Brevet FR2828421A1 — publié le 20030214

pliages japonais obtenus par le procèdé scion les revendications précédentes. La présente invention se rapporte à un procédé de cuisson de noyaux céramiques à utiliser pour mouler des matériaux métalliques fondus. La plupart des fabricants de moteurs de turbines à gaz sont en train d'évaluer des plans de sustentation avancés de turbine réalisés par moulage de précision (c'est-à-dire des aubes ou ailettes de turbine) qui comportent des canaux de refroidissement d' air complexes pour améliorer l'efficacité du refroidissement interne des plans de sustentation ou surfaces portantes afin de permettre une plus grande poussée du moteur et pour réal i ser une durée de vie sat i sfai sante des surface portante. Des passages de refroidissement internes sont ménagés dans les surfaces portantes moulées en utilisant un ou plusieurs noyaux céramiques minces configurés en surface portante positionnés dans un moule de coulée céramique o le métal fondu est coulé dans le moule autour du noyau. Après que le métal fondu s'est solidifié, le moule et le noyau sont retirés en laissant subsister une surface portante moulée avec un ou plusieurs passages internes o se trouvaient avant les noyaux. Le noyau céramique est réalisé d'une manière typique en utilisant un composé céramique plastifié comprenant une poudre céramique, un liant et divers additifs. Le composé céramique est moulé par injection, moulé par transfert, ou bien il est versé à une température élevée dans la matrice ou le moule. Lorsque le noyau à l'état vert (non cuit) est retiré de la matrice ou du moule, il est placé d'une manière typique entre des supports d'enfournement supérieur et inférieur afin de refroidir à la température ambiante avant les opérations de finition et de calibrage du noyau et la cuisson à une température de frittage élevée. Le noyau céramique à l'état vert est cuit à température élevée (superambiante) lors dune ou de plusieurs étapes pour fritter et renforcer le noyau utilisé pour la coulée d'un matériau métallique, comme d'un superalliage à base de nickel ou à base de cobalt. Le brevet US 5 014 763 décrit un noyau céramique à l'état vert positionné entre des supports d'enfournement supérieur et inférieur pendant la cuisson. Le noyau à l'état vert peut présenter une déformation résultant des contraintes induites dans le noyau par les opérations de moulage et/ou de refroidissement à la température ambiante. La déformation peut être un problème particulier d'une région de surface portante du noyau présentant un bord arrière d'une section transvereale relativement mince qui a tendance à se déformer. Par conséquent, les noyaux céramiques à l'état vert peuvent présenter des variations dimensionnelles d'un noyau à l'autre dans une phase d'exécution des noyaux. Par ailleurs, les supports d'enfournement supérieur ou inférieur peuvent venir incorrectement en contact avec le noyau à l'état vert de telle sorte qu'il y a des variations dans les dimensions d'un noyau à l'autre lors d'une phase d'exéaution. La présente invention a pour objet la réalisation d'un procédé de cuisson de noyaux céramiques de façon à réduire les variations dimensionnelles et à améliorer le rendement des noyaux céramiques qui répondent à des tolérances dimensionnelles. Dans un mode de réalisation illustratif de l'invention, un procédé de cuisson d'un noyau céramique comprend les étapes consistant à placer un noyau céramique non cuit (à l'état vert) ou cuit préalablement ayant une forme de noyau moulé sur un support d'enfournement, à placer au moins un sac réfractaire flexible contenant des particules réfractaires sur le noyau céramique pour appliquer une force sur le noyau vers le support d'enfournement pendant la cuisson et à chauffer ensuite le noyau céramique sur le support d'enfournement à une température de cuisson superambiante élevée pour fritter et renforcer le noyau prévu pour l'utilisation lors du moulage d'un matériau métallique. Le chauffage du noyau céramique avec le ou les sacs de poids ou de charge flexible sur celui-ci selon l' invention contribue à rendre conforme le noyau à une surface du support d'enfournement pour réduire une déformation dimensionnelle du noyau et pour améliorer le rendement des noyaux dans des tolérances dimensionnelles présélectionnées. De préférence, plusieurs sacs réfractaires flexibles d'un poids sélectionné sont placés 1 0 sur le noyau selon des orientat ions et local isat ions qui se sont avérées efficaces pour réduire la variation dimensionnelle du noyau relativement à des dimensions d'impression. Le noyau céramique peut être traité selon l' invention à l'état non cuit (vert) ou à l'état cuit. