FR3159965A1 - Manufacturing process of a CMC part - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’une pièce en CMC L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes : - l’infiltration d’une préforme fibreuse (135) par une composition d’infiltration (133) comprenant au moins du silicium liquide et via une méthode d’infiltration à l’état fondu, ladite infiltration étant réalisée à une température d’infiltration (TI), - le refroidissement de ladite préforme fibreuse (135), le procédé étant caractérisé en ce que le refroidissement de la préforme fibreuse (135) après infiltration est réalisé par exposition de la préforme fibreuse (135) à un gradient de température, entre une première température (T1) et une deuxième température (T2), la deuxième température (T2) étant inférieure d’au moins 50°C à la première température (T1) ; et - l’ablation d’au moins une portion de la préforme fibreuse (135) exposée à la première température (T1) pendant le refroidissement. Figure pour l’abrégé : Fig 2. Method for manufacturing a CMC part The invention relates to a method for manufacturing a composite material part comprising the following steps: - infiltrating a fiber preform (135) with an infiltration composition (133) comprising at least liquid silicon and via a melt infiltration method, said infiltration being carried out at an infiltration temperature (TI), - cooling said fiber preform (135), the method being characterized in that the cooling of the fiber preform (135) after infiltration is carried out by exposing the fiber preform (135) to a temperature gradient, between a first temperature (T1) and a second temperature (T2), the second temperature (T2) being at least 50°C lower than the first temperature (T1); and - ablation of at least a portion of the fiber preform (135) exposed to the first temperature (T1) during cooling. Figure for abstract: Fig 2.
Description
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d’une pièce en matériau composite à matrice céramique.The present invention relates to a method for manufacturing a part made of ceramic matrix composite material.
Les matériaux composites à matrice céramique (CMC) supportent des températures allant de 600°C à 1400°C.Ceramic matrix composites (CMC) materials withstand temperatures ranging from 600°C to 1400°C.
De par leur meilleure résistance aux hautes températures, les CMC nécessitent moins de refroidissement. Ce refroidissement étant traditionnellement issu d’un prélèvement dans le compresseur qui impacte le rendement de la turbomachine, les matériaux CMC permettent donc d’améliorer le rendement moteur ce qui réduit la consommation de carburant.Due to their better resistance to high temperatures, CMCs require less cooling. This cooling traditionally comes from a draw in the compressor which impacts the efficiency of the turbomachine, CMC materials therefore improve engine efficiency which reduces fuel consumption.
Par ailleurs, leur utilisation contribue à optimiser les performances des turbomachines notamment par la baisse de la masse globale de la turbomachine qui contribue encore à une diminution de la consommation carburant et donc à la réduction significative des émissions polluantes.Furthermore, their use contributes to optimizing the performance of turbomachines, in particular by reducing the overall mass of the turbomachine, which further contributes to a reduction in fuel consumption and therefore to a significant reduction in polluting emissions.
Ces avantages expliquent l’intérêt industriel de développer de tels matériaux composites à matrice céramique.These advantages explain the industrial interest in developing such ceramic matrix composite materials.
Une méthode connue pour la fabrication d’une telle pièce est l’infiltration par du silicium à l’état fondu, dite souvent « MI » pour l’acronyme anglais « Melt Infiltration ».A known method for manufacturing such a part is infiltration with molten silicon, often called "MI" for the English acronym "Melt Infiltration".
Dans une telle méthode, une préforme fibreuse est imprégnée par une composition d’infiltration comprenant généralement du silicium fondu pour former la matrice du matériau CMC au sein de la porosité de la préforme fibreuse. Généralement pour la réalisation de l’infiltration, une extrémité de la préforme est trempée dans un bain de composition d’infiltration, de sorte que cette dernière emplisse la porosité de la préforme par capillarité.In such a method, a fiber preform is impregnated with an infiltration composition generally comprising molten silicon to form the matrix of the CMC material within the porosity of the fiber preform. Generally, to carry out the infiltration, one end of the preform is dipped into a bath of infiltration composition, so that the latter fills the porosity of the preform by capillarity.
Une telle méthode est satisfaisante de manière industrielle, mais des améliorations demeurent souhaitables.Such a method is satisfactory industrially, but improvements remain desirable.
En particulier, les compositions d’infiltration qui comprennent du silicium sont plus denses à l’état solide qu’à l’état liquide. Ainsi, leurs refroidissements et leurs solidifications entraînent la sortie d’une partie de la composition d’infiltration liquide sous la forme de gouttes se solidifiant en surface de la pièce, formant ainsi des nodules. Ces nodules engendrent alors d’importantes difficultés puisqu’ils modifient les côtes de la pièce au-delà des tolérances et dégradent l’adhésion d’un éventuel revêtement de surface déposé par la suite.In particular, infiltration compositions that include silicon are denser in the solid state than in the liquid state. Thus, their cooling and solidification cause part of the liquid infiltration composition to escape in the form of drops that solidify on the surface of the part, thus forming nodules. These nodules then cause significant difficulties since they modify the dimensions of the part beyond the tolerances and degrade the adhesion of any surface coating subsequently deposited.
De même, l’apparition et la croissance des nodules peuvent engendrer des fissures sur la zone de la pièce où ils apparaissent. De plus, le retrait de ces nodules par sablage ou usinage est lent, laborieux, et donc coûteux ; il peut en outre affecter la santé matière de la pièce finale.Similarly, the appearance and growth of nodules can cause cracks in the area of the part where they appear. In addition, removing these nodules by sandblasting or machining is slow, laborious, and therefore expensive; it can also affect the material health of the final part.
En conséquence, afin de lutter contre l’apparition de tels nodules, certaines solutions ont été envisagées. L’une d’entre elle vise à modifier la composition du matériau de densification ou de la barbotine céramique utile dans les procédés classiques d’infiltration par du silicium fondu, par exemple par adjonction de particules de diamant, sources de carbone qui vont consommer le silicium excédentaire pour former du SiC. Toutefois, il n’est pas toujours possible ou souhaitable de modifier de la sorte la composition de la barbotine.Consequently, in order to combat the appearance of such nodules, certain solutions have been considered. One of these aims to modify the composition of the densification material or ceramic slip used in conventional infiltration processes with molten silicon, for example by adding diamond particles, sources of carbon which will consume the excess silicon to form SiC. However, it is not always possible or desirable to modify the composition of the slip in this way.
Une autre option consiste à prévoir une couche sacrificielle de barbotine céramique tout autour de la pièce intermédiaire afin de protéger la pièce finale, et en particulier son renfort, lors du sablage ou de l’usinage des nodules. Toutefois, naturellement, une telle option entraîne une surconsommation importante de matières premières et nécessite un usinage complet de la pièce finale, long et fastidieux.Another option is to provide a sacrificial layer of ceramic slip all around the intermediate part in order to protect the final part, and in particular its reinforcement, during sandblasting or machining of the nodules. However, naturally, such an option results in significant overconsumption of raw materials and requires complete machining of the final part, which is long and tedious.
Alternativement, il est possible d’ajouter des masses thermiques aux endroits où l’on souhaite que se forment lesdits nodules. Cependant, cette alternative ne permet pas de s’affranchir totalement des nodules, mais seulement d’assurer que l’apparition des nodules soit concentrée en des endroits où ils sont attendus. En outre, cette solution limite aussi la quantité maximale de pièces que l’on peut charger dans un four de densification.Alternatively, it is possible to add thermal masses to the locations where nodules are desired to form. However, this alternative does not completely eliminate nodules, but only ensures that the appearance of nodules is concentrated in locations where they are expected. In addition, this solution also limits the maximum quantity of parts that can be loaded into a densification furnace.
