Brevet FR2522646A1 — publié le 19830909

"Corps composite creux en forme de révolution, en particulier pour tambours centrifuges des installations de centrifugation des gaz,et procédé pour sa fahrication." La présente invention se rapporte à un corps composite creux en forme de révolution constitué par deux couches s'interpénétrant sans joint et dont la couche extérieure est réalisée en matériau renforcé de fibres, et vise en outre un procédé pour la fabrication dudit corps composite. Par la demande de hrevet allemand 21 18 848, on connatt un corps composite de ce type dans lequel la couche intérieure se compose d'alliages métalliques, tandis que la matrice pour le matériau renforcé de fibres de la couche extérieure se compose du même métal que celui utilisé pour la couche intérieure et dans lequel les deux couches sont fabriquées par coulée centrifuge. Un tel corps composite conçu en particulier pour les tambours centrifuges des installations de centrifugation des gaz convient certes pour les hautes tensions de traction en raison de leur matrice métallique, mais non pour les résistances à la chaleur aux températures dépassant 10000C.Par ailleurs, le procédé de fabrication dans lequel le métal pour la matrice et la couche intérieure est coulé liquide sur les couches de fibres en fonte disposées dans un moule rotatir et est ensuite centrifugé, est difficile à mattriser. La fabrication est également extremement longue, attendu que la rotation rapide du moule doit être maintenue Jusqutau refroidissement complet, y compris celui de la couche intérieure. Ce procédé ne convient donc pas à une fabrication en série et ce d'autant moins que la disposition définitive des couches de fibres ne peut pas etre surveillée à l'intérieur du moule. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser un corps composite du type précité qui présente une résistance extremement élevée à la chaleur et qui puisse être fabriqué de façon constamment reproductible avec des moyens techniques connus. Avec un corps composite creux du type précité, ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que la couche intérieure e compose de graphite pressé ou fritté et est traversée par un composé carburé et que la couche extérieure se compose de couches, enroulées sur la couche intérieure, de carbone renforcé de fibres de carbone et qui sont consolidées de façon connue par cokéfaction sous pression. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le composé carburé peut être constitué par un carbure de silicium. Le procédé selon l'invention pour la fabrication du corps creux précité est caractérisé par les opérations successives suivantes a) fabrication d'un corps d'enroulement en graphite pressé ou fritté; b) application des couches d'enroulement en fibres de carbone ou de graphite, c) imprégnation des couches d'enroulement avec des résines organiques ou des composés de brai suivie d'un durcissement et d'une cokéfaction sous pression; d) usinage au tour du corps d'enroulement jusqu'à l'épaisseur de couche recherchée; e) imprégnation au silicium de l'ensemble du corps composite. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lors de l'application des couches de fibres de carbone ou de graphite, une ou plusieurs couches croisées et radiales sont appliquées alternativement. Grâce à sa structure, le corps composite selon l'invention réunit unie grande résistance à la traction et à la compression à une résistance extremement grande à la chaleur. La couche intérieure d'un corps composite terminé est étanche au liquide et-au gaz et présente une résistance qui est un multiple de celle du corps d'enroulement original en graphite. Cette grande résistance subsiste jusqu'à une température d'environ 2000 C. la couche extérieure composée de couches appliquées alternativement de fibres de carbone enroulées en croix ou radialement peut, selon les caractéristiques de résistance exigées pour l'élément de construction à fabriquer, être appliquée dans n'importe quelle épaisseur voulue par une technique d'enroulement connue. Les couches d'enroulement croisées servent en Dartin r > ; tr+nemssion des couples et àl'ahsorption des efforts axiaux.Tes enroulements radiaux absorbent plus particulièrement les tensions de traction tangentiellement au corps composite. Ta combinaison des enroulements croisés et radiaux garantit en plus de la grande résistance lors de ltutilisation, la cohésion du corps composite lors de la cokéfaction. Les couches d'enroulement sont de façon connue imprégnées de résines organique s ou de composés de brai et son cokéfiées sous pression dans une chambre à des températures d'environ 1200 à 1600 C jusqu'à la transformation de la matrice en carbone. Du fait des caractéristiques de ses matériaux et de son procédé de fabrication, le corps composite selon l'invention peut être usiné en éléments de construction de différents types capables de supporter de très fortes sollicitations. Ces corps composites selon l'invention trouvent actuel- lement leur application dans les réservoirs pour liquide en fusion dont les gaz produisent une forte pression interne, dans la fabrication des rotors de centrifugeuses auquel cas, par séparation médiane d'un corps composite transversalement à son axe longitudinal, on réalise deux rotors symétriques, et dans la fabrication de chambres de combustion de fusée. Ces trois exemples ne constituent qu'une sélection parmi tous les domaines d'application possibles, auquel cas l'élément de construction terminé peut présenter n'importe quelle forme intermédiaire entre la forme cylindrique et sphérique. Exemple Pour la fabrication de deux rotors identiques de centrifugeuse dont chacun est façonné sous la forme d'une cuve profonde et comporte une garniture centrale sur son rond, on fabrique un corps-d'enroulernent de forme cylindrique correspondante avec coiffes de ptle en graphite fritté et dont le diamètre extérieur est de 10 mm environ plus grand que le diamètre intérieur du rotor terminé. Le corps d'enroulement porte à ses extrémités deux appendices cylindriques servant à sa fixation lors de l'enroulement. Sur le corps d'enroulement on applique de façon connue sur une machine d'enroulement les couches croisées et radiales nécessaires en fibres de carbone ou de graphite.Après quoi on imprègne les couches de fibres d'un composé de brai et on introduit le corps d'enroulement dans une chambre de pression dans laquelle à une température d'environ 14000C on cokéfie le composé de brai entre les fibres et sur 195 couches de fibres supérieures. Selon la di mension.des rotors et de la chambre de pression, on peut traiter simultanément plusieurs corps d'enroulement. Après le refroidissement du corps d'enroulement, on le découpe au centre transversalement à son axe longitudinal et ensuite on usine au tour et éventuellement on meule chaque moitié sur un tour jusqu'à la cote finale. Après cela, en phase gazeuse ou liquide, on effectue une imprégnation åu silicium que l'on exécute à des températures élevées et pendant laquelle Si au contact du carbone donne un composé SiC. On améliore ainsi les caractéristiques du corps composite en ce qui concerne sa résistance mécanique et à l'oxydation. REVENDICATIONS 1. Corps composite creux en forme de révolution constitué par deux couches s'interpénétrant sans joint et dont la couche extérieure est réalisée en un matériau renforcé de fibres, caractérisé par le fait que la couche intérieure se compose de graphite pressé ou fritté et est traversée par un composé carburé et que la couche extérieure se compose de couches, enroulées sur la couche intérieure, de carbone renforcé de fibres de carbone et qui sont consolidées de façon connue par cokéfaction sous pression. 2. Corps composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le composé carburé est un carbure de silicium. 3. Procédé pour la fabrication d'un corps composite creux en forme de révolution selon les revendications 1 et 2, caractérisé par les opérations successives suivantes a) fabrication d'un corps d'enroulement en graphite pressé ou fritté, b) application des couches d'enroulement en fibres de carbone ou de graphite, c) imprégnation des couches d'enroulement avec des résines organiques ou des composés de brai suivied'un curcissement et d'une cokéfaction sous pression, d) usinage au tour du corps d'enroulement jusqu'à l'épaisseur de couche recherchée, e) imprégnation au silicium de l'ensemble du corps composite. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lors de l'application des couches de fibres de carbone ou de graphite, on applique alternativement une ou plusieurs couches croisées et radiales.