Brevet FR2650531A1 — publié le 19910208

Outillage pour la fabrication de pièces de grande dimension en matériau composite La présente invention a pour objet un outillage pour la fabrication de pièces de grande dimension en matériau composite. Plus précisément, l'invention concerne un outillage pour la fabrication de pièces de grande dimension en un matériau composite obtenu par densification à température élevée d'une texture fibreuse de renfort, outillage du type comprenant deux plateaux, formant poinçon et matrice, et des moyens destinés à relier les plateaux l'un à l'autre pour pouvoir compacter la texture fibreuse entre les plateaux en vue de sa densification. Un outillage de ce type est décrit notamment dans le document FR-A-2 189 207. La fabrication de pièces en matériau composite capables de supporter de fortes sollicitations mécaniques à des températures élevées nécessite l'emploi de composites dits thermostructuraux. Ceux-ci sont constitués par une texture fibreuse de renfort et une matrice, densifiant la texture, qui sont en carbone ou autre matériau réfractaire, notamment céramique; tel que carbure de silicium, alumine, zircone, La texture fibreuse est par exemple constituée par des strates de tissu ou feutre qui sont empilées et compactées entre les plateaux de l'outillage en vue de la densification. Le compactage a notamment pour buts d'amener la texture à l'épaisseur voulue, compte-tenu de l'application envisagée, et de contrôler le taux volumique des fibres, clest-à-dire le pourcentage du volume apparent de la texture occupé par les fibres. La densification est réalisée par infiltration chimiqueen phase vapeur (voie "sèche") ou par imprégnation suivie de traitement thermique (voie "liquide"). A cet effet, la texture maintenue à l'état compacté au moyen de l'outillage est placée dans un four. La densification est réalisée à température élevée (de l'ordre de 10000 C). La mise en oeuvre de la densification soulève des difficultés lorsque les pièces à réaliser sont de grande dimension, c' est-à-dire lorsqu'au moins une de leurs dimensions dépasse 50 cm. En effet, outre les difficultés tenant à le taille qu'il est nécessaire de prévoir pour le four, il a été observé des déformations sur les pièces obtenues. Les inventeurs ont constaté que ces déformations proviennent en particulier de la pression de compactage. En effet, les plateaux entre lesquels la texture fibreuse est compactée sont généralement reliés l'un à l'autre au moyen de tirants, ou éléments de liaison analogues, disposés en périphérie des plateaux, à l'extérieur des bords de la texture fibreuse. Dans le cas de pièces de grande dimension, le serrage des éléments de liaison provoque une flexion des plateaux qui se traduit par une déformation de la pièce finalement obtenu. Une autre cause de déformation tient à la pression exercée par la texture en cours de densification, en particulier en raison de modification de structure de la matrice, lorsque la densification est réalisée par imprégnation suivie de traitement thermique. Une solution pour réduire les risques de déformation des pièces consiste à utiliser des plateaux plus épais, donc plus rigides. Cette solution présente plusieurs inconvénients. Lorsque la densification est réalisée par infiltration en phase vapeur, l'infîltrabilité de la texture, c'est-à-dire la capacité des gaz d'infiltration à pénétrer au coeur de la porosité de la texture, est réduite. En outre, l'augmentation d'épaisseur se traduit par un colt, un volume et une masse plus élevés, et notamment une inertie thermique plus grande qui nécessite un allongement de la durée des cycles de densification. Aussi, la présente invention-a-t-elle pour but de fournir un outillage permettant la réalisation de pièces de grande dimension en matériau composite exemptes de déformatios, sans recourir à une augmentation de l'épaisseur des plateaux.- Conformément à l'invention, ce but est'atteint du fait que des moyens sont prévus qui agissent par déformations lors du montage de l'outillage pour corriger ou s'opposer à des déformations notamment dues au compactage de la texture fibreuse. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'outillage comprend au moins une poutre située le long de la face externe d'un plateau, des sabots ou cales interposés entre la poutre et la face externe du plateau correspondant, et des moyens pour imposer une déformation à la poutre afin de transmettre par l'intermédiaire des sabots ou cales des efforts tendant à s'opposer aux déformations du plateau. Au moins deux poutres, situées en regard l'une de l'autre, peuvent être disposées de part et d'autres des faces externes des plateaux. Des moyens de liaison relient les deux poutres l'une à l'autre en les déformant, des sabots ou cales étant interposés entre chaque poutre et'la face externe du plateau correspondant. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins l'un des plateaux a, au repos, une face interne dont le profil diffère. de celui de la surface externe de la texture fibreuse avec laquelle elle est destinée à venir en contact, de sorte que les plateau est déformé pour venir entièrement au contact de la texture fibreuse1 lors du compactage de celle-ci, et qu'une déformation de la texture fibreuse compactée est ainsi compensée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après à titre indicatif mais non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique montrant les déformations dues à l'utilisation d'un outillage selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique montrant un premier mode de réalisation d'un outillage selon l'invention, - la figure 3 montre, en vue de dessus, une répartition des sabots interposés entre les poutres et les plateaux de l'outillage de la figure 2, - la figure 4 est une vue schématique montrant une variante de réalisation de l'outillage de la figure 2, - la figure 5 est une vue schématique montrant un deuxième mode de réalisation d'un outillage selon l'invention, et - les figures 6 à 9 sont des vues schématiques illustrant d'autres outillages selon l'invention utilisant des éléments des premiers ou deuxième modes de réalisation. a figure 1 montre un outillage de l'art antérieur destiné au compactage d'une texture fibreuse de renfort 1 en vue de la densification de celle-ci pour réaliser une pièce en matériau composite. La texture 1, formée par exemple par un empilement de couches de tissu, est compactée au moyen de deux plateaux supérieur et inférieur 2, 4 également désignés poinçon et matrice. Des tirants 6 relient les plateaux l'un à l'autre le long de leur bord périphérique. Des entretoises 8 sont interposées entre les plateaux, à l'extérieur de la texture 1, pour définir l'épaisseur de la texture fibreuse compactée. Dans le cas de densification par infiltration chimique en phase vapeur, les plateaux 2, 4 sont percés d'une multitude de trous, de façon bien connue en soi, pour favoriser l'accès du gaz d'infiltration au sein de la porosité de la texture fibreuse. Comme le montre la figure 1,- lorsque la pièce à réaliser, et, par conséquent, la texture fibreuse de renfort 1, a une dimension relativement grande, dans au'moins une direction, le compactage de la texture par serrage des plateaux 2 et 4 l'un vers l'autre au moyen de tirants 6 provoque une déformation en flexion ou bombement des plateaux. Cette déformation se retrouve à l'identique sur les faces de la pièce en matériau composite finalement obtenue. Un premier mode de réalisation d'un outillage selon l'invention permettant de combattre une telle déformation est illustré par les figures 2 et 3. On retrouve une texture fibreuse de renfort 10 compactée entre deux plateaux minces 12; 14, par exemple rectangulaires, formant poinçon et matrice. Les plateaux sont reliés sur tout leur pourtour au moyen de tirants 16, avec interposition d'entretoises 18 fournissant la référence d'épaisseur de la texture. Les déformations des plateaux sont combattues au moyen de poutres 22, 24 situées le long des faces externes des plateaux 12, 14. A chaque poutre 22 correspond une poutre 24 disposée en regard, ces deux poutres étant reliées au moyen de tirants 20 à leurs extrémités. Un ou plusieurs sabots 26 sont interposés entre la poutre 22 et la face externe