Il existe donc un réel besoin d’un procédé de fabrication d’une pièce en CMC permettant de mieux contrôler l’étape de densification de la pièce et qui soit dépourvu, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux méthodes connues précitées. Il existe également le besoin d’une installation permettant de mettre en œuvre un tel procédé.There is therefore a real need for a process for manufacturing a CMC part that allows for better control of the densification stage of the part and that is free, at least in part, from the drawbacks inherent in the aforementioned known methods. There is also a need for an installation that allows such a process to be implemented.
L’invention vise précisément à répondre aux besoins formulés plus haut.The invention aims precisely to meet the needs formulated above.
Selon un premier de ses aspects, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :
- l’infiltration d’une préforme fibreuse par une composition d’infiltration comprenant au moins du silicium liquide et via une méthode d’infiltration à l’état fondu, ladite infiltration étant réalisée à une température d’infiltration,
- le refroidissement de ladite préforme fibreuse,
le procédé étant caractérisé en ce que le refroidissement de la préforme fibreuse après infiltration est réalisé par exposition de la préforme fibreuse à un gradient de température, entre une première température et une deuxième température, la deuxième température étant inférieure d’au moins 50°C à la première température ; et
- l’ablation d’au moins une portion de la préforme fibreuse exposée à la première température pendant le refroidissement.According to a first of its aspects, the invention proposes a method for manufacturing a part made of composite material comprising the following steps:
- the infiltration of a fiber preform by an infiltration composition comprising at least liquid silicon and via a molten infiltration method, said infiltration being carried out at an infiltration temperature,
- cooling of said fiber preform,
the method being characterized in that the cooling of the fiber preform after infiltration is carried out by exposing the fiber preform to a temperature gradient, between a first temperature and a second temperature, the second temperature being at least 50°C lower than the first temperature; and
- the removal of at least a portion of the fibrous preform exposed to the first temperature during cooling.
Ainsi, le procédé permet d’obtenir une pièce en matériau composite à matrice céramique (CMC) ayant des propriétés mécaniques et un état de surface au moins identiques à ceux de l’art antérieur et cela à coûts diminués.Thus, the process makes it possible to obtain a part made of ceramic matrix composite (CMC) material having mechanical properties and a surface finish at least identical to those of the prior art and at reduced costs.
En effet, les nodules et les fissures formés lors du refroidissement sont concentrés dans la zone de la pièce qui refroidit le plus lentement, i.e. celle qui est exposée à la première température.In fact, the nodules and cracks formed during cooling are concentrated in the area of the part which cools the slowest, i.e. the one which is exposed to the first temperature.
En effet, le reste de la pièce est exposé à une température plus faible, et comprise entre la deuxième température et la première température.In fact, the rest of the room is exposed to a lower temperature, between the second temperature and the first temperature.
En outre, l’étape d’ablation permet ainsi d’éliminer les nodules, et les éventuelles fissures pour parvenir à une pièce améliorée comparativement aux pièces de l’art antérieur. Pour cela l’étape d’ablation est de préférence réalisée pour la portion de la pièce exposée à la première température pendant toute la durée du refroidissement.In addition, the ablation step thus makes it possible to eliminate nodules and any cracks to achieve an improved part compared to parts of the prior art. For this, the ablation step is preferably carried out for the portion of the part exposed to the first temperature throughout the cooling period.
Par exemple, l’étape d’ablation peut permettre le retrait d’une zone de la préforme qui sera dite « sacrificielle ».For example, the ablation step can allow the removal of an area of the preform which will be called “sacrificial”.
Par exemple une telle zone peut s’étendre sur une hauteur de quelques millimètres à quelques centimètres et sur toute l’épaisseur de la préforme, par exemple inférieure ou égale à 5 mm, voire inférieure ou égale 15 mm, voire inférieure ou égale 25 mm, voire inférieure ou égale 50 mm, ou encore inférieure ou égale à 100 mm.For example, such a zone may extend over a height of a few millimeters to a few centimeters and over the entire thickness of the preform, for example less than or equal to 5 mm, or even less than or equal to 15 mm, or even less than or equal to 25 mm, or even less than or equal to 50 mm, or even less than or equal to 100 mm.
Dans un mode de réalisation d’un procédé, la zone sacrificielle de la préforme peut s’étendre depuis la zone de la préforme disposée dans la composition d’infiltration pour les besoins de l’étape d’infiltration sur une hauteur telle que décrite ci-dessus.In one embodiment of a method, the sacrificial area of the preform may extend from the area of the preform disposed in the infiltration composition for the purposes of the infiltration step over a height as described above.
La dimension de la zone sacrificielle représente un optimum entre le besoin d’une petite portion sacrificielle ce qui diminue le coût du procédé en minimisant la quantité de matière perdure, et le besoin d’une portion sacrificielle plus grande pour assurer que l’on enlève tous les nodules de silicium éventuellement formés.The size of the sacrificial zone represents an optimum between the need for a small sacrificial portion, which reduces the cost of the process by minimizing the amount of material left behind, and the need for a larger sacrificial portion to ensure that all silicon nodules that may have formed are removed.
Le procédé permet ainsi de fabriquer des matériaux CMC de manière plus rapide et plus économique, en particulier car il ne nécessite ni un usinage complet de la pièce finale pour éliminer les nodules de silicium, ni un contrôle des fissures.The process thus makes it possible to manufacture CMC materials more quickly and economically, in particular because it does not require complete machining of the final part to remove silicon nodules, nor crack control.
Selon une caractéristique particulière du procédé, la préforme fibreuse peut comporter une épaisseur supérieure ou égale à 15 mm.According to a particular characteristic of the process, the fiber preform may have a thickness greater than or equal to 15 mm.
Il est donné ici et dans la demande le sens habituel du domaine à l’expression « épaisseur », c’est-à-dire la plus petite dimension dans laquelle s’étend la préforme fibreuse, en d’autres termes la distance minimale à parcourir pour traverser la préforme de part en part.The usual meaning of the field is given here and in the application to the expression "thickness", that is to say the smallest dimension in which the fibrous preform extends, in other words the minimum distance to be covered to cross the preform from one side to the other.
Dans un mode de réalisation, l’épaisseur de la préforme peut ne pas être constante, mais être néanmoins toujours supérieure ou égale à 15 mm.In one embodiment, the thickness of the preform may not be constant, but nevertheless always be greater than or equal to 15 mm.
C’est pour de telles pièces que le procédé est le plus avantageux. En effet, c’est pour des pièces dont l’épaisseur est supérieure ou égale à 15 mm que les nodules observés lors de la réalisation de procédés de l’art antérieur sont les plus susceptibles de créer en se solidifiant des contraintes fortes pouvant aller jusqu’à dégrader la texture fibreuse.It is for such parts that the process is most advantageous. Indeed, it is for parts whose thickness is greater than or equal to 15 mm that the nodules observed during the production of prior art processes are most likely to create strong stresses when solidifying, which can go as far as degrading the fibrous texture.
Au contraire et ainsi que cela a été décrit, le procédé permet de localiser les nodules et les contraintes créées lors du refroidissement dans une portion de la préforme exposée à la première température, laquelle sera retirée à la fin du procédé.On the contrary, and as described, the process allows the nodules and stresses created during cooling to be located in a portion of the preform exposed to the first temperature, which will be removed at the end of the process.
Cela facilite la fabrication des pièces en CMC épaisses sans fissures ni défauts de surface.This makes it easier to manufacture thick CMC parts without cracks or surface defects.
Pour les besoins du procédé, la température d’infiltration doit être supérieure à la température de fusion de la composition d’infiltration.For the purposes of the process, the infiltration temperature must be higher than the melting temperature of the infiltration composition.
