Brevet FR3045679A1 — publié le 20170623

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne notamment un métier à tisser ainsi qu'un procédé de fabrication d'une structure fibreuse tissée mettant en oeuvre un tel métier à tisser. Afin de former une pièce en matériau composite, une structure tissée, destinée à former le renfort fibreux de la pièce, peut tout d'abord être obtenue par tissage d'une pluralité de fils à l'aide d'un métier à tisser. Une phase de matrice en carbure de silicium peut ensuite être formée par densification par voie gazeuse (« Chemical Vapor Infiltration », « CVI ») dans la porosité de la structure tissée obtenue au préalable. La phase de matrice ainsi formée peut présenter une microporosité résiduelle et ne pas être parfaitement homogène (présence d'excroissances de carbure de silicium). Cette densification sous-optimale peut conduire à une diminution des propriétés mécaniques de la pièce en matériau composite obtenue. Il existe donc un besoin pour proposer une nouvelle solution permettant d'améliorer la qualité de la phase de matrice de carbure de silicium formée par densification par voie gazeuse dans le cadre de la formation de pièces en matériau composite comprenant un renfort fibreux. Objet et résumé de l'invention A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un métier à tisser comportant au moins un élément en molybdène destiné à entrer en contact avec des fils à tisser. Par « élément en molybdène », il faut comprendre un élément constitué de molybdène aux inévitables impuretés près. Les inventeurs ont en effet constaté que le problème de densification sous-optimale qui peut être rencontré dans les procédés de l'art antérieur est lié la présence à la surface des fils après tissage de particules de fer ou de nickel. Le dépôt de ces particules à la surface des fils provient du contact entre les fils et des éléments du métier à tisser, comme les dents du peigne ou les lisses qui comportent du fer et du 3045679 2 nickel. Ces particules de fer et de nickel constituent des germes de croissance du carbure de silicium durant la densification par voie gazeuse et conduisent à la formation locale de nodules de carbure de silicium et, par conséquent, à une densification inhomogène. L'utilisation du 5 molybdène pour former un ou plusieurs éléments du métier à tisser destinés à être mis en contact avec les fils à tisser permet de réduire le caractère inhomogène de la phase de matrice en carbure de silicium obtenue par densification par voie gazeuse. En effet, le molybdène est un matériau, dit compatible de la densification par voie gazeuse, dans la 10 mesure où il demeure sensiblement inerte durant l'étape de densification par voie gazeuse et réduit significativement, voire empêche, la formation d'excroissances de carbure de silicium. La phase de matrice formée présente donc avantageusement une meilleure homogénéité et la pièce ainsi obtenue présente de meilleures propriétés mécaniques. Le choix du 15 molybdène est, par ailleurs, d'intérêt dans le contexte de la présente invention la mesure où ce matériau présente une bonne dureté et peut donc subir de nombreux cycles de tissage. Les inventeurs ont réalisé plusieurs essais afin de déterminer que le problème de densification sous-optimale était lié à la nature du 20 matériau formant les éléments du métier à tisser. Les fils non ensimés provenant directement du fournisseur ont, dans le cadre d'un premier essai, été revêtus de carbure de silicium par voie gazeuse. Le contrôle de la qualité du dépôt de carbure de silicium a été effectué par microscopie électronique à balayage (« MEB ») et n'a pas révélé d'anomalie. L'effet du 25 guipage et du déguipage a ensuite été évalué. Dans le cadre d'un deuxième essai, les fils ont été guipés puis revêtus de carbure de silicium par voie gazeuse. Le contrôle de la qualité du dépôt de carbure de silicium par microscopie électronique à balayage n'a pas révélé d'anomalie. Dans le cadre d'un troisième essai, les fils ont été guipés, puis déguipés et 30 ensuite revêtus de carbure de silicium par voie gazeuse. Le contrôle de la qualité du dépôt de carbure de silicium par microscopie électronique à balayage n'a pas révélé d'anomalie. Le quatrième essai s'est attaché à évaluer l'impact du tissage des fils sur la qualité de la phase de matrice de carbure de silicium formée ultérieurement. Les fils ont après tissage été 35 revêtus par du carbure de silicium par voie gazeuse. Le résultat illustré à la figure 1 a été obtenu montrant la présence de nombreuses 3045679 3 excroissances de carbure de silicium et donc d'une densification inhomogène lorsque les dents du peigne du métier