Brevet FR2047935A1 — publié le 19710319

la présente invention concerne une armature fi"breuse et plus spécialement la formation d'objets composites satisfaisants dans lesquels la matière fondue ne "mouilleir pas les fibres. 5 Un.exemple particulier d'une combinaison avec laquelle il a été difficile de former un objet composite satisfaisant comprend l'aluminium et des fibres de carbone. Des essais ont montré que des objets composites armés de fibres de carbone sont fréquemment beaucoup plus robustes que les matières de base et de 10 tels objets composites sont évidemment susceptibles de nombreuses applications. Il existe beaucoup de., cas dans lesquels un objet composite léger, par exemple en aluminium armé de fibres de carbone est particulièrement utile et on peut citer par exemple les aubes du compresseur des turboréacteurs. 15 ' Jusqu'à présent, les essais de production d'objets com posites en aluminium armés de fibres de carbone n'ont pas donné de produits satisfaisants,étant donné qu'il est difficile d'obtenir une liaison suffisamment forte entre l'aluminium et les fibres. La principale raison de cet insuccès est due au fait que l'alumi-20 nium fondu ne "mouille" pas les fibres de carbone, de sorte que^*^ l'aluminium d'une masse d'aluminium et de fibres de carbone est fondu et peut ensuite se resolidifier, les couches restent sensiblement séparées et non liées. La présente invention concerne un procédé par lequel l'aluminium et les fibres de carbone peuvent 25 être mis sous forme d'un objet composite lié de manière satisfaisante. Le procédé peut également être mis en oeuvre pour former d'autres objets composites dans lesquels un constituant, lorsqu'il est fordu,ne mouille pas l'autre constituant. Selon l'invention, un procédé de formation d'un objet 30 composite avec une première matière et une seconde matière sous la forme de fibres, la première matière ayant un point de fusion inférieur à celui de la seconde matière, consiste à former une masse de couches alternées des matières j à enfermer la masse dans un récipient à paroi mince en une substance ayant un point 35 de fusion sensiblement supérieur à celui de la première matière susmentionnée ; à chauffer le récipient après la fusion de la première matière j à appliquer une pression au récipient à paroi 70 23456 2 2047935 mince , et par suite à la masse j et à refroidir l'objet composite ainsi obtenu. Dans un procédé préféré, le récipient à paroi mince est sous la forme d'un manchon et ses extrémités sont serties pour 5 enfermer la masse. Le récipient et la masse sont placés entre des matrices chauffées et ils sont chauffés au-dessus du point de fusion de la première matière, une pression étant appliquée à la masse par lesdites matrices. Un scellement global du récipient est effectué lorsque la matière fondue sous pression est U" 10 refoulée dans les extrémités serties du récipient et qu'elle s'y solidifie. La pression résultante est alors sensiblement isostatique. Le récipient a pour but : (1) de garantir que la pression appliquée à la matière fondue soit sensiblement isostatique ; et 15 - (2) de protéger la matière des matrices d'une attaque par la matière fondue de la masse. De préférence, la pression est maintenue pendant le refroidissement de la masse. Le récipient peut être ensuite séparé de l'objet composite 20 résultant par des procédés choisis en fonction des matières utilisées, par exemple par usinage ou par décapage chimique. En utilisant des matrices de forme convenable , on peut obtenir des pièces composites qui nécessitent un minimum d'opérations supplémentaires pour donner les produits finals. 25 D'autres avantages et caractéristique de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation d'un procédé préféré dans.le cas de la production d'un objet composite en-aluminium aïmé de 30 fibres de carbone. Sur ce dessin : Les figures 1a et 1b représentent schématiquement. la formation d'une masse d'aluminium armée de fibres de. carbone, et la figure 2 représente schématiquement un agencement 35 destiné à comprimer et à chauffer une masse. Une masse 1 (figure 1) est constituée de couches alternées d'un clinquant d'aluminium 2 et de fibres de carbone 3> 70 23456 3 2047935 des fibres convenables, étant par-exemple, celles produites par le procédé décrit dans le brevet britannique n° 1 110 7,91 • Dans.,. chaque couche de fibres de carbone,- les couches sont sensiblement parallèles les unes aux autres, mais les fibres des couches dif-5 férentes sont disposées -dans des directions différentes comme indiqué en 3a et-3b. L'objet composite final a ainsi une résistance mécanique dans plus -d'une direction. La masse achevée 1 est enfermée dans un manchon 4(figure 2) en acier inoxydable mince, dont les extrémités 5 sont ensuite 10 serties. Le manchon est placé- entre deux matrices 6, les extrémités 5 serties/étant disposées de manière à rester à l'écart des matrices pendant l'application de la pression. Les matrices et la masse sont ensuite chauffées. Lorsque la température atteint 600°C , une légère pression (environ . 