Dans un mode de réalisation et selon la composition d’infiltration choisie, la température d’infiltration peut être supérieure ou égale à 1400°C, voire supérieure ou égale à 1450°C.In one embodiment and depending on the infiltration composition chosen, the infiltration temperature may be greater than or equal to 1400°C, or even greater than or equal to 1450°C.
La température d’infiltration est choisie en fonction de la température de fusion de la composition d’infiltration et peut par exemple être supérieure d’au moins 10°C, voire d’au moins 30°C voire d’au moins 50°C à la température de fusion de la composition d’infiltration.The infiltration temperature is chosen according to the melting temperature of the infiltration composition and may, for example, be at least 10°C higher, or even at least 30°C higher or even at least 50°C higher than the melting temperature of the infiltration composition.
Selon une caractéristique particulière du procédé, la température d’infiltration peut être supérieure ou égale à 1450 °C, voire supérieure ou égale à 1400°C.Depending on a particular characteristic of the process, the infiltration temperature may be greater than or equal to 1450°C, or even greater than or equal to 1400°C.
Une température d’infiltration supérieure ou égale à 1450 °C permet de maintenir la composition d’infiltration à l’état fondu pendant toute la durée de l’étape d’infiltration.An infiltration temperature greater than or equal to 1450°C allows the infiltration composition to be maintained in the molten state throughout the infiltration stage.
Dans un mode de réalisation, la première température peut être supérieure ou égale à 1450°C, voire supérieure ou égale à 1400°C, par exemple comprise entre 1400°C et 1450°C.In one embodiment, the first temperature may be greater than or equal to 1450°C, or even greater than or equal to 1400°C, for example between 1400°C and 1450°C.
Selon une caractéristique particulière du procédé, la première température peut être comprise entre la température d’infiltration et 1400°C.According to a particular characteristic of the process, the first temperature can be between the infiltration temperature and 1400°C.
Dans un mode de réalisation, la première température peut être égale à la température d’infiltration.In one embodiment, the first temperature may be equal to the infiltration temperature.
Dans un mode de réalisation, la première température peut être inférieure d’au moins 10°C, voire d’au moins 30°C voire d’au moins 50°C à la température de fusion de la composition d’infiltration.In one embodiment, the first temperature may be at least 10°C, or even at least 30°C, or even at least 50°C lower than the melting temperature of the infiltration composition.
De tels modes de réalisation permettent un optimum pour la solidification de la composition d’infiltration tout en assurant que la différence de température avec la deuxième température permette néanmoins un excellent contrôle du front de solidification dans la préforme.Such embodiments allow an optimum for the solidification of the infiltration composition while ensuring that the temperature difference with the second temperature nevertheless allows excellent control of the solidification front in the preform.
Dans un mode de réalisation, la deuxième température peut être de 50°C, voire de 100°C, voire de 200°C inférieure à la première température.In one embodiment, the second temperature may be 50°C, or even 100°C, or even 200°C lower than the first temperature.
Selon une caractéristique particulière du procédé, la deuxième température peut être inférieure ou égale à 1350°C, voire inférieure ou égale à 1300°C, voire inférieure ou égale à 1250 °C.According to a particular characteristic of the process, the second temperature may be less than or equal to 1350°C, or even less than or equal to 1300°C, or even less than or equal to 1250°C.
Comme décrit toutefois, le refroidissement est réalisé avec un écart entre la première et la deuxième température supérieur ou égal à 50°C, voire supérieur ou égal à 100°C, voire supérieur ou égal à 200°C.As described, however, the cooling is carried out with a difference between the first and second temperatures greater than or equal to 50°C, or even greater than or equal to 100°C, or even greater than or equal to 200°C.
Un écart supérieur ou égal à 50 °C entre la première température et la deuxième température permet de maîtriser de manière optimale le front de solidification lors de l’étape de refroidissement.A difference greater than or equal to 50°C between the first temperature and the second temperature allows optimal control of the solidification front during the cooling stage.
Augmenter davantage la différence de température entre la première température et la deuxième température permet d’influer sur la vitesse de déplacement du front de solidification dans la pièce.Further increasing the temperature difference between the first temperature and the second temperature can influence the speed of movement of the solidification front in the part.
Par exemple, l’étape de refroidissement peut être réalisée en disposant la préforme fibreuse entre une première enceinte chauffée, par exemple celle dans laquelle a été réalisée l’étape d’infiltration, et une deuxième enceinte non-chauffée, les deux enceintes étant séparées par un organe d’obturation pendant l’étape d’infiltration.For example, the cooling step can be carried out by placing the fiber preform between a first heated enclosure, for example the one in which the infiltration step was carried out, and a second unheated enclosure, the two enclosures being separated by a sealing member during the infiltration step.
Dans un tel mode de réalisation, et bien que la deuxième enceinte de soit pas chauffée, l’ouverture de l’organe d’obturation permet néanmoins à l’atmosphère chaude de la première enceinte d’envahir la deuxième établissant ainsi le gradient thermique souhaité.In such an embodiment, and although the second enclosure is not heated, the opening of the closure member nevertheless allows the hot atmosphere of the first enclosure to invade the second, thus establishing the desired thermal gradient.
Ce mode de réalisation est le plus économique car il permet l’établissement d’un gradient de manière passive, sans avoir à apporte d’énergie à la deuxième enceinte.This embodiment is the most economical because it allows the establishment of a gradient passively, without having to supply energy to the second enclosure.
Dans un mode de réalisation, l’étape de refroidissement peut être réalisée en disposant la préforme fibreuse entre une première enceinte chauffée, par exemple celle dans laquelle a été réalisée l’étape d’infiltration, et une deuxième enceinte chauffée mais de manière indépendante, les deux enceintes étant par exemple séparées par un organe d’obturation pendant l’étape d’infiltration.In one embodiment, the cooling step can be carried out by placing the fiber preform between a first heated enclosure, for example the one in which the infiltration step was carried out, and a second heated enclosure but independently, the two enclosures being for example separated by a sealing member during the infiltration step.
De la sorte on contrôle parfaitement la température de la première et de la deuxième enceinte, et l’on parvient ainsi à obtenir le gradient thermique souhaité.In this way, the temperature of the first and second enclosures is perfectly controlled, and the desired thermal gradient is thus achieved.
Une telle différence de température est suffisante pour garantir un front de refroidissement assurant que les nodules de silicium soient formés dans la portion de la pièce qui voit la première température pendant le plus longtemps.Such a temperature difference is sufficient to guarantee a cooling front ensuring that silicon nodules are formed in the portion of the part that sees the first temperature for the longest time.
Selon une caractéristique particulière du procédé, la durée de l’étape d’infiltration peut être comprise entre quelques minutes et quelques heures, par exemple entre 10 minutes et 6 heures.Depending on a particular characteristic of the process, the duration of the infiltration step can be between a few minutes and a few hours, for example between 10 minutes and 6 hours.
Si la durée de l’étape d’infiltration est trop courte, il est possible que l’infiltration de la préforme soit incomplète. Au contraire, si la durée de l’étape d’infiltration est trop longue, la texture fibreuse risque d’être endommagée par la composition d’infiltration.If the infiltration step duration is too short, the preform may not be fully infiltrated. On the contrary, if the infiltration step duration is too long, the fiber texture may be damaged by the infiltration compound.
Selon une caractéristique particulière du procédé, la durée de l’étape de refroidissement peut être comprise entre 10 minutes et 24 heures.According to a particular characteristic of the process, the duration of the cooling step can be between 10 minutes and 24 hours.
Dans un mode de réalisation, ni la première ni la deuxième température ne varient pendant une étape de refroidissement selon le procédé de l’invention.In one embodiment, neither the first nor the second temperature varies during a cooling step according to the method of the invention.