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le sac flexible comprend un sac de tissu en fibre céramique qui contient une chamotte céramique (par exemple des particules céramiques). Le sac empêche un étalement des particules de chamotte pendant la cuisson et empêche une réaction chimique entre les particules de chamotte et le noyau. Le sac peut être configuré en chaussette tuLulaire avec des extrémités opposées qui sont fermées, après que la chaussette a été remplie avec la chamoLte, par un fil métallique ou cordon céramique respectif qui peut réaister à la température de cuisson. Avantageusement, les particules réfractaires peuvent comprendre des particules céramiques frittées. Selon une réalisation de l'invention, les particules céramiques comprennent des particules d'oxyde d'aluminium qui ont une dimension déterminée par tamisage de 3 à 6. Selon encore une réalisation de l'invention, le support d' enfournement comporte une surface d' un contour de surface portante, et le noyau présente une région configurée en surface portante reque sur la surface du support d'enfournement. Le noyau peut, par exemple, avoir une longueur supérieure à environ 15,24 cm. Selon encore une réal i sat ion avantageuse de l'invention, au moins un sac peut être réutilisé pour cuire un autre noyau. L'invention est avantageuse, bien qu'elle ne soit pas limitée à cela pour cuire un noyau céramique relativement grand qui comporte une région de surface portante qui a tendance à se déformer. A titre d'exemple seulement, l' invention est avantageuse pour la cuisson de noyaux céramiques utilisés pour le moulage de précision de surfaces portantes (par exemple d'aubes et d'ailettes de turUine) de moteurs de turbines à gaz basés sur la terre et aériens. L' invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l 'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un noyau céramique de surface portante typique à l'état vert (non cuit) ou cuit qui peut être cuit selon l 'invention; - la figure 2 est une vue en perepective du noyau céramique de surface portante disposé sur un support d'enfournement inférieur, avec plusieurs sacs de charge ou de poids flexibles sur celui-ci selon un mode de réalisation de l'invention. Les fentes et ouvertures représentées dans le noyau de la figure 1 sont omises sur la figure 2 pour plus de clarté; et - la figure 3 est une vue en section de la surface portante sur un support d'enfournement de la figure 2. La présente invention sera décrite ci-après, à titre d' illustration seulement, en rapport avec la fabrication de noyaux céramiques réalisés par un moulage de noyau classique par versement, par moulage par injection, moulage par transfert ou d'autres techniques de formation de noyaux o un composé céramique plastifié est introduit dans une matrice ou moule. Un moulage de noyau classique par versement implique le mélange d'une ou de plusieurs poudres de céramique (par exemple de poudres d'alumine, d'oxyde de silicium, de zircon et/ou de ziraone), d'un liant liquide comme un liant liquide de silicate d'éthyle polymérisé de manière catalytique, et d'autres additifs, le versement du mélange dans une matrice et l 'application d'une pression jusqu'à ce que le liant se polymérise/durcisse suivi du retrait du noyau à l'état vert de la matrice. Le noyau à l'état vert est ensuite soumis à un traitement de combustion o le noyau à l'état vert est heurté avec une flamme d'alcool afin d' augmenter la résistance du noyau à l'état vert avant qu'il soit soumis à un traitement de frittage (cuisson) à température élevée pour fritter et renforcer le noyau pour l'utilisation pour le moulage d'un matériau métallique, comme d'un superalliage à base de nickel ou à base de cobalt. Un noyau céramique moulé par injection ou par transfert est moulé en injectant un composé céramique comprenant une ou plusieurs poudres céramiques (par exemple une poudre d'alumine, d'oxyde de silicium, de ziraon et/ou de zircone), un liant organique (par exemple un matériau de liant thermodurcissable, un matériau de liant thermoplastique ou thermoplastique à réticulation et des mélanges de ceux-ci) et divers additifs à température élevée dans une matrice à température de matrice superambiante pour former un noyau à l'état vert. Les poudres céramiques, liants organiques et additifs particuliers pour réaliser le noyau peuvent être sélectionnés parmi des matériaux classiques disponibles et peuvent être utilisés à cette fin et ne font pas partie de cette invention. Un noyau céramique non cuit (à l'état vert) peut être traité selon l'invention. De plus, un noyau céramique cuit préalablement peut être traité davantage selon l'invention. Par exemple, lorsqu'un noyau céramique versé est soumis à deux ou plusieurs