du plateau 12 et un ou plusieurs sabots 28 sont interposés entre la poutre 24 et la face externe du plateau 14. Les poutres 22, 24 sont serrées l'une vers l'autre au moyen des tirants 20 jusqu'à être déformées en flexion comme montré par la figure 2. De la sorte, les poutres exercent par l'intermédiaire des sabots 26, 28 des efforts qui s'opposent à la déformation des plateaux 12, 14 due au compactage de la texture. La figure 3 illustre un exemple de répartition des poutres 22, 24 et des sabots 26, 28. Dans cet exemple, les paires de poutres 22, 24 sont au nombre de deux, ce nombre pouvant varier en fonction de la dimension des plateaux perpendiculsirement aux poutres. Les sabots 26 et 28 ont une forme tronconique ou pyramidale s'appuyant par leurs bases sur les plateaux. Dans l'exemple illustré, un seul sabot 26 est interposé entre chaque poutre 22 et le plateau 12, sensiblement dans le plan médian du plateau 12 perpendiculaire aux poutres 22. De l'autre cté, deux sabots 28 sont interposés entre chaque poutre 24 et le plateau 14, étant disposés symétriquement l'un de l'autre par rapport au plan médian du plateau 14 perpendiculaire aux poutres 24.Bien entendu, le nombre de sabots entre chaque poutre et le plateau correspondant pourra être différent de 1 ou 2, notamment en fonction de la- dimension des plateaux parallèlement aux poutres. Les poutres 22, 24 sont en un matériau ayant des bonnes propriétés mécaniques aux températures élevées, par exemple un matériau composite thermostructural. Selon une variante de réalisation de l'outillage de la figure 2, l'un des plateaux, par exemple celui 12 formant poinçon, est en plusieurs parties, ou dalles 13, adjacentes assemblées par des joints 11. Les sabots 26 interposés entre le plateau 22 et- la poutre 2 ont une forme tronconique ou pyramidale s'appuyant par leur base sur les faces externes de deux dalles adjacentes. Un deuxième mode de réalisation d'un outillage conforme à l'invention est illustré par la figure 5. La texture fibreuse de renfort 30 est compactée entre deux plateaux minces 32, 34 qui présentent, au repos, des faces en regard bombées. Les plateaux sont reliés au moyen de tirants 36 le long de leurs bords, à l'extérieur de la texture 30. Dans sa partie gauche, le figure 5 montre les plateaux 32, 34 avant serrage. Ils sont au contact avec la texture uniquement dans leur partie centrale. Dans sa partie droite, la figure 5 montre les plateaux 32, 34 après serrage par les tirants 36. Les plateaux sont alors entièrement au contact des faces externes de la texture qui se trouve compactée entre eux. La déformation initiale des plateaux est déterminée pour qu'après serrage, en fonction du degré de compactage souhaité, la texture fibreuse soit exempte de déformation. Des entretoises 38 déterminent l'épaisseur de la texture compactée. En variante, cette épaisseur peut être déterminée par le couple de serrage appliqué aux tirants 36. D'autres modes de réalisation d'un outillage conforme à l'invention sont illustrés par les figures 6 à 9. Dans le cas de la figure 6, la texture fibreuse 40 est compactée entre un plateau 44 rigide épais, formant matrice, et un plateau mince 42 dont la déformation est combattue au moyen d'une ou plusieurs poutres 52 avec interposition de sabots 56 entre la ou chaque poutre 52 et la face externe du plateau 42. La déformation de la ou chaque poutre 52 est obtenue par fixation des extrémités de celle-ci au plateau 44 au moyen de tirants 50 qui passent à l'extérieur des tirants 46 reliant les plateaux 42 et 44. Des entretoises 48 déterminent l'épaisseur de la texture compactée. L'outillage illustré par la figure 7 diffère de celui de la figure 6 par le fait que le serrage du-plateau mince 42 sur la texture 40 est réalisé par les tirants 50, par l'intermédiaire de la poutre 42 et des sabots 56. L'épaisseur de la texture compactée 40 est déterminée par le couple de serrage qui l'applique contre le plateau rigide épais 44. Dans le mode de réalisation de la figure 8, la texture 60 est compactée entre deux plateaux minces 62, 64 dont la déformé tion est combattue au moyen de poutres 72, 74, de