Dans un mode de réalisation la première et/ou la deuxième température peuvent varier et de préférence diminuer au cours de l’étape de refroidissement d’un procédé de l’invention.In one embodiment the first and/or the second temperature may vary and preferably decrease during the cooling step of a method of the invention.
Il est toutefois entendu que l’écart de température entre la première et la deuxième température doit rester supérieur ou égal à 50°C, voire supérieur ou égal à 100°C, voire supérieur ou égal à 200°C.It is however understood that the temperature difference between the first and second temperatures must remain greater than or equal to 50°C, or even greater than or equal to 100°C, or even greater than or equal to 200°C.
Dans un mode de réalisation, l’étape de refroidissement est réalisée à une rampe de refroidissement, de préférence constante. En d’autres termes, la première et la deuxième température peuvent diminuer d’autant au cours de l’étape de refroidissement.In one embodiment, the cooling step is carried out at a cooling ramp, preferably constant. In other words, the first and second temperatures may decrease accordingly during the cooling step.
Ce mode de réalisation permet alors de minimiser les contraintes internes dans la pièce, tout en assurant que l’on conserve les avantages décrits plus haut pour l’exposition d’une pièce à un gradient de température.This embodiment then makes it possible to minimize internal stresses in the part, while ensuring that the advantages described above for exposing a part to a temperature gradient are retained.
Dans un mode de réalisation du procédé, ce dernier peut comprendre après l’étape de refroidissement décrite une étape de refroidissement supplémentaire, assurant un retour à la température ambiante de la pièce formée.In one embodiment of the method, the latter may comprise, after the cooling step described, an additional cooling step, ensuring a return to ambient temperature of the formed part.
De préférence, cette étape de refroidissement supplémentaire est entreprise lorsque l’intégralité de la composition d’infiltration s’est solidifiée dans la préforme fibreuse.Preferably, this additional cooling step is undertaken when all of the infiltration composition has solidified in the fibrous preform.
Dans un tel mode de réalisation, une étape de refroidissement supplémentaire peut être réalisée entre l’étape de refroidissement et l’étape d’ablation.In such an embodiment, an additional cooling step may be performed between the cooling step and the ablation step.
Pour une telle étape de refroidissement supplémentaire, il n’est pas nécessaire de maintenir une quelconque différence de température entre deux portions de la préforme à la différence de l’étape de refroidissement décrite ci-avant.For such an additional cooling step, it is not necessary to maintain any temperature difference between two portions of the preform unlike the cooling step described above.
Par exemple, l’étape de refroidissement supplémentaire peut être réalisée par exposition de la pièce densifiée à température ambiante.For example, the additional cooling step can be achieved by exposing the densified part to room temperature.
De préférence, l’étape de refroidissement supplémentaire est réalisée sous pression réduite, ou sous atmosphère contrôlée.Preferably, the additional cooling step is carried out under reduced pressure, or under a controlled atmosphere.
De préférence, l’étape d’ablation est réalisée à température ambiante, par exemple en dehors de l’enceinte ayant servi à l’infiltration.Preferably, the ablation step is carried out at room temperature, for example outside the enclosure used for infiltration.
Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse peut comprendre des fibres de carbure de silicium, de carbone ou d’un mélange de ces éléments.In one embodiment, the fibrous preform may comprise fibers of silicon carbide, carbon, or a mixture thereof.
Dans un mode de réalisation, la préforme fibreuse peut être la préforme d’une pièce aéronautique, par exemple une pièce choisie parmi une aube de turbine, un secteur d’anneau, un distributeur ou encore une chambre de combustion ou une portion de l’une de ces pièces. In one embodiment, the fiber preform may be the preform of an aeronautical part, for example a part chosen from a turbine blade, a ring sector, a distributor or even a combustion chamber or a portion of one of these parts.
L’invention propose selon un autre de ses aspects, un four pour la siliciuration d’au moins une préforme fibreuse comprenant :
- une enceinte supérieure dépourvue de moyens de chauffage;
- une enceinte inférieure, disposant d’un moyen de chauffage et comprenant en outre un support apte à recevoir une composition d’infiltration comprenant du silicium fondu et un organe de déplacement apte à déplacer la préforme fibreuse depuis l’enceinte inférieure jusqu’à l’enceinte supérieure,
le four étant caractérisé en ce que l’organe de déplacement est configuré pour permettre le déplacement de la préforme fibreuse de l’enceinte inférieure vers l’enceinte supérieure au travers d’une ouverture ménagée entre l’enceinte inférieure et l’enceinte supérieure, et caractérisé en outre en ce qu’il comprend un organe d’obturation apte à obturer l’ouverture entre l’enceinte inférieure et l’enceinte supérieure.The invention proposes, according to another of its aspects, a furnace for the siliciding of at least one fibrous preform comprising:
- an upper enclosure without heating means;
- a lower enclosure, having a heating means and further comprising a support capable of receiving an infiltration composition comprising molten silicon and a displacement member capable of moving the fiber preform from the lower enclosure to the upper enclosure,
the furnace being characterized in that the displacement member is configured to allow the displacement of the fiber preform from the lower enclosure to the upper enclosure through an opening provided between the lower enclosure and the upper enclosure, and further characterized in that it comprises a closing member capable of closing the opening between the lower enclosure and the upper enclosure.
Un tel four est particulièrement adapté pour obtenir une pièce en matériau composite à matrice céramique (CMC) et cela notamment en mettant en œuvre un procédé tel qu’il vient d’être décrit.Such an oven is particularly suitable for obtaining a part made of ceramic matrix composite (CMC) material, in particular by implementing a process such as that just described.
Un tel four permet notamment d’assurer un refroidissement contrôlé de la préforme, en assurant que la partie la plus proche de l’enceinte inférieure refroidisse la plus lentement, car celle-ci est exposée à la température la plus élevée tout au long de l’étape de refroidissement.Such an oven allows in particular controlled cooling of the preform, ensuring that the part closest to the lower enclosure cools the most slowly, because it is exposed to the highest temperature throughout the cooling stage.
Il est du mérite des inventeurs d’avoir déterminé que l’enceinte supérieure, dépourvue de moyen de chauffage permettait, par sa proximité avec l’enceinte inférieure d’établir un gradient de température suffisant pour la réalisation d’un procédé tel que décrit plus haut, et cela sans créer un surcoût d’énergie à apporter pendant l’étape d’infiltration grâce à l’élément d’obturation.It is to the credit of the inventors to have determined that the upper enclosure, devoid of heating means, made it possible, by its proximity to the lower enclosure, to establish a sufficient temperature gradient for carrying out a process as described above, and this without creating an additional energy cost to be provided during the infiltration stage thanks to the sealing element.
Selon une caractéristique particulière du four, l’organe de déplacement peut être solidaire de l’organe d’obturation. Grâce à cette caractéristique, il est possible de déplacer simultanément l’organe d’obturation et la préforme, liée à l’organe de déplacement.According to a particular characteristic of the furnace, the displacement member can be integral with the closure member. Thanks to this characteristic, it is possible to simultaneously move the closure member and the preform, linked to the displacement member.
De manière générale, la présence de l’organe d’obturation permet de limiter la taille de l’enceinte inférieure et ainsi de diminuer les besoins en chauffage du four.Generally speaking, the presence of the shutter makes it possible to limit the size of the lower enclosure and thus reduce the heating requirements of the oven.
Selon une caractéristique particulière du four, le support peut s’étendre dans un plan et le four peut comprendre un organe de déplacement configuré pour mettre en déplacement la préforme selon un axe orthogonal audit plan.According to a particular characteristic of the oven, the support can extend in a plane and the oven can comprise a displacement member configured to move the preform along an axis orthogonal to said plane.