traitements de cuisson, une partie ou l 'ensemble des traitements de cuisson peut être exéauté selon l 'invention en utilisant le ou les sacs réfractaires flexibles. Dans un but d' illustration et non pas de limitation, l' invention sera décrite ci-après en rapport avec la fabrication de noyaux céramiques utilisés pour le moulage de précision de surfaces portantes de turbines à gaz, comme des aubes et ailettes de turbine. De telles surfaces portantes sont coulées d'une manière typique avec précision en utilisant des superalliages à base de nickel et des superalliages à base de cobalt, et elles sont moulées pour avoir une microstructure de grains équiaxiale ou une microstructure directionnellement solidifiée comprenant des grains colonaires ou un monocristal. L' invention est particulièrement utile, mais non pas limitée à la fabrication de noyaux céramiques relativement grands utilisés pour le moulage de précision de surfaces portantes pour des moteurs de turbines à gaz basés sur terre o les noyaux peuvent avoir des longueurs plus grandes qu' environ 15,24 cm à 106,68 cm et plus. En se reportant aux figures 1 à 3, à titre d' illustration et non pas de limitation, un noyau céramique illustratif à l'état vert (non cuit) retiré d'une matrice ou moule (non représentée) est montré schématiquement et est configuré pour l'utilisation lors du moulage d'une aube de moteur de turbine à gaz en un superalliage à base de nickel ou de cobalt. Le noyau à l'état vert 10 comprend une région de racine ou base 12 et une région de surface portante 14. La région de surface portante 14 comporte un bord avant 16 et un bord arrière 18 d'une section transversale relativement mince. Des ouvertures 21a et/ou des fentes 21b de diverses configurations et dimensions peuvent être réalisées à travers le noyau 10 pour former des parois oblongues, des bases ou socles arrondies et d'autres caractéristiques dans l'intérieur de l'aube de turbine coulée, comme cela est bien connu. Les ouvertures et/ou fentes 21a, 21b sont émises sur la figure 2 pour plus de clarté. Le noyau 10 présente un côté convexe S1 et un côté concave opposé S2, comme cela est bien connu pour des noyaux de surface portante de turbine. Les côtés S1, S2 présentent d'une manière typique des caractéristiques de surface complexes comme des nervures, des socles, des générateurs de turbulence et analogues. Le bord arrière 18 diminue d'une manière typique en un bord très mince qui a tendance à se voiler ou à onduler ou à se déformer d'une autre manière. En se reportant aux figures 2 et 3, le noyau non cuit (à l'état vert) 10 est représenté en position sur une surface 20a de réception de noyau, orientée vers le haut, d'un support d'enfournement inférieur rigide 20. Le noyau 10 à l'état vert peut être positionné sur le support d'enfournement 20 lorsque le noyau est touj ours à une température de moulage élevée (par exemple à 32,2 jusqu'à environ 149 C) suivi du retrait de la matrice ou du moule, ou après que le noyau à l'état vert 10 a refroidi à la température ambiante. Au lieu d'un noyau à l'état vert, le noyau 10 peut comprendre un noyau qui a été cuit auparavant en tant que partie d'un programme de cuisson multiple tel que pouvant être utilisé pour des noyaux céramiques versés. Le support d'enfournement inférieur rigide 20 peut comprendre un matériau métallique, plastique (par exemple un plastique REN pouvant être obtenu auprès de la société Ciba Geigy), un matériau céramique ou un autre matériau relativement rigide/raide. Le support d'enfournement 20 comporte une surface de réception de noyaux 20a qui a un profil ou contour recherché présélectionné auquel le côté proche S1 du noyau céramique à l'état vert 10 peut se conformer. Par exemple, la surface 20a du support d'enfournement est représentée sur les figures 2 et 3 avec un contour de surface portante présélectionné pour recevoir la région de surface portante 4 du noyau 10 sur celle-ci. La surface 20a du support d'enfournement présente d'une manière typique un contour plat en ce que la surface ne présente pas de détails de surface, comme des bases, des éléments générateurs de turbulence et analogues qui peuvent être présents sur la région de surface portante 14 du noyau 10. En mettant en oeuvre un mode de réalisation du procédé de l' invention pour cuire un noyau 10 à base d'oxyde de silicium, un ou plusieurs sacs de charges réfractaires flexibles 30 contenant des particules réfractaires 32 est/sont placéss sur le côté orienté vers le haut S2 du noyau 10 pour appliquer une force distribuée généralement uniformément (à cause de son poids) sur le noyau vers la surface 20a du support d'enfournement pendant la cuisson pour encourager l' adaptation du côté S1 du noyau