Brevet FR2690104A1 — publié le 19931022

"Procédé et outil pour la fabrication de pièces com- plexes à base de matière céramique" La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces de forme compliquée selon lequel on traite un support à l'intérieur d'un outil compose de moules. L'invention concerne également un outil pour la fabrication de pièces complexes en matière très ré- fractaire, outil composé d'au moins un moule. En général, les outils (moules) servant à fabriquer des pièces complexes en matière très réfrac- taire sont en graphite. Pour fabriquer des pièces très réfractaires, notamment des pièces en céramique renforcées par des fibres, on connaît différents procédés. Selon le document EP 430 819, on fabrique un support de fibres, poreux, et on renforce et on durcit avec une matrice de matière céramique que l'on infil- tre Pendant le procédé de compactage et de prise on maintient le support pressé entre deux moules qui, dans le cas du document ci- dessus, sont constitués par deux plaques Les moules sont nécessaires pour assurer la géométrie et l'épaisseur de paroi de la pièce à fa- briquer, notamment en phase de prise. Dans le cas de matières céramiques renfor- cées par des fibres, par exemple en C, Si C ou des ma- tières analogues, pendant le procédé d'infiltration de la matière céramique, les moules sont mis à des tempé- ratures élevées de l'ordre de 10000 C et subissent une pression interne exercée par le support et qui corres- pond à quelques dixièmes de bars Ces conditions d'u- tilisation extrêmes rendent nécessaire l'utilisation de matières résistant à la chaleur et ayant des carac- téristiques de dilatation thermique, optimales C'est pourquoi la matière utilisable pour les moules consti- tuant les outils est en général du graphite pur. Les moules ainsi réalisés se composent, com- me cela est connu selon le document EP 430 819, d'au moins deux parties, à savoir d'un premier moule et d'un contre-moule Pour des pièces de configuration plus compliquée il faut des formes plus compliquées pour les moules et à la fin du procédé de fabrication il faut en général casser en partie les moules pour libérer la pièce Or, dans le cas d'une fabrication de pièces nombreuses présentant des géométries très dif- férentes, cela se traduit par un coût en matière et en fabrication important. La présente invention a pour but de dévelop- per un procédé et un outil correspondant au type défi- ni ci-dessus et permettant de fabriquer, d'une manière très précise quant à la forme, des pièces de configu- ration compliquée avec des moyens aussi réduits que possible. A cet effet, l'invention concerne un procédé correspondant au type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on place le support dans ou sur un moule rigide et on recouvre l'autre face du support avec un moule non rigide. L'invention concerne également un outil pour la mise en oeuvre de ce procédé, cet outil étant ca- ractérisé en ce que le contre-moule se compose d'un moule rigide et d'un contre-moule non rigide. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le contre-moule est muni, du côté de l'outil, par une feuille de séparation, le cas échéant perméa- ble aux gaz. Alors qu'un côté du contour de la pièce ter- minée correspond complètement à un moule rigide en graphite, la mise en pression de la pièce ainsi que la réalisation du contour opposé de la pièce sont assu- rées par un moule non rigide Cela présente l'avantage que le moule non rigide puisse s'enlever facilement à la fin du procédé de fabrication pour permettre l'ex- traction de la pièce hors du moule rigide sans avoir à détruire le moule Toutes les parties de l'outil peu- vent se réutiliser pour la fabrication d'une autre pièce Ainsi, il n'est plus nécessaire de casser l'un des deux moules comme cela est le cas dans les procé- dés classiques. Selon un développement de l'invention, le moule non rigide est constitué par une couche de bil- les ou de particules analogues Cette réalisation per- met une manipulation très simple des moules en ce que la pièce, par exemple des couches de tissu de fibres, se place sur ou dans le moule rigide et sont enrobées sur l'autre face par des billes ou des particules. Pour extraire la pièce terminée, on déverse tout d'a- bord les particules en procédant dans l'ordre inverse puis on extrait la pièce du moule ou on l'enlève du dessus du moule. Cette réalisation selon l'invention offre l'avantage de ne pas nécessiter de conduite de gaz particulière pour les procédés par infiltration, puis- que le gaz peut traverser la couche de particules. La