sont attachées l'une à l'autre au cours du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à cause du dépôt de phase gazeuse réactive sur leurs faces respectives. Dans le cas où les préformes ne sont pas complètements désolidarisées, leur adhésion est suffisamment diminuée pour qu'un effort mécanique modéré permette d'achever la séparation.
[0094] Dans un mode de réalisation, l'étape (d) de séparation peut être une étape de séparation mécanique suivie d'un traitement thermique réalisé à une température supérieure ou égale à 1600 °C, de préférence supérieure ou égale à 2000 °C.
[0095] Le procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprend enfin une étape (e) d'usinage de la face de la préforme.
[0096] En effet, la présence des rainures traversantes n'est pas souhaitée dans la pièce finale et il est donc nécessaire d'enlever les rainures de la pièce finale.
[0097] Il faut toutefois noter que cette étape n'introduit pas de complexité supplémentaire comparativement à des procédés de fabrication d'une pièce en matériau composite de l'art antérieur.
[0098] En effet, de manière classique, après leur obtention par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur les faces de pièces en matériau composite sont usinées, car les faces des préformes fibreuses ont été plus exposées à la phase gazeuse réactives lors du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur et n'ont donc pas les mêmes propriétés que celle du reste de la pièce.
[0099] Par exemple, l'étape (e) permet d'usiner les faces de la préforme fibreuse sur une épaisseur de plus de 3,0 mm par exemple entre 3,0 mm et 5,0 mm.
[0100] Cette étape (e) d'usinage permet d'ôter la face des préformes qui a été en contact avec la phase gazeuse réactive du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur et assure ainsi la bonne homogénéité des propriétés des pièces en matériaux composites obtenues à la fin du procédé en enlevant la partie la plus exposée à la phase gazeuse réactive. En outre, cette étape (e) permet de mettre les pièces en conformité avec les tolérances dimensionnelles souhaitées pour permettre leur assemblage au sein des puits de chaleur.
[0101] Dans un mode de réalisation du procédé de l'invention, la pièce en matériau composite comprend des fibres de carbone et une matrice de carbone.
[0102] Dans un mode de réalisation du procédé de l'invention, la pièce en matériau composite est une pièce de friction, par exemple un disque de frein pour aéronef.
[0103] Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.
Brève description des dessins
[0104] [Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement une installation pour la réalisation d'un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.
[0105] [Fig. 2] La figure 2 représente schématiquement une préforme fibreuse de l'invention dans un mode de réalisation de l'invention.
[0106] [Fig. 3] La figure 3 représente schématiquement une préforme fibreuse de l'invention dans un mode de réalisation de l'invention.
[0107] [Fig. 4] La figure 4 représente schématiquement un empilement de préformes fibreuses pour la réalisation d'un procédé de l'invention.
[0108] [Fig. 5] La figure 5 représente schématiquement une préforme fibreuse de l'invention dans un mode de réalisation de l'invention.
[0109] [Fig. 6] La figure 6 est un organigramme comprenant les étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite selon l'invention.
Description des modes de réalisation
[0110] L'invention est à présent décrite au moyen de figures, présentes à but descriptif pour illustrer certains modes de réalisation de l'invention et qui ne doivent pas être interprétées comme limitant cette dernière.
[0111] Un mode de réalisation d'une installation 100 pour l'infiltration chimique en phase vapeur de préformes poreuses est décrit en relation avec la figure 1. [0112] La figure 1 montre schématiquement une installation de densification par infiltration chimique en phase gazeuse 100, dont la zone de chargement 140 est délimitée par une paroi latérale cylindrique 101, une paroi de fond 102 et une paroi supérieure 103.
[0113] Des substrats à densifier 130, ici des préformes fibreuses annulaires, peuvent être disposés dans la zone de chargement 140 en une pluralité de piles verticales annulaires 131 qui reposent sur un plateau de chargement 120. Celui-ci comprend une pluralité de passages 121 alignés avec les volumes internes 130a des piles et chaque pile est obturée à sa partie supérieure par un couvercle 132.
