Brevet FR2625496A1 — publié le 19890707

l Procédé de fabrication de corps façonnés, en fibre de carbone, ou analogues, et son application, notamment pour des disques de freins ou autres. L'invention concerne un procédé de production de corps façonnés à base de carbone vitreux ou de carbone renfor- cé de fibres de carbone (CFC). La production de corps façonnés à base de car- bone vitreux est connue. A cette fin, une partie brute est pro- duite à partir d'un pré-matériau duroplastique comme un époxyde, l0 un polyimide ou de préférence une résine et les plyimides en par- ticulier. Grace à un traitement thermique jusqu'à environ 1000 C sous vide ou sous atmosphère de qaz protecteur avec une pression allant jusqu'è 10 bars environ la partie est convertie en carbo- ne vitreux. Cette partie encore poreuse peut être imbibée ensui- te avec une résine fluide, après durcissement complet de la ré- sine et nouveau traitement par la cha]eur, la densité augmente et par répétition à plusieurs reprises de cette étape, une hau- te densité et solidité peuvent être obtenues d'une manière suf- fisante. De même un procédé de production de carbone renforcé par des fibres de carbone (CFC) est connu, dans lequel un produit de laminage est crée, lequel est constitué par des fi- bres de carbone dirigées dans la direction désirée et d'une ré- sine duroplastique. Après pressage et durcissement complet du produit de laminage qui de ce fait obtient le contour final d'une manière déjà extensive, on effectue un traitement à la chaleur. Aussi ici la pièce à nouveau est imbibée avec la résine et à nou- veau cokéfiée. On peut ainsi de cette façon atteindre des.va- leurs de densité allant jusqu'à 1,7 q/cm3 environ. D'une maniè- re alternative]e carbone renforcé par des fibres de carbone (CFC) peut être obtenu par filtration en phase gazeuse. Dans ce procédé de préparation, le fait que des temps de processus extrêmement long sont nécessaires, produit un effet désavantageux. Ainsi selon l'épaisseur de paroi de la piè- ce façonnée, le cycle de traitement thermique dure des jours à des semaines, de telle sorte que les temps totaux peuvent se mon- ter à plusieurs mois, lorsque le processus d'imbibition par la résine doit être répété quelques fois. Un autre inconvénient doit être vu en ce que les pièces façonnées résu] tantes possèdent pour des épaisseurs de paroi plus grandes que quelques mm une certaine porosité ré- siduelle. Le problème de l'invention est donc de pro- duire un procédé qui accélère la production de pièces façonnées en carbone vitreux ou en CFC d'une manière importante et le rend plus économique. Selon l'invention le problème est résolu en ce qu'une partie brute à base d'un duromère est formée et celle ci est pourvue d'une couverture adaptée à la forme et solide à la pression, laquelle est perméable à cause de la porosité et d'ou- vertures, pour l'hydrogène gazeux qui s'est formé, dans laquelle la couverture consiste en un matériau qui possède à des tempéra- tures élevées un coefficient de diffusion de l'hydrogène impor- tant, et ensuite une pression comprise entre 30 et 5000 bars et une température comprise entre 600 et 1000 C pendant une durée de 10 à 40 heures sont appliqués. Grace au procédé selon l'invention, on obtient que par suite des températures élevées, les liaisons hydrogène des hydrocarbures contenus dans la résine soient rompues et que les atomes d'hydrogène s'unissent aux molécules d'hydrogène. L'hydrogène gazeux ainsi en résultant, diffuse sur la paroi externe de la pièce façonnée. Selon l'exécution de la couverture, l'hy- drogène gazeux continue à diffuser à travers la couverture et entre par l'intermédiaire d'ouvertures appropriées de la couver- ture, vers l'extérieur dans l'atmosphère environnante. Dans les pièces façonnées seulement le carbone et d'autres éléments pré- sents dans la résine restent. La pression extérieure appliquée à la pièce façonnée entraine simultanément une densification de la pièce, de telle sorte que des pièces en carbone vitreux ou en CFC peuvent être produites en un temps bref. On peut obtenir qra- ce au procédé selon l'invention un temps de cycle de 10 à 40 heu- res environ de sorte que la durée de fabrication, les temps de machine et les coûts de chauffage élevés peuvent être abaissés. De préférence la couverture consiste en un ma- tériau qui manifeste aux températures élevées des coefficients de diffusion d'hydrogène importants. On peut choisir selon les exigences un matériau qui remplit cette exigence dans une zone de température totale ou, comme par exemple le Titane, seulement aux températures élevées. Dans un mode de réalisation préféré la couverture de la pièce façonnée sera fermée de tous cotés à l'a- vance. Par suite de l'hydrogène gazeux qui se forme à l'intérieur de la couverture lors du chauffage il se produit là une surpres- sion, qui cependant à cause de la pression appliquée de l'ex- térieur de l'atmosphère environnante n'entraine aucune destruc- tion de la couverture. Dans un mode d'exécution alternatf, la couver- ture est pourvue à des endroits appropriés d'ouvertures pour le passage de l'hydrogène qui se forme. Par exemple lors de la pro- duction de pièces façonnées plates (plateaux, etc...) la couver- ture peut être constituée d'une manière simple, des deux pistons