couche de particules n'est pas composée de sphères idéales On peut également utiliser des particules de forme irrégulière Le rayon moyen des particules venant directement contre la pièce doit être inférieur au plus petit rayon de la pièce L'uti- lisation de particules plus petites permet une repro- duction plus précise du contour et une augmentation de la surface d'application de la pression Les charges ponctuelles exercées pendant le procédé de prise sont réduites Dans le cas limite, on peut également envi- sager l'utilisation de poudre comme couche de matière. Alors que la structure poreuse d'une couche de granu- lométrie grossière permet une alimentation suffisante en gaz de procédé pendant le procédé de compression, une couche pulvérulente peut être considérée comme pratiquement imperméable-aux gaz. Lorsque le gazage de la pièce se fait du côté de la couche, il faut choisir à ce niveau un dia- mètre de particule aussi grand que possible On propo- se pour cela, dans le cas de couches qui ne se trou- vent pas directement sur la pièce, d'avoir une struc- ture de grains grossiers. Pour maintenir réunies les particules cons- tituant le moule non rigide, on utilise un moule d'ap- pui de géométrie simple et qui entoure la charge de particules ou de billes Ce moule d'appui peut, le cas échéant, exercer la pression sur la pièce La pression est transmise par l'intermédiaire de la couche de ma- tière et à l'intérieur de celle-ci par la distribution de la pression considérée comme pratiquement isostati- que, sur la pièce Il n'est toutefois pas à prévoir que se produise un déplacement du produit pulvérulent, compacte par vibrations sous l'effet de la libération de la pression de rappel des couches de tissu, lors du chauffage du fait du frottement interne Néanmoins, on peut envisager des variantes de cette solution Selon de telles variantes, on crée une liaison supplémentai- re de la matière par des moyens de chauffage prévus entre les particules déversées en couches, avant ou pendant le chauffage; cette liaison renforce la cou- che pour constituer une pièce de moule rigide Cela peut se faire par exemple par masticage à l'aide d'une matière thermodurcissable ou d'une colle à base de graphite. Selon un autre développement de l'invention, le contre-moule est en matière élastique, placé avec une pré- contrainte appropriée entre un moule d'appui facile à tenir et la pièce De ce fait, une pression pratiquement isostatique est exercée sur la pièce; cette pression est supérieure à la pression de retour élastique prévisible de la pièce en tissu de fibres. La matière élastique est une matière fibreuse, laineu- se ou ouatée, réfractaire comme par exemple du graphi- te, du carbone, de la céramique ou un métal réfractai- re pré-contraint par bourrage (laine, ouate) et com- pression de pièce moulée (feutre) lors de l'applica- tion du moule d'appui Le diamètre des fibres et le remplissage des fibres sont adaptés aux conditions mé- caniques ou de perméabilité (perméabilité aux gaz). La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de quatre exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'un outil selon l'invention. la figure 2 est une coupe transversale d'une variante de réalisation du moule de la figure 1, en position renversée par rapport à celui de la figure 1. la figure 3 montre en vue en coupe une troisième variante de moule selon l'invention. la figure 4 est une vue en coupe d'une quatrième variante de réalisation de l'invention. Pour fabriquer une pièce en forme de pot 10, aux formes compliquées, en céramique composite à fi- bres, on fabrique tout d'abord un support poreux 10 en fibres que l'on compacte, en utilisant l'outil selon l'invention, par infiltration de matière céramique. Selon la figure 1, l'outil se compose d'un moule extérieur 11, rigide, qui est formé de trois parties 12-14 à cause de la forme compliquée du sup- port 10 Ces parties 12-14 sont reliées rigidement par des éléments de fixation 15 Le moule rigide 11, divi- sé, ou encore en un seul morceau dans le cas de pièces de configuration plus simples, est réalisé en graphi- te, plein Ce moule reçoit le support 10 en forme de tissu, mis en place selon des procédés connus et cela jusqu'à une épaisseur de tissu, déterminée quant au nombre de couches de tissu et à la pression appliquée. La face libre du support 10 est alors revêtue d'une couche de particules 16 appliquée sur le support 10 sans laisser d'intervalle. La couche de particules 16 se compose de préférence de billes ou de particules sphériques de différents diamètres de