[0114] De préférence, les piles 131 de substrats 130 reposent sur le plateau de chargement 120 et peuvent être divisées en plusieurs sections superposées séparées par un ou plusieurs plateaux intermédiaires 122 ayant des passages centraux 122a alignés avec ceux des substrats 130. La figure 1 montre des piles 131 dans lesquelles les préformes fibreuses 130 sont directement au contact les unes avec les autres. En effet, chaque pile de substrats 131 comprend au moins une préforme telle que décrite et comprenant des rainures traversantes, ce qui assure la communication fluidique entre les volumes internes 130a et le volume externe 141, et permet de s'affranchir des cales d'espacement habituellement utilisées.
[0115] Les dimensions des rainures traversantes des préformes 130 de l'invention peuvent être choisies de manière à équilibrer sensiblement la pression entre les volumes 130a et 141.
[0116] Un flux gazeux, représenté par des flèches, contenant un ou plusieurs précurseurs gazeux du matériau constitutif de la matrice, est admis dans le four à travers un orifice d'entrée 104 délimitée par une conduite 106.
[0117] La phase gazeuse est ensuite acheminée par les passages 121 du plateau de chargement 120 dans les volumes internes 130a des piles 131. La phase gazeuse passe ensuite dans le volume 141 externe aux piles à l'intérieur de la zone de chargement 140. Le gaz effluent est extrait par un passage 105 formé dans la paroi supérieure 103, le passage 105 étant relié par une conduite 107 à des moyens d'aspiration, tels qu'une pompe à vide (non représentée).
[0118] Dans un mode de réalisation, la phase gazeuse peut passer par une zone de préchauffage par exemple disposée entre l'orifice d'entrée 104 et le plateau de chargement [0119] Dans le mode de réalisation représenté, la phase gazeuse entre simplement dans une zone de répartition 170, laquelle permet une bonne répartition de la phase entre les différents volumes internes 130a des empilements 131 de préformes 130.
[0120] Dans l'exemple décrit ici, le moyen de chauffage 110 de l'installation est un élément de chauffage à induction. Plus précisément, la paroi latérale cylindrique 101 délimitant la zone de chargement 140 constitue un induit, ou suscepteur, par exemple en graphite, qui est couplé avec un inducteur 108 situé à l'extérieur du four et formé d'au moins une bobine d'induction. Un isolant 109 est interposé entre l'inducteur 108 et la paroi 101. De façon bien connue, le chauffage du four est assuré par réchauffement de l'induit 101 lorsque l'inducteur 108 est alimenté avec une tension alternative. A cet effet, la ou les bobines de l'inducteur sont reliées à un générateur de tension alternative (non représenté).
[0121] Le champ magnétique créé par l'inducteur 108 induit dans la paroi 101 (suscepteur) un courant électrique qui provoque par effet Joule réchauffement de cette dernière, les éléments présents à l'intérieur de la paroi 101 étant chauffés par rayonnement.
[0122] Le moyen de chauffage 110 de l'installation 100 peut être assuré par d'autres moyens tels que des moyens de chauffage électriques constitués par exemple de résistances chauffantes noyées dans la paroi 101.
[0123] La figure 2 présente une préforme fibreuse annulaire dans un premier mode de réalisation de l'invention.
[0124] La préforme fibreuse annulaire 200 comprend un bord interne 220 et un bord externe 230.
[0125] De préférence, et comme sur le mode ici représenté, la préforme 200 a une forme circulaire.
[0126] La préforme comprend en outre deux faces planes 210 et 240 qui seront dénommées respectivement face supérieure 210 et face inférieure 240. Toutefois, il faut comprendre que cette dénomination n'est aucunement limitative.
[0127] Sur le mode de réalisation de la figure 2, la préforme 200 comprend des rainures traversantes 212 sur sa face supérieure 210.