Dans un mode de réalisation, la préforme peut être disposée sur l’organe de déplacement de sorte que cette zone où se concentrent les nodules puisse être éliminée avant l’utilisation de ladite pièce.In one embodiment, the preform may be disposed on the displacement member so that this area where the nodules are concentrated can be eliminated before use of said part.
Dans une telle configuration du four, l’organe de déplacement permet de rapprocher la préforme de l’enceinte supérieure. Ce faisant, la préforme est exposée à un gradient de température qui permet de concentrer les nodules et les éventuelles fissures dans une zone prédéterminée de la préforme.In such a furnace configuration, the displacement member allows the preform to be brought closer to the upper enclosure. In doing so, the preform is exposed to a temperature gradient which allows the nodules and any cracks to be concentrated in a predetermined area of the preform.
En effet, l’enceinte supérieure est dépourvue de moyens de chauffage si bien qu’elle est à une température inférieure à celle de l’enceinte inférieure du four.In fact, the upper enclosure is devoid of heating means so that it is at a lower temperature than that of the lower enclosure of the oven.
En rapprochant la préforme de l’enceinte supérieure ou moyen de l’organe de déplacement, on assure donc la présence du gradient de température, nécessaire au refroidissement du procédé décrit plus haut et permettant d’obtenir les propriétés améliorées pour la pièce en matériau composite.By bringing the preform closer to the upper or middle enclosure of the displacement member, we therefore ensure the presence of the temperature gradient, necessary for cooling the process described above and making it possible to obtain improved properties for the composite material part.
Selon une caractéristique particulière du four, il peut être configuré pour mettre en œuvre les étapes d’infiltration et de refroidissement du procédé décrit précédemment.Depending on a particular characteristic of the furnace, it can be configured to implement the infiltration and cooling steps of the process described above.
En effet, le four permet d’une part de réaliser la siliciuration dans l’enceinte inférieure, puis de réaliser l’étape de refroidissement en disposant la préforme infiltrée entre la chambre inférieure et la chambre supérieure.In fact, the furnace allows on the one hand to carry out the siliciding in the lower chamber, then to carry out the cooling step by placing the infiltrated preform between the lower chamber and the upper chamber.
Puisque la chambre supérieure et dénuée de moyens de chauffage, cette dernière est à une température inférieure à celle de la chambre inférieure laquelle a été chauffée pour les besoins de l’infiltration.Since the upper chamber is devoid of heating means, the latter is at a lower temperature than that of the lower chamber which has been heated for the purposes of infiltration.
Ainsi, en disposant la préforme entre l’enceinte inférieure et l’enceinte supérieure une fois l’infiltration de la préforme terminée, et en contrôlant les moyens de chauffage de l’enceinte inférieure, on peut assurer que la préforme refroidisse en étant exposée à un gradient de température, entre une première température et une deuxième température, la deuxième température étant inférieure d’au moins 50°C à la première température.Thus, by placing the preform between the lower enclosure and the upper enclosure once the infiltration of the preform is complete, and by controlling the heating means of the lower enclosure, it can be ensured that the preform cools by being exposed to a temperature gradient, between a first temperature and a second temperature, the second temperature being at least 50°C lower than the first temperature.
Dans cet exemple de réalisation, l’enceinte inférieure ayant été chauffée pour les besoins de l’infiltration est à une première température et l’enceinte supérieure n’ayant pas de moyens de chauffage propres est à une deuxième température, inférieure à la première.In this embodiment, the lower enclosure having been heated for the purposes of infiltration is at a first temperature and the upper enclosure not having its own heating means is at a second temperature, lower than the first.
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.The invention is now described by means of figures, present for descriptive purposes to illustrate certain embodiments of the invention and which should not be interpreted as limiting the latter.
La
Selon une caractéristique particulière du four selon l’invention, le moyen de chauffage 111 peut être inductif ou résistif selon les choix particuliers pour la conception du four 100.According to a particular characteristic of the oven according to the invention, the heating means 111 can be inductive or resistive depending on the particular choices for the design of the oven 100.
De même, la
L’enceinte inférieure 110 comprend en outre un support 130 apte à recevoir une composition d’infiltration comprenant du silicium fondu 133.The lower enclosure 110 further comprises a support 130 capable of receiving an infiltration composition comprising molten silicon 133.
Sur le mode de réalisation représenté, le support comprend un creuset 134, lequel contient un bain d’une composition d’infiltration 133.In the embodiment shown, the support comprises a crucible 134, which contains a bath of an infiltration composition 133.
Sur la
La
Le creuset 134 peut être en un matériau céramique. La composition d’infiltration 133 peut par exemple être du silicium ou un alliage de silicium, lequel peut éventuellement comprendre du bore.The crucible 134 may be made of a ceramic material. The infiltration composition 133 may, for example, be silicon or a silicon alloy, which may optionally include boron.
Dans un mode de réalisation qui n’est pas celui représenté, le four 100 peut être muni d’une pompe à vide configurée pour maintenir une pression réduite dans l’enceinte inférieure 110 et/ou l’enceinte supérieure 120.In an embodiment that is not the one shown, the oven 100 may be provided with a vacuum pump configured to maintain a reduced pressure in the lower enclosure 110 and/or the upper enclosure 120.
Une telle pompe à vide permet alors de réaliser le procédé d’infiltration sous vide.Such a vacuum pump then makes it possible to carry out the vacuum infiltration process.
Le nombre de préformes fibreuses poreuses 135 disposées sur le support 130 n’est aucunement limitatif.The number of porous fibrous preforms 135 arranged on the support 130 is in no way limiting.
Dans un mode de réalisation, le support peut comprendre une pluralité de préforme fibreuses 135, par exemple entre 2 et 10 préformes fibreuses.In one embodiment, the support may comprise a plurality of fibrous preforms 135, for example between 2 and 10 fibrous preforms.
Ainsi, il est possible de réaliser l’infiltration et/ou le refroidissement de plusieurs préformes 135 simultanément, ce qui permet un gain en termes de rentabilité et de coût.Thus, it is possible to carry out the infiltration and/or cooling of several preforms 135 simultaneously, which allows a gain in terms of profitability and cost.
A des fins de simplification, il est décrit ci-après un mode de réalisation qui ne comprend qu’une préforme, qu’un support 130 et qu’un organe de déplacement 131.For the purposes of simplification, an embodiment is described below which comprises only one preform, one support 130 and one displacement member 131.
Le four 100 comprend également un organe de déplacement 131 configuré pour déplacer la préforme fibreuse poreuse 135 depuis l’enceinte inférieure 110 vers l’enceinte supérieure 120.The furnace 100 also comprises a moving member 131 configured to move the porous fibrous preform 135 from the lower enclosure 110 to the upper enclosure 120.
Toutefois, les avantages décrits ici pour des modes de réalisation dans lesquels l’organe de déplacement 131 permettrait le déplacement de plusieurs préformes 135, ou dans lesquels plusieurs organes de déplacement 131 seraient présents peuvent être transposés à ces modes de réalisation.However, the advantages described here for embodiments in which the displacement member 131 would allow the displacement of several preforms 135, or in which several displacement members 131 would be present can be transposed to these embodiments.
Ce déplacement est réalisé au travers d’une ouverture 121 ménagée entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120.This movement is carried out through an opening 121 provided between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120.
Le nombre d’ouverture 121 ménagées et d’organes de déplacement 131 n’est pas limitatif.The number of openings 121 provided and of movement members 131 is not limiting.
Dans un mode de réalisation qui n’est pas celui représenté, le four peut comprendre plusieurs ouvertures 121 ménagées entre la chambre inférieure 110 et la chambre supérieure 120 afin de permettre le passage chacune d’une préforme fibreuse poreuse 135.In an embodiment which is not the one shown, the oven may comprise several openings 121 arranged between the lower chamber 110 and the upper chamber 120 in order to allow the passage of each of a porous fibrous preform 135.