140 kg/cm ) est appliquée jusqu'à ce 15 que le point de fusion de l'aluminium soit atteint, la pression étant ensuite augmentée jusqu'à 560 kg/cm . A ce moment, l'aluminium fondu est refoulé dans les.extrémités serties 5 du manchon 4 où il se solidifie et ferme hermétiquement le manchon 4» La pression résultante dans la masse est sensiblement,isostatique. 20 On poursuit le chauffage jusqu'à ce que la température de la masse 1 atteigne 690°C et ensuite on laisse refroidir la masse, tout en la maintenant sous pression. On a constaté que la température de l'aluminium fondu est d'une importance primordiale. Une température trop basse 25 se traduit par une pénétration insuffisante de l'aluminium fondu dans les couches de fibres de carbone, tandis qu'à une température trop élevée, les fibres se rassemblent "pour former des paquets. La température de la masse 1 peut être mesurée,par exemple 30 à ltaide d'un thermocouple soudé par points au manchon,4»et le processus peut être accéléré en chauffant préalablement les matrices 6 à environ 700°C. Afin de réduire au minimum tout risque d'oxydation.des fibres de carbone, le manchon 4 peut être balayé avec un gaz inerte, 35 tel que l'argon, avant le sertissage, des extrémités 5, et l'opération de compression peut être réalisée dans une atmosphère inerte. ... 70 23456 4 2047935 L'objet composite résultant est finalement séparé du manchon 4, par exemple par usinage ou décapage chimique. Dans certaines applications de l'invention, là matière du récipient peut être choisie de manière à pouvoir le conserver comme 5 enveloppe externe d'un produit. Egalement, avant de 1'enfermer dans le récipient, la masse peut être entourée d'une couche de matière convenable qui est nécessaire comme enveloppe du produit final. 70 23456 .5 2047935 REVENDICATIONS . 1. Procédé pour former un objet composite avec une première matière et une secondé matière sous forme de fibres, la première matière ayant un point de fusion inférieur à celui de £ 5 la seconde matière, procédé caractérisé en ce quril consiste à former une masse de couches -alternées des matières ; à enfermer la masse dans un récipient à.paroi mince en une substance ayant un point de fusion sensiblement supérieur à celui de la première matière susmentionnée ; à chauffer le récipient jusqu'à ce que la 10 première matière soit fondue et à appliquer une pression au récipient à paroi mince et par suite à la masse ; et à refroidir l'objet composite résultant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est maintenue pendant le refroidissement de l'ob- 15 j&t composite. 3. Procédé selon la revendication 1 ou. 2, caractérisé en ce que le récipient et la masse sont placés entre des matrices chauffées qui appliquent la pression. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que 20 les matrices sont préalablement chauffées avant d'y introduire le récipient et la masse. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le récipient à paroi mince est sous forme d'un manchon et en ce qugfees extrémités sont serties pour enfermer la masse, 25 les extrémités serties restant à l'écart des matrices pendant l'application de la pression. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le processus de sertissage est effectué dans une atmosphère inerte. 30 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6fcaractérisé en ce que les matrices ont sensiblement la forme d'un produit final voulu. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récipient est séparé de l'objet 35 composite après refroidissement. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la masse est entourée d'une matière 70 23456 6 2047P?5 enveloppante avant d'être enfermée dans le récipient, ce dernier étant séparé de l'objet composite enveloppé après refroidissement. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la séparation est effectuée par usinage ou par décapage 5 chimique. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la chaleur et la pression sont appliquées au récipient et à la masse dans une atmosphère inerte. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 10 à 11, caractérisé en ce que la première matière est l'aluminium et en ce que la seconde matière est le carbone. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le récipient à paroi mince est en acier'inoxydable. 14. Procédé selon la-revendication 12 ou 13, caractérisé 15 en ce que le récipient et la masse sont chauffés à 690°C. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le récipient et la masse sont soumis 2 à une pression de 560 kg/cm . 16. Objet composite , caractérisé en ce qu'il est produit 20 par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15. »