[0128] Ici les rainures traversantes 212 sont des rainures droites, mais cela n'est pas limitatif de l'invention.
[0129] La figure 3 représente un mode de réalisation alternatif d'une préforme 200 selon l'invention. [0130] Dans le mode de réalisation alternatif représenté sur la figure 3, la préforme comprend des rainures 212 à la fois sur sa face supérieure 210 et sur sa face inférieure 240.
[0131] Dans ce mode de réalisation, les rainures traversantes 212 sont identiques sur les deux faces mais cela n'est pas nécessaire.
[0132] Comme représenté sur les figures 2 et 3, il ne faut pas comprendre des termes employés que la rainure traversante 212 traverse la préforme de la face supérieure 210 à la face inférieure 240. En effet, et comme représenté, la ou les rainures traversantes traversent la préforme 200 du bord interne 220 au bord externe 230.
[0133] Dans un mode de réalisation alternatif à celui représenté en figure 4, on peut également disposer les préformes de sorte que les rainures traversantes en soient pas en regard les unes des autres.
[0134] Les deux préformes fibreuses correspondent à des préformes 200 selon la figure 2, dont les rainures traversantes ont été disposées en regard les unes des autres. En d'autres termes les deux faces supérieures 210 des préformes sont disposés au contact l'une de l'autre.
[0135] Dans le mode de réalisation représenté, un canal unique est formé par la réunion des rainures traversantes 212 des deux préformes, permettant la communication fluidique entre l'intérieur des préformes et l'extérieur des préformes 200.
[0136] Dans un mode de réalisation alternatif à celui représenté en figure 4, on peut également disposer deux préformes 200 de la manière représentée mais de sorte que les rainures traversantes d'une face ne soient pas en regard des rainures traversantes de l'autre face.
[0137] La figure 5 représente une préforme dans un mode de réalisation de l'invention.
[0138] La préforme 200 comprend un sillon circulaire 250 au niveau du bord interne 220 sur la face supérieure 210 de la préforme. Les rainures traversantes 212 s'étendent alors entre le sillon circulaire 250 et le bord externe 230.
[0139] Le sillon circulaire 250 est obtenu sur la face de la préforme 200 en même temps et de la même manière que les rainures traversantes 212.
[0140] La figure 6 représente sous forme d'un ordinogramme les différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite.
[0141] Le procédé comprend une pluralité d'étapes numérotées (a) à (e) déjà décrites plus haut. [0142] L'étape (a) est une étape de durcissement de la préforme fibreuse.
[0143] Cette dernière assure que la préforme ait une tenue mécanique suffisante pour pouvoir être sculptée.
[0144] L'étape (b) est une étape de sculpture de la préforme durcie.
[0145] Elle peut avantageusement être réalisée par découpe au moyen d'un objet coupant ou par abrasion, par exemple par meulage. En effet, le durcissement de la préforme fibreuse permet une découpe précise de la préforme, qui ne serait possible sur la préforme fibreuse non durcie, cette dernière ne présentant pas une tenue mécanique suffisante.
[0146] L'étape (c) est une étape de densification d'un empilement de préformes par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé.
[0147] Un tel procédé a été décrit en lien avec la figure 1.
[0148] Par exemple, le procédé peut être réalisé avec une phase gazeuse réactive comprenant par exemple du méthane, de l'éthane, du propane, du butane ou un mélange de ces gaz, la phase gazeuse réactive comprenant éventuellement un gaz neutre vecteur, par exemple de l'argon.
[0149] En particulier une telle phase gazeuse réactive permet l'obtention d'une matrice de pyrocarbone dans les préformes fibreuses annulaires, mais il est entendu que l'homme du métier sait choisir d'autres phases gazeuses réactives pour l'obtention d'autres phases de matrice.
[0150] Par exemple, le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur peut être réalisé dans une enceinte à une température comprise entre 950 et 1050 °C pendant une durée comprise entre 100 et 800 heures.