Dans un mode de réalisation qui n’est pas représenté, le four peut comprendre une ou plusieurs ouvertures 121 ménagées entre la chambre inférieure 110 et la chambre supérieure 120 permettant chacune le passage de plusieurs préformes fibreuses poreuses 135.In an embodiment which is not shown, the oven may comprise one or more openings 121 arranged between the lower chamber 110 and the upper chamber 120, each allowing the passage of several porous fibrous preforms 135.
Selon une caractéristique particulière du four, le four 100 peut comprendre plusieurs organes de déplacement 131, par exemple un organe de déplacement 131 par préforme fibreuse 135.According to a particular characteristic of the oven, the oven 100 may comprise several displacement members 131, for example one displacement member 131 per fiber preform 135.
Un organe d’obturation 140 de ladite ouverture 121 est prévu dans le four 100. Dans le cadre où plusieurs ouvertures 121 peuvent être ménagées entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120, plusieurs organes d’obturation 140 peuvent être envisagés également.A closure member 140 for said opening 121 is provided in the oven 100. In the context where several openings 121 can be provided between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120, several closure members 140 can also be envisaged.
Dans un mode de réalisation, qui est celui illustré aux figures 1 et 2 l’organe de déplacement 131 est solidaire du support 130. Ainsi, il est possible de déplacer à la fois le support 130 et la préforme 135. Ce mode de réalisation n’est toutefois pas limitatif et des modes de réalisation dans lequel seule la préforme 135 serait déplacée par l’organe de déplacement 131 n’est pas exclu.In one embodiment, which is that illustrated in figures 1 and 2, the displacement member 131 is integral with the support 130. Thus, it is possible to move both the support 130 and the preform 135. This embodiment is however not limiting and embodiments in which only the preform 135 would be moved by the displacement member 131 are not excluded.
Par exemple, dans un mode de réalisation du four qui n’est pas illustré, l’organe de déplacement 131 peut porter la préforme fibreuse poreuse 135.For example, in an embodiment of the furnace that is not illustrated, the displacement member 131 may carry the porous fibrous preform 135.
Dans un mode de réalisation non représenté, le four 100 peut comprendre également un système de contrôle de la position relative entre les préformes 135 et le creuset 134. Par exemple, le déplacement de l’organe de déplacement 131 peut être contrôlé pour extraire la préforme 135 du bain de la composition d’infiltration 133 disposé sur le support 130.In an embodiment not shown, the furnace 100 may also comprise a system for controlling the relative position between the preforms 135 and the crucible 134. For example, the movement of the movement member 131 may be controlled to extract the preform 135 from the bath of infiltration composition 133 placed on the support 130.
Le système de contrôle peut être par exemple un automate ou un ordinateur équipé d’une carte d’acquisition à entrées/sorties. Le système de contrôle peut recevoir en entrée des signaux électriques provenant du dispositif de mesure des masses et envoyer des signaux de commande au bras de maintien.The control system can be, for example, a PLC or a computer equipped with an input/output acquisition card. The control system can receive electrical signals from the mass measuring device as input and send control signals to the holding arm.
Dans un mode de réalisation, l’organe de déplacement 131 peut être solidaire de l’organe d’obturation 140. Ainsi, il est possible de déplacer simultanément la préforme fibreuse poreuse 135 et l’organe d’obturation 140. De plus, grâce à cette caractéristique le déplacement de la préforme 135 peut être maitrisé de manière optimale. In one embodiment, the displacement member 131 can be integral with the closure member 140. Thus, it is possible to simultaneously move the porous fiber preform 135 and the closure member 140. In addition, thanks to this characteristic, the movement of the preform 135 can be optimally controlled.
Selon une caractéristique particulière du four illustré sur les figures, le support 130 peut s’étendre dans un plan XZ.According to a particular characteristic of the oven illustrated in the figures, the support 130 can extend in an XZ plane.
Selon une caractéristique particulière du four, l’organe de déplacement 131 peut comprendre une tige mobile 132. Ladite tige mobile 132 peut être configurée pour déplacer la préforme fibreuse poreuse 135, selon un axe Y orthogonal au plan XZ du support 130.According to a particular characteristic of the furnace, the displacement member 131 may comprise a movable rod 132. Said movable rod 132 may be configured to move the porous fibrous preform 135, along a Y axis orthogonal to the XZ plane of the support 130.
La
La
Il faut toutefois comprendre que l’organe de déplacement 131 permet à la préforme 135 de prendre toutes les positions, et c’est précisément le déplacement de la préforme 135 entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120 qui permet l’exposition de la préforme à une différence de température.It should however be understood that the displacement member 131 allows the preform 135 to take all positions, and it is precisely the displacement of the preform 135 between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120 which allows the exposure of the preform to a temperature difference.
Comme illustré, l’organe d’obturation 140 peut être apte à se déplacer, selon un axe Y orthogonal au plan XZ du support 130.As illustrated, the closure member 140 may be able to move along a Y axis orthogonal to the XZ plane of the support 130.
Le four 100 peut comprend en outre au moins un dispositif de mesure de la masse des préformes 135. En particulier, ce dispositif peut correspondre à une balance du type peson.The oven 100 may further comprise at least one device for measuring the mass of the preforms 135. In particular, this device may correspond to a scale of the weighing type.
Dans un mode de réalisation un tel dispositif de mesure peut être adjoint à l’organe de déplacement 131. En pareil cas, l’organe de déplacement 131 peut être configuré pour commander le déplacement en fonction de l’évolution de la masse de la préforme 135 telle que mesurée par le dispositif de mesure des masses.In one embodiment, such a measuring device may be added to the displacement member 131. In such a case, the displacement member 131 may be configured to control the displacement as a function of the change in the mass of the preform 135 as measured by the mass measuring device.
Par exemple, l’organe de déplacement 131 peut être configuré pour mettre la préforme 135 en mouvement lorsqu’elle atteint une masse cible, correspondant à celle pour laquelle porosité de la préforme 135 est comblée de manière optimale par la composition d’infiltration pour commencer le refroidissement.For example, the movement member 131 may be configured to set the preform 135 in motion when it reaches a target mass, corresponding to that for which the porosity of the preform 135 is optimally filled by the infiltration composition to begin cooling.
Un tel mode de réalisation permet d’assurer que la transition entre l’étape d’infiltration et l’étape de refroidissement soit faite une fois que la préforme 135 voit sa porosité comblée de manière optimale.Such an embodiment makes it possible to ensure that the transition between the infiltration step and the cooling step is made once the preform 135 has its porosity filled optimally.
Selon une caractéristique particulière du four, le four peut comprendre un dispositif de commande de température configuré pour contrôler la température de l’enceinte inférieure 110.According to a particular feature of the oven, the oven may include a temperature control device configured to control the temperature of the lower enclosure 110.
Dans un mode de réalisation, l’enceinte supérieure 120 et/ou l’enceinte inférieure 110 peuvent comprendre un capteur de température.In one embodiment, the upper enclosure 120 and/or the lower enclosure 110 may include a temperature sensor.
Selon une caractéristique particulière du four, le four peut comprendre un dispositif de commande de déplacement configuré pour contrôler la vitesse de déplacement de la préforme 135 entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120.According to a particular characteristic of the furnace, the furnace may comprise a movement control device configured to control the speed of movement of the preform 135 between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120.
Selon la géométrie de la pièce à fabriquer la vitesse de déplacement de la préforme 135 entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120 peut ainsi être maitrisée. Il est ainsi possible de maitriser de manière optimale la vitesse de déplacement du front de solidification de la composition d’infiltration dans la préforme 135.Depending on the geometry of the part to be manufactured, the speed of movement of the preform 135 between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120 can thus be controlled. It is thus possible to optimally control the speed of movement of the solidification front of the infiltration composition in the preform 135.