à la surface 20a du support d'enfournement pendant la cuisson du noyau dans la plage de 871 à 1149 C, par exemple seulement. Chaque sac de charge 30 est flexible de telle sorte que le sac peut s' adapter à la surface supérieure du noyau 10 pour distribuer et appliquer une force (force de gravité) sur le noyau vers la surface 20a du support d'enfournement tout en permettant également à des gaz du matériau de noyau de passer à travers le sac. Chaque sac 30 peut être réalisé à partir d'une étoffe en fibres céramiques tissées (par exemple en oxyde de silicium ou en alumine) disponible dans le commerce comme tissu Kaotex de Thermal Ceramics, Augusta, Georgia. Une feuille plate d'une étoffe en fibres céramiques qui est pliée sur elle-même, et les bords repliés adjacents de l'étoffe sont cousus ensemble en utilisant une fibre en oxyde de silicium ou en alumine pour former un sac tubulaire ou une chaussette 30. L' invention n'est pas limitée au sac ou à la chaussette en étoffe en fibres céramiques particulier étant donné que d'autres matériaux réfractaires ou céramiques peuvent être utilisés pour fabriquer les sacs de charge flexibles 30 destinés à contenir les particules céramiques 32 à la température de cuisson et qui ne réagissent pas avec le matériau du noyau pendant la cuisson. Lors de la cuisson d'un noyau à base d'oxyde de silicTum, les particules réfractaires 32 comprennent de la chamotte d'alumine qui comprend des particules d'alumine frittées d'une dimension détermince par tamisage de 3 à 6 (dimension déterminée par tamisage en accord avec le Standard Tamis U.S.). De telles particules de chamotte d'alumine ont d'une manière typique des diamètres d' environ 0,63 cm. De la chamoUte d'alumine de ce type est disponible dans le commerce auprès de Aluchem, Reading, Ohio. L' invention n'est pas limitée à la chamotte d'alumine, étant donné que d'autres particules réfractaires ou céramiques 32 peuvent être placées dans les sacs de poids ou de charge 30. Les particules réfractaires ou céramiques 32 sont choisies pour ne pas fritter ensemble à la température particulière et au moment de l'opération de cuisson du noyau. Les sacs de charge tubulaires flexibles 30 sont remplis manuellement ou à la machine avec des particules 32 d'un poids approprié, et les extrémités ouvertes des sacs 30 sont nouées (fermées) en utilisant des noeuds en fil métallique ou en corde céramique 34 qui peuvent résister à la température/au temps de cuisson pour maintenir les sacs fermés. D'une manière typique, une extrémité du sac 30 est fermée en utilisant un premier noeud 34, et ensuite le sac est rempli de particules 32 à travers l'extrémité ouverte restante suivi de la fermeture de l'extrémité ouverte restante en utilisant un second noeud 34. Des noeuds appropriés 34 peuvent comprendre un fil de thermocouple Ni-Cr, ou un fil de thermocouple en platine ou en alliage de platine qui est tordu autour des extrémités opposées des sacs 30 pour former les fermetures d'extrémité. Les sacs 30 empêchent l'étalement des particules 32 à l'intérieur pendant la cuisson et empêchent une réaction chimique entre les particules 32 et le noyau 10. Bien que la figure 2 montre trois sacs 30 positionnés traneversalement et espacés sur l'axe longitudinal du noyau 10, ces positions des sacs relativement au noyau sont proposées simplement à titre d' illustration et non pas de limitation. Lors de la mise en oeuvre de l 'invention, les orientations et les emplacements des sacs 30 sur le noyau 10 sont déterminés d'une manière empirique pour chaque conception de noyau particulière pour encourager une adaptation du noyau à la surface 20a du support d'enfournement et pour réduire ainsi la variation dimensionnelle du noyau 10 par rapport aux dimensions d' impression recherchées. Par exemple, différentes configurations de noyau peuvent avoir différentes régions qui ne s'adaptent pas, par inhérence, aussi étroitement que souhaité à la surface 20a du support d'enfournement à cause d'un rétrécissement ou d'une distorsion du noyau, et pour d'autres raisons. Par conséquent, lors de la mise en oeuvre de l 'invention, les sacs 30 peuvent être orientés traneversalement à l'axe longitudinal du noyau 10, comme représenté sur la figure 2, et/ou ils peuvent être orientés parallèlement à l'axe long, et/ou selon n'importe quel angle relativement à celui-ci, selon le besoin, et déterminés d'une manière empirique par expérimentation systématique pour obtenir l 'adaptation du noyau particulier 10 à la surface 20a du support d'enfournement. Chaque sac 30 applique une force distribuée uniformément sur le noyau 10 à cette fin. D'une manière similaire, le nombre et poids des sacs 30 (en plus des orientations et emplacements