manière analogue au mode de réalisation de la figure 2. Toutefois, ici à la différence de ce dernier, plusieurs sabots 76 sont disposés entre la ou chaque poutre 72 et le plateau 62 tandis qu'un sabot 78 en forme d'étrier est interposé entre la ou chaque poutre 74 et le plateau 64. Le sabot 78 exerce un effort sur le plateau 64 au niveau de chacun de ses pieds 78a, 78b et prend appui par son sommet 78c articulé sur la poutre 74. Les poutres 72 et 74 sont reliées par des tirants 70 à leurs extrémités. Le serrage des tirants 70 provoque la déformation des poutres 72, 74.Le sabot 78 articulé sur la poutre 74 permet de répartir l'effort de serrage, ce qui confère à la texture une épaisseur uniforme fonction de cet effort de serrage. Enfin, dans le cas de la figure 9, la texture fibreuse de renfort 80 est compactée entre un plateau mince 84, dont la déformation est combattue par une poutre 94 avec interposition de sabots 98i et un plateau 82 analogue au plateau 32 de la figure 5. Des tirants 90 relient le plateau 82, à ses extrémités, à la poutre 94. Le serrage des tirants provoque la déformation de la poutre 94 et celle du plateau 82 dont la face initialement bombée vient s'appliquer sur toute la face externe correspondante de la texture 80. L'épaisseur de la texture compactée est déterminée par le couple de serrage. Comme déjà indiqué, l'outillage conforme à l'invention est plus particulièrement destiné à la réalisation de pièces de grande dimension en matériau composite thermo-tructural. Les moyens utilisés pour compenser ou s'opposer à la déformation des plateaux permettent d'utiliser des plateaux non rigides, relativement minces. Il en résulte une économie non négligeable de matiere constitutive des plateaux, généralement du graphite ainsi qu' une économie de masse, et, par conséquent, une moindre inertie thermique, ce qui est particulièrement avantageux du point de vue de la durée des cycles de densification. REVENDICATIONS 1. Outillage pour la fabrication de pièces de grande dimension, ces pièces étant en matériau composite obtenu par densification à température elevée d'une texture fibreuse de renfort, l'outillage comprenant deux plateaux formant poinçon (12 ; 32 ; 42 ; 62 ; 82) et matrice (14 ; 34 ; 44 ; 64 ; 84), et des premiers moyens de liaison (16 ; 36 ; 46 ; 50; 70 ; 90) reliant les plateaux l'un à l'autre, pour pouvoir compacter la texture fibreuse entre les plateaux en vue de sa densification, ledit outillage étant caractérisé en ce que des moyens sont prévus qui agissent par déformation lors du montage de l'outillage pour corriger ou s'opposer à des déformations notamment dues au compactage de la texture fibreuse. 2. * Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une poutre (22, 24 ; 52 i 72, 74 ; 94) si- tuée le long de la face externe d'un plateau, des sabots ou cales (26, 28 ; 56 ; 76, 78 ; 98) interposés entre la poutre- et la face externe du plateau correspondant, et des moyens (20 ; 50; 70 90) pour imposer une déformation à la poutre afin de transmettre par l'intermédiaire des sabots des efforts tendant à s'opposer aux déformations du plateau. 3. Outillage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux poutres (22, 24 ; 72, 74) situées en regard l'une de l'autre le long des faces externes des plateaux (12, 14 ; 62, 64), des moyens de liaison (20 ; 70) reliant les deux poutres l'une à l'autre, et des sabots (26, 28 ; 76, 78) interposés entre chaque poutre et la faxe externe du plateau correspondant. 4. Outillage selon la revendication 1, caractérise en ce qu'au moins l'un des plateaux (32, 34 ; 82) a, au repos, une face interne dont le profil diffère de celui de la surface de la texture fibreuse avec laquelle elle est destinée à venir au contact, de sorte que le plateau est déformé pour venir entièrement au contact de la surface fibreuse, lors du compactage de celle-ci; les contraintes exercées par le plateau à l'état déformé sur la tex ture fibreuse compactée s'opposant aux déformations de celle-ci. 5. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un au moins des deux plateaux est réalisé en plusieurs parties adjacentes (13).