Selon une caractéristique particulière, l’enceinte inférieure 110 peut comprendre un matériau isolant thermique disposé entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120.According to a particular characteristic, the lower enclosure 110 may comprise a thermal insulating material disposed between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120.
Ce mode de réalisation permet un meilleur contrôle passif de la température de l’enceinte supérieure, qui ne dispose pas de moyen de chauffage, mais dont la température est influencée par sa proximité avec l’enceinte inférieure.This embodiment allows for better passive control of the temperature of the upper enclosure, which has no heating means, but whose temperature is influenced by its proximity to the lower enclosure.
On décrit maintenant un exemple du procédé de siliciuration d’une préforme fibreuse 135. Dans une première étape la préforme 135 est infiltrée par une composition d’infiltration 133 à l’intérieur de l’enceinte inférieure 110 d’un four 100 tel qu’illustré sur la
De préférence, pour la réalisation de cette étape, l’organe d’obturation obture le passage existant entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120. Cela permet en effet de diminuer les besoins en chauffage du procédé en réduisant la taille de l’enceinte dans laquelle a lieu l’infiltration.Preferably, to carry out this step, the closure member closes the passage existing between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120. This in fact makes it possible to reduce the heating requirements of the process by reducing the size of the enclosure in which the infiltration takes place.
Sur le mode représenté, l’infiltration des préformes poreuses 135 est réalisée par mise en contact de ladite préforme fibreuse poreuse 135, par exemple de l’extrémité inférieure de la préforme 135 avec la surface 133a du bain d’une composition d’infiltration 133 qui peut par exemple être du silicium ou un alliage de silicium, la composition d’infiltration 133 infiltrant la porosité de la préforme 135 par capillarité.In the mode shown, the infiltration of the porous preforms 135 is carried out by bringing said porous fibrous preform 135, for example the lower end of the preform 135, into contact with the surface 133a of the bath of an infiltration composition 133 which may for example be silicon or a silicon alloy, the infiltration composition 133 infiltrating the porosity of the preform 135 by capillarity.
Selon une caractéristique particulière du four et du procédé, la mise en contact ou non de la préforme 135 avec la composition d’infiltration 133 et, par conséquent, le contrôle de l’infiltration de la préforme 135 par la composition d’infiltration 133 est réalisé par l’organe de déplacement 131.According to a particular characteristic of the furnace and of the method, the contacting or not of the preform 135 with the infiltration composition 133 and, consequently, the control of the infiltration of the preform 135 by the infiltration composition 133 is carried out by the displacement member 131.
Dans un mode de réalisation, il est procédé à un suivi de l’infiltration de la préforme 135 par la composition d’infiltration du bain 133, par exemple par un dispositif de mesure des masses lequel est apte à détecter une prise de masse prédéterminée correspondant au niveau de densification souhaité pour la préforme 135.In one embodiment, the infiltration of the preform 135 by the infiltration composition of the bath 133 is monitored, for example by a mass measuring device which is capable of detecting a predetermined mass gain corresponding to the desired level of densification for the preform 135.
Selon une caractéristique particulière du four et du procédé, la température d’infiltration TIest supérieure ou égale à 1450°C.Depending on a particular characteristic of the furnace and the process, the infiltration temperature T I is greater than or equal to 1450°C.
Selon une caractéristique particulière du four et du procédé, la première température T1est comprise entre la température d’infiltration TIet 1400°C.According to a particular characteristic of the furnace and the process, the first temperature T 1 is between the infiltration temperature T I and 1400°C.
Alternativement, la première température T1peut être supérieure ou égale à 1400°C, voire supérieure ou égale à 1450°C.Alternatively, the first temperature T 1 may be greater than or equal to 1400°C, or even greater than or equal to 1450°C.
Selon une caractéristique particulière du four et du procédé, la deuxième température T2est inférieure ou égale à 1350°C, voire inférieure ou égale à 1300°C, voire inférieure ou égale à 1250 °C.According to a particular characteristic of the furnace and the process, the second temperature T 2 is less than or equal to 1350°C, or even less than or equal to 1300°C, or even less than or equal to 1250°C.
Ainsi que cela est décrit, le refroidissement de la préforme fibreuse 135 est réalisé par exposition de la préforme fibreuse 135 à un gradient de température.As described, cooling of the fiber preform 135 is accomplished by exposing the fiber preform 135 to a temperature gradient.
Un tel « gradient de température » entend signifier que la préforme est plongée dans un champ de température non uniforme de sorte que deux parties de la préforme soient disposées pour l’une à une première température T1et pour l’autre à une deuxième température T2inférieure d’au moins 50°C, voire d’au moins 100°C, voire d’au moins 200°C, à la première température T1.Such a "temperature gradient" is intended to mean that the preform is immersed in a non-uniform temperature field so that two parts of the preform are arranged, one at a first temperature T 1 and the other at a second temperature T 2 lower by at least 50°C, or even at least 100°C, or even at least 200°C, than the first temperature T 1 .
En d’autres termes, une portion au moins de la préforme 135 est exposée pour son refroidissement à une deuxième température T2inférieure d’au moins 50°C, voire d’au moins 100°C, voire d’au moins 200°C à la première température T1à laquelle est exposée une autre portion de la pièce.In other words, at least a portion of the preform 135 is exposed for cooling to a second temperature T 2 lower by at least 50°C, or even at least 100°C, or even at least 200°C, than the first temperature T 1 to which another portion of the part is exposed.
Si un tel procédé est réalisé dans un four 100 décrit plus haut, une telle étape de refroidissement peut être réalisée en ouvrant l’ouverture 121 entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120, par exemple par retrait de l’organe d’obturation 140, et en disposant la préforme 135 infiltrée entre l’enceinte inférieure 110 et l’enceinte supérieure 120.If such a method is carried out in an oven 100 described above, such a cooling step can be carried out by opening the opening 121 between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120, for example by removing the closure member 140, and by placing the infiltrated preform 135 between the lower enclosure 110 and the upper enclosure 120.
Dans un tel mode de réalisation, la différence de température entre la température de l’enceinte inférieure 110 et la température de l’enceinte supérieure 120 est d’au moins 50°C ce qui assure que le champ de température présente le gradient souhaité. Ce gradient de température permet de maîtriser le front de solidification 136 lors de l’étape de refroidissement de la préforme 135 infiltrée.In such an embodiment, the temperature difference between the temperature of the lower enclosure 110 and the temperature of the upper enclosure 120 is at least 50°C, which ensures that the temperature field has the desired gradient. This temperature gradient makes it possible to control the solidification front 136 during the cooling step of the infiltrated preform 135.
En effet, la solidification du silicium a lieu en premier dans la zone la plus froide de la préforme 135.In fact, the solidification of the silicon takes place first in the coldest zone of the preform 135.
Dans un mode de réalisation, l’étape de refroidissement peut être faite en diminuant, voir en arrêtant l’alimentation en chauffage de l’enceinte inférieure.In one embodiment, the cooling step can be done by decreasing or even stopping the heating supply to the lower enclosure.
De la sorte et du fait des pertes thermiques inhérentes, la première et la deuxième température peuvent diminuer au cours de l’étape de refroidissement d’un procédé de l’invention.In this way and due to inherent thermal losses, the first and second temperatures may decrease during the cooling step of a method of the invention.
Néanmoins cette diminution des première et deuxième températures peut être contrôlé, et le gradient auquel est exposé la préforme reste au moins supérieur à 50°C, pendant toute l’étape de refroidissement.However, this reduction in the first and second temperatures can be controlled, and the gradient to which the preform is exposed remains at least greater than 50°C, throughout the cooling stage.