[0151] Le procédé peut en outre comprendre une étape (d) de séparation des préformes densifiées obtenues à l'issue du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur.
[0152] Comme décrit plus haut cette étape peut être réalisée par une découpe mécanique ou au moyen d'un traitement thermique à haute température.
[0153] Une telle étape (d) peut être réalisée par un traitement thermique à une température supérieure ou égale à 2000 °C pendant plus de 60 minutes.
[0154] De préférence, ce traitement thermique peut avoir lieu, même après une étape (d) réalisée par découpe mécanique. [0155] Enfin l'étape (e) est une étape d'usinage des faces des pièces densifiées. L'usinage est typiquement réalisé afin de rectifier les faces inférieure et supérieure des pièces densifiées.
[0156] Par exemple, une telle étape (e) peut être réalisée par meulage de la face de la préforme 200.
[0157] L'usinage (e) peut viser à enlever une épaisseur de la face de la préforme comprise entre 2,0 et 5,0 mm.
[0158] Les pièces en matériau composites obtenues à l'issue du procédé qui vient d'être décrit peuvent être des pièces de matériau composite carbone/carbone, par exemple des pièces de friction, voire des disques de frein.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Préforme fibreuse annulaire (200) s'étendant ente un bord interne (220) et un bord externe (230) caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une rainure traversante (212) sur au moins une face (210, 240).
[Revendication 2] Préforme (200) selon la revendication 1, dans laquelle l'au moins une rainure traversante (212) a une largeur constante du bord interne (220) au bord externe (230).
[Revendication 3] Préforme (200) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la préforme fibreuse annulaire comprend une pluralité de rainures traversantes (212) réparties angulairement sur toute la face de la préforme.
[Revendication 4] Préforme (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins une rainure traversante (212) est présente sur chacune des faces (210, 240) de la préforme fibreuse.
[Revendication 5] Préforme (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la préforme est une préforme de disque de frein.
[Revendication 6] Préforme (200) selon la revendication 5, dans laquelle la ou les surfaces comprenant des rainures sont destinées à former la ou les faces externes de ladite pièce de friction.
[Revendication 7] Préforme (200) selon l'une des revendications 1 à 6 dans laquelle la plus petite épaisseur de la préforme est supérieure ou égale à 75% de la plus grande épaisseur de la préforme.
[Revendication 8] Empilement de deux ou plusieurs préformes (200) telles que décrites selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les préformes sont directement au contact les unes des autres.
[Revendication 9] Procédé de fabrication d'une préforme fibreuse annulaire (200) s'étendant entre un bord interne (220) et un bord externe (230), ladite préforme comprenant au moins une rainure traversante (212) sur au moins une face (210, 240), ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
(a) une étape de durcissement de la préforme fibreuse annulaire ; puis
(b) une étape de sculpture d'au moins une rainure traversante sur au moins une face de la préforme durcie.
[Revendication 10] Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans laquelle l'étape (a) de durcissement comprend au moins les étapes suivantes : (al) une étape de saturation de la préforme fibreuse annulaire (200) par de l'humidité ; puis (a2) une étape de durcissement de la préforme par abaissement de la température au- dessous de 0°C.
[Revendication 11] Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes :
(c) la densification par un procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé d'un empilement (131) de préformes fibreuses annulaires (200, 130), l'une au moins étant selon les revendications 1 à 8 ; puis
(d) la séparation des préformes densifiées obtenues à l'issue du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur à flux dirigé ; puis
(e) une étape d'usinage final des faces des préformes fibreuses densifiées. [Revendication 12] Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite selon la revendication 11, dans lequel l'empilement (131) de préformes fibreuses annulaires comprend des préformes fibreuses annulaires directement au contact les unes des autres. [Revendication 13] Procédé selon la revendication 11 ou 12, dans lequel l'étape (d) est une étape de traitement thermique réalisé à une température supérieure ou égale à 1600°C. [Revendication 14] Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel la pièce en matériau composite comprend des fibres de carbone et une matrice de carbone.
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