des sacs sur le noyau 10) sont déterminés d'une manière empirique pour chaque concept ion de noyau part icul ière pour encourager l' adaptation du noyau à la surface 20a du support d'enfournement et pour réduire ainsi une variation dimensionnelle du noyau 10 relativement aux dimensions d' impression recherchées. Les poids des sacs peuvent être différents à des emplacements différents sur le noyau 10 à cette même fin. A titre d'illustration et non pas de limitation, les trois sacs 30 représentés peuvent chacun avoir un poids d' environ 0,68 cg. Lors de l'exécution d'un mode de réalisation du procédé de l'invention, le noyau céramique 10 sur le support d'enfournement 20 avec un ou des sacs de charge positionnés sur le noyau est cuit dans un four classique à une température de cuisson superambiante élevée pour fritter les particules du noyau céramique ensemble et pour renforcer le noyau en vue d'une utilisation pour le moulage d'un matériau métallique. Pour la cuisson d'un noyau céramique vert à base d'oxyde de silicium, la température de cuisson maximale du noyau peut se situer dans la plage de 871 à 1149 C en fonction de la composition de noyau utilisée. La cuisson peut être effectuée dans une aLmosphère d'air dans le four. Le noyau 10 est soumis d'une manière typique à un cycle de cuisson classique comprenant une étape d'échauffement, une étape de maintien à la température de cuisson maximale et une étape de refroidissement pour une période de temps d'agrégat de plusieurs heures à plusieurs j ours. La vitesse de chanffage à la température de cuisson maximale est d'une manière typique d' environ 10 à environ 75 C par heure pour un noyau à base doxyde de silicium, à titre d' illustration seulement. La cuisson du noyau céramique 10 avec un ou des sacs de poids flexibles 30 sur celui-ci selon l 'invention encourage l 'adaptation du noyau à la surface 20a du support d'enfournement 20 pour réduire des variations dimensionnelles du noyau et augmente le rendement des noyaux céramiques cuits qui se situent dans des tolérances dimensionnelles présélectionnées (photocalque). Après la cuisson, le ou les sacs de charge 30 peuvent être réutilisés pour la cuisson d'autres noyaux 10. REVEND I CAT I ONS 1. Procédé de cuisson d'un noyau céramique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à placer un noyau (10) sur un support d'enfournement (20), à placer au moins un sac réfractaire flexible (30) contenant des particules réfractaires (32) sur ledit noyau pour appliquer une force sur ledit noyau (10) vers ledit support d'enfournement et à chauffer ledit noyau à une température de cuisson superambiante élevée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs desdits sacs (30) sont placés sur ledit noyau selon des orientations différentes relativement audit noyau. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs desdits sacs (30) sont placés sur ledit noyau à des emplacements différents sur ledit noyau. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs desdits sacs (30) de poids différents sont placés sur ledit noyau. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un sac précité (30) comprend une étoffe en fibres céramiques. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins un sac précité (30) a une configuration de sac tubulaire. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités opposées de ladite configuration de sac tuLulaire sont fermées par un noeud respectif (34). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit noeud (34) comprend un fil métallique ou une corde céramique. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites particules réfractaires (32) comprennent des particules céramiques frittées. . 10. ProcdA Gelon la revedication 9, caractAris en ce que lesdiLes particules cdramiques comprennenL des particules d'oxyde d'aluminium. 11. ProcAd selon la revendicaLion 10, caracLArisA en ce que 1eGdiLeG parLiculeG d'oxyde #'aluminium onL une dimension dAterminde par tagiGage de 3 6. 12. ProcAdA selon la revendication 1, caracL6riG en ce gue ladiL supporL d'enfournemenL (20) comporLe une suface prAGenLanL un conLour de suface poLante, et ledit noyau (10) prsente une rgion (14) configurde en suface porLanLe reque Gur ladite suface dudit Gupport d'enfournement. 11. Procd Gelon la revendication 12, caractris en ce que ladit noyau (10) a une longueur plus rande qu' environ 15,24 cm. 14. Procd selon la revendication 1, caractAri en ce qu'il comprend i'6tape supplAmentaire cOnsistant rAutiliser au moinG un sac prcitd pour cuire un autre noyau prAcit@. 15. ProcAdA Gelon la revendicaLion 1, caracL6risA en ce que ladiL ncyau cAramigue (10} eGL un noyau non cuiL. 16. Procd selon la revendicaLion 1, caractrisA