d'une presse. De ce fait, il n'est pas nécessaire que les pistons permettent la diffusion de l'hydrogène, bien plus la fente qui demeure entre les pistons est suffisante pour évacuer l'hydrogène gazeux qui se forme de la pièce façonnée. Pour les plaques fabriquées de cette façon la zone de bordure doit ensuite être éliminée. Pour qu'une diffusion de l'hydroqène qazeux de l'intérieur du corps façonné dans 1 'atmosphère environnante puisse se produire, il faut qu'un oradient de pression partiel soit présent des deux côtés de la couverture. Afin que ce qra- dient de pression partiel qui est présent automatiquement ini- tialement, demeure aussi constant pour des sorties d'hydrogène nazeux croissantes dans l'atmosphère environnante, il est né- cessaire, en particulier pour de faibles volumes d'atmosphère environnante, de prévoir des opérations qui élimineront à nou- veau l'hydrogène gazeux repris. De préférence ceci se produit par l'intermé- diaire d'un dispositif qui est en mesure de délier chimiquement l'hydrogène gazeux (absorbeur) ou "Getter". L'atmosphère environ- nante est conduite pour ce but par l'intermédiaire du matériau actif de l'absorbeur qui, de préférence doit être un composé de Titane. Dans un perfectionnement supplémentaire préféré du pro- cédé on exécute à la suite de l'étape du procédé actuel une cal- cination de graphitage à des températures comprises entre]800 et 2000 C. De cette façon 1 est possible de faire cristalliser la structure carbonée du corps façonné amorphe qui reste après l'élimination de l'hydrogène, en un assemhlage de oraphite et ainsi d'augmenter la solidité de celui-ci. Dans le mode d'exécution avec une couverture imperméable au vide, il'est en outre possible, à la place de résines ou de duromères, d'introduire des thermoplastes. En rai- son des températures élevées ceux-ci seront certes liquides, cependant une couverture de forme fixe garantit la conservation de la forme demandée. D'une manière alternative, on peut utili- ser à la place des fibres de carbone des fibres Si-C pour les- quellesla résine minérale inorganique utilisée contient simul- tanément du Carbone et du Silicium. De cette façon, on peut obtenir une pièce façonné en Si-C renforcés par des fibres de Si-C. R F V E N D I C A T I 0 N S 1 . Procédé de fabrication de corps façonnés à base de carbone vitreux ou de carbone renforcé par des fibres de carbone (CFC) caractérisé en ce que une partie brute est fa- çonnée en duromère et que celui-ci est pourvu d'une couverture solide à la pression et adaptée à la forme, lequel est perméable pour le gaz hydrogène qui se forme par porosité ou par des ouver- tures, dans lequel la couverture consiste en un matériau qui pos- sède aux températures élevées un coefficient de diffusion à l'hy- le drogène important et ensuite une pression entre 10 et 500 bars et une température entre 600 et-1000 C est appliquée pendant une du- rée de 10 à 40 heures. 2 0. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couverture consiste en 'un matériau qui manifeste à des températures élevées un coefficient de diffusion vis-à-vis de l'hydrogène important. 3 . Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le matériau pour la couverture est du titane. 4 . Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couverture est fermée au préalable de tous les côtés. 50. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4 caractérisé en ce que la couverture est éliminée après traitement par la chaleur d'une manière chimique et/ou mé- canique. 6 . Procédé selon la revendication] caractérisé en ce que la couverture possède des ouvertures à des endroits ap- propriés en vue du passage du gaz hydroqène qui se forme. 70. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la couverture consiste en deux pistons d'une presse à haute température et l'ouverture est la fentre entre les pistons. 8 . Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7 caractérisé en ce que la couverture est déformable pour l'équilibre des masses qui diminuent. 9 . Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que des mesures doivent 6, tre prévues, qui garantissent le maintien du gradient de pression partiel d'hydrogène de part et d'autre de la couver- ture. ]0 . Procédé selon la revendication 9 carac- térisé en ce que le gradient de pression partiel est maintenu par liaison chimique de l'hydroqène qazeux. 311. Procédé selon la revendication 9 caracté- risé en ce que le matériau de l'absorbeur "Getter" est un com- posé du titane. 12 . Procédé selon l'une quelconque des reven- dications] à 8 caractérisé en ce que corrélativement une cal- cination de graphitage est portée au rouge à des températures entre R1800 et 2000 C. 13 . Procédé selon l'une quelconque des re- vendications I et 4 caractérisé en ce que, à la place de rési- nes ou de duromères, des thermoplastes sont utilisés. 34 . Procédé selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce ou'à la place de fibres de carbone, des fibres Si-C sont utilisées et que la résine organique contient du carbone et du silicium. ]5 . Application du procédé selon l'une quel- conque des revendications 1 à]4 à la fabrication de disques de freins pour avions ou véhicules automobiles, pour clapets de buse de poussée de mécanisme de commande de turbine ou de buse de fusée.