sorte qu'en secouant de maniè- re répétée les particules 17 se placent en fonction croissant du diamètre. Comme le montre la figure 1, la contre-forme se compose d'une couche de particules 16 dont les par- ticules 17 de petits diamètres se trouvent du côté du support 10 Les particules 17 plus grandes, éloignées du support 10, permettent un meilleur passage de gaz pour le gaz du procédé d'infiltration. Pour la transmission de la pression on uti- lise un moule d'appui 18 mis en place en secouant Ce moule fait également partie de l'outil Des vis 19 pressent le moule d'appui 18 contre la couche de par- ticules 16 On presse ainsi de manière appropriée le support 10 entre le moule rigide 11 et le moule 16 non rigide. L'alimentation en gaz de procédé se fait de préférence à travers la couche de particules 16 La porosité d'un compactage le plus étanche formé de sphères idéales représente environ 9 % Pour une tel- le valeur théorique, on satisferait bien à la condi- tion d'un gazage des matières céramiques telles que Si C ou C de 6 % Le moule d'appui 18 comporte à cet effet des perçages 20. La figure 2 utilise pour la même pièce 10 une inversion des moules 11 ou 16 L'outil se compose dans ce cas d'un moule rigide 11 ' qui est appliqué contre le côté intérieur de la pièce 10 en forme de pot Les pièces 12 ' et 14 ' du moule rigide 11 ' servent dans ce cas à délimiter le volume de la couche de par- ticules 16 ' appliquée contre la face convexe de la pièce 10. Les figures 3 et 4 montrent des exemples dans lesquels un moule rigide 30 coopère avec un moule non rigide 31 en matière élastique Un moule d'appui 32, servant de poinçon de pressage, génère la pression nécessaire en étant vissé contre le moule rigide 30. La figure 4 montre une position renversée des moules rigides 30 ' et non rigides 31 ' par rapport à la pièce 10. La matière élastique du contre-moule 31, 31 ' est en une matière fibreuse, laineuse ou en ouate, suivant les applications Pour fabriquer des pièces 10 en matière céramique, on utilise notamment du graphi- te, du carbone, de la céramique ou un métal réfractai- re, que l'on bourre dans le volume compris entre la pièce 10 et le cas échéant les parties de moule 33, 34, rigides; puis on exerce la pression contre la pièce 10 par le moule d'appui 32, 32 '. Tant pour la couche de particules 16 que pour le moule élastique 31, on a une répartition isos- tatique de la pression sur la pièce 10. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Procédé de fabrication de pièces de for- me compliquée selon lequel on traite un support à l'intérieur d'un outil composé de moules, procédé ca- ractérisé en ce qu'on place le support dans ou sur un moule rigide ( 11, 11 ', 30, 30 ') et on recouvre l'autre face du support ( 10) avec un moule non rigide ( 16, 16 ', 31, 31 '). 2 ) Outil pour la fabrication de pièces com- plexes en matière très réfractaire, outil composé d'au moins un moule pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, outil caractérisé en ce qu'il se compose d'un moule rigide ( 11, 11 ', 30, 30 ') et d'un contre-moule non rigide ( 16, 16 ', 31, 31 '). 30) Outil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le moule non rigide ( 16, 16 ') se compo- se d'une couche de billes ou de particules ( 17) analo- gues. ) Outil selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la couche ( 16, 16 ') est en graphite, en carbone, en métal réfractaire ou en une matière céra- mique. ) Outil selon la revendication 3 ou 4, ca- ractérisé en ce que les billes ou particules ( 17) ont des diamètres différents. ) Outil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le contre-moule ( 31, 31 ') est en matiè- re élastique. ) Outil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que la matière élastique ( 31, 31 ') est une matière fibreuse, laineuse ou ouatée, à base de gra- phite, de carbone, de céramique, ou d'un métal réfrac- taire. ) Outil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moule d'appui ( 18, 18 ', 11 ', 12 ', 32, 32 ', 33, 34) coopérant avec le contre-moule ( 16, 16 ', 31, 31 '), le moule d'appui pouvant être serré par rapport au contre-moule ( 16, 16 ', 31, 31 '). 9 ) Outil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le contre-moule ( 16, 16 ', 31, 31 ') est muni, du côté de l'outil, par une feuille de séparation ( 35), le cas échéant perméable aux gaz. ) Outil selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le moule non rigide est formé d'une couche de poudre ou d'une matière pulvérulente à base de graphite, carbone, céramique ou d'un métal réfrac- taire.