Alternativement, la première température peut être maintenue pendant toute l’étape de refroidissement, mais être choisie légèrement inférieure à la température de fusion de la composition d’infiltration.Alternatively, the first temperature may be maintained throughout the cooling step, but chosen to be slightly lower than the melting temperature of the infiltration composition.
De la sorte, la solidification de la composition d’infiltration a également lieu depuis la portion de la préforme exposée à la deuxième température et jusqu’à la portion exposée à la première température, mais sans nécessité de réaliser de diminution de la première ou de la deuxième température au cours de l’étape de refroidissement.In this way, the solidification of the infiltration composition also takes place from the portion of the preform exposed to the second temperature and up to the portion exposed to the first temperature, but without the need to reduce the first or second temperature during the cooling step.
Dans un mode de réalisation alternatif, le procédé peut être réalisé dans un four n’était pas comme sur la
Par exemple, un tel four peut comprendre une enceinte supérieure chauffée, laquelle permet alors un contrôle très précis de la deuxième température.For example, such an oven may include a heated upper chamber, which then allows very precise control of the second temperature.
On peut ainsi mettre en œuvre le procédé de l’invention de manière encore plus avantageuse.The method of the invention can thus be implemented in an even more advantageous manner.
La
Il faut lire la
La
Les nodules de silicium et les éventuelles fissures se forment en fin de solidification, dans la partie où la composition d’infiltration se solidifie en dernier. Dans la préforme 135 de l’exemple représenté, il a été ménagé une zone sacrificielle 137 où se concentrent à la fin du refroidissement les nodules de silicium et les fissures.The silicon nodules and any cracks form at the end of solidification, in the part where the infiltration composition solidifies last. In the preform 135 of the example shown, a sacrificial zone 137 has been provided where the silicon nodules and cracks are concentrated at the end of cooling.
Dans un mode de réalisation, la zone sacrificielle 137 comprend généralement une hauteur supérieure à la hauteur de la zone de la préforme trempée dans le bain d’une composition d’infiltration 133 lors de l’étape d’infiltration.In one embodiment, the sacrificial zone 137 generally comprises a height greater than the height of the area of the preform dipped into the bath of an infiltration composition 133 during the infiltration step.
En effet, il est du mérite des inventeurs d’avoir compris que cette caractéristique assure en outre un excellent état de surface de la préforme une fois la zone sacrificielle 137 enlevée.Indeed, it is to the credit of the inventors to have understood that this characteristic also ensures an excellent surface condition of the preform once the sacrificial zone 137 has been removed.
En effet, il a été identifié que le contact avec le silicium fondu pouvait conduire à un état de surface dégradé.Indeed, it has been identified that contact with molten silicon could lead to a degraded surface condition.
Ainsi, lors de l’étape d’élimination de la zone sacrificielle 137, l’ensemble des nodules et des fissures seront éliminés de la préforme.Thus, during the step of eliminating the sacrificial zone 137, all the nodules and cracks will be eliminated from the preform.
Dans un mode de réalisation, l’étape d’ablation peut être réalisée après une seconde étape de refroidissement de la préforme, permettant de ramener la température de la préforme densifiée à température ambiante.In one embodiment, the ablation step can be carried out after a second step of cooling the preform, making it possible to bring the temperature of the densified preform back to room temperature.
Dans un mode de réalisation, une telle seconde étape de refroidissement peut être réalisée par exposition de la préforme à de l’air à température ambiante.In one embodiment, such a second cooling step may be performed by exposing the preform to air at room temperature.
Pour une telle seconde étape de refroidissement, il n’est plus nécessaire d’exposer la préforme à un gradient de température. En effet, une fois la composition d’infiltration solidifiée dans la préforme ainsi que décrit plus haut, les avantages de la première étape de refroidissement, i.e. la concentration des nodules et des éventuelles fissures dans la zone souhaitée de la préforme, seront assurés.For such a second cooling step, it is no longer necessary to expose the preform to a temperature gradient. Indeed, once the infiltration composition has solidified in the preform as described above, the advantages of the first cooling step, i.e. the concentration of nodules and possible cracks in the desired area of the preform, will be ensured.
Le procédé qui vient d’être décrit permet ainsi d’obtenir des pièces en matériau CMC comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice ayant des propriétés mécaniques et un état de surface supérieurs à ceux de l’art antérieur, du fait du meilleur contrôle de la croissance des nodules de silicium et des éventuelles fissures de la préforme associé.The process which has just been described thus makes it possible to obtain parts made of CMC material comprising a fibrous reinforcement densified by a matrix having mechanical properties and a surface condition superior to those of the prior art, due to the better control of the growth of silicon nodules and any cracks in the associated preform.
Claims (10)
- l’infiltration d’une préforme fibreuse (135) par une composition d’infiltration (133) comprenant au moins du silicium liquide et via une méthode d’infiltration à l’état fondu, ladite infiltration étant réalisée à une température d’infiltration (TI),
- le refroidissement de ladite préforme fibreuse (135),
le procédé étant caractérisé en ce que le refroidissement de la préforme fibreuse (135) après infiltration est réalisé par exposition de la préforme fibreuse (135) à un gradient de température, entre une première température (T1) et une deuxième température (T2), la deuxième température (T2) étant inférieure d’au moins 50°C à la première température (T1) ; et
- l’ablation d’au moins une portion de la préforme fibreuse (135) exposée à la première température (T1) pendant le refroidissement.Method of manufacturing a part in composite material comprising the following steps:
- the infiltration of a fibrous preform (135) by an infiltration composition (133) comprising at least liquid silicon and via a molten infiltration method, said infiltration being carried out at an infiltration temperature (T I ),
- cooling said fiber preform (135),
the method being characterized in that the cooling of the fibrous preform (135) after infiltration is carried out by exposing the fibrous preform (135) to a temperature gradient, between a first temperature (T 1 ) and a second temperature (T 2 ), the second temperature (T 2 ) being at least 50°C lower than the first temperature (T 1 ); and
- the ablation of at least a portion of the fibrous preform (135) exposed to the first temperature (T 1 ) during cooling.
- une enceinte supérieure (120) dépourvue de moyens de chauffage;
- une enceinte inférieure (110), disposant d’un moyen de chauffage (111) et comprenant en outre un support (130) apte à recevoir une composition d’infiltration comprenant du silicium fondu (133) et un organe de déplacement (131) apte à déplacer la préforme fibreuse depuis l’enceinte inférieure (110) jusqu’à l’enceinte supérieure (120),
le four (100) étant caractérisé en ce que l’organe de déplacement (131) est configuré pour permettre le déplacement de la préforme fibreuse (135) de l’enceinte inférieure (110) vers l’enceinte supérieure (120) au travers d’une ouverture ménagée (121) entre l’enceinte inférieure (110) et l’enceinte supérieure (120), et caractérisé en outre en ce qu’il comprend un organe d’obturation (140) apte à obturer l’ouverture (121) entre l’enceinte inférieure (110) et l’enceinte supérieure (120).Oven (100) for the siliciding of at least one fibrous preform comprising:
- an upper enclosure (120) without heating means;
- a lower enclosure (110), having a heating means (111) and further comprising a support (130) capable of receiving an infiltration composition comprising molten silicon (133) and a displacement member (131) capable of moving the fiber preform from the lower enclosure (110) to the upper enclosure (120),
the furnace (100) being characterized in that the displacement member (131) is configured to allow the displacement of the fiber preform (135) from the lower enclosure (110) to the upper enclosure (120) through an opening (121) provided between the lower enclosure (110) and the upper enclosure (120), and further characterized in that it comprises a closing member (140) capable of closing the opening (121) between the lower enclosure (110) and the upper enclosure (120).
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