à tisser utilisé étaient en acier ine comprenant du fer et du nickel. Suite à ces constatations, les inventeurs 'ont déduit que le problème de densification sous-optimale était 5 lié à la nature du matériau formant les éléments du métier à tisser destinés à entrer en contact avec les fils lors du tissage. Dans un exemple de réalisation, les dents du peigne du métier à tisser peuvent être en molybdène. En variante ou en combinaison, une ou plusieurs lisses du métier à tisser peut être en molybdène. Les dents 10 du peigne peuvent être en molybdène et au moins une lisse peut être en un matériau différent du molybdène. En variante, au moins une lisse peut être en molybdène et les dents du peigne peuvent être en un matériau différent du molybdène. En variante encore, les dents du peigne et au moins une lisse peuvent être en molybdène. 15 Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une structure fibreuse tissée comportant au moins une étape de tissage d'une pluralité de fils à l'aide du métier à tisser tel que décrit plus haut. Les fils peuvent être en matériau céramique ou en carbone. Les 20 fils céramiques peuvent, par exemple, être en carbure de silicium (SiC) ou formés essentiellement de SiC, incluant des fils en matériau de type Si-C-0 ou Si-C-0-N, c'est-à-dire contenant aussi de l'oxygène et éventuellement de l'azote. Dans un exemple de réalisation, les fils peuvent être revêtus 25 d'un revêtement d'interphase. Le tissage de fils revêtus par un revêtement d'interphase par le métier à tisser selon l'invention est particulièrement avantageux puisque les fils ainsi revêtus présentent une surface relativement rugueuse accrochant plus de particules que dans le cas de fils sans revêtement. 30 Ainsi, lorsque des fils revêtus d'une interphase sont tissés, ces derniers vont présenter à leur surface, après tissage, une quantité significative de particules suite au frottement avec les éléments du métier à tisser. Ces particules conduisent, comme expliqué plus haut, à une densification inhomogène si elles ne sont pas en un matériau compatible de la 35 densification par voie gazeuse. L'invention permet donc avantageusement de réduire significativement le problème de densification inhomogène qui 3045679 4 se pose lorsque des fils revêtus d'une interphase sont tissés, d'autant que de tels fils revêtus ne peuvent subir un traitement acide de décapage après tissage. En variante, les fils peuvent être dépourvus d'un revêtement 5 d'interphase. Selon un troisième aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comportant au moins les étapes suivantes : a. fabrication de la structure tissée par mise en oeuvre d'un 10 procédé tel que décrit plus haut, et b. formation d'une phase de matrice en carbure de silicium dans la porosité de la structure tissée par densification par voie gazeuse afin d'obtenir la pièce en matériau composite. La structure tissée est destinée à former le renfort fibreux de la 15 pièce en matériau composite. Selon un quatrième aspect, l'invention a pour objet une structure fibreuse comportant une pluralité de fils tissés, lesdits fils présentant des particules de molybdène à leur surface et étant dépourvus de particules de fer ou de nickel à leur surface. 20 Cette structure tissée correspond à la structure qui peut être obtenue après tissage de fils par le métier à tisser décrit plus haut. Cette structure tissée peut être destinée à être densifiée par voie gazeuse par une phase de matrice de carbure de silicium. Les fils de la structure tissée peuvent être en matériau 25 céramique ou en carbone. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif. Il sera fait référence aux 30 dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une photographie obtenue par microscopie à balayage électronique de fils tissés par un métier à tisser hors invention après densification par voie gazeuse, - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un métier à 35 tisser selon l'invention, et 3045679 5 - la figure 3 est une photographie obtenue par microscopie à balayage électronique de fils tissés par un métier à tisser selon l'invention après densification par voie gazeuse. 5 Description détaillée de modes de réalisation La figure 2 représente un métier à tisser 100 selon l'invention. Le métier à tisser 100 est un métier à tisser de type Jacquard utilisé notamment pour réaliser des textures fibreuses ou tissus par tissage multicouches entre des couches de fils de chaîne et des couches de fils de 10 trame. Le métier à tisser 100 est équipé d'une mécanique Jacquard 101 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 2. Le métier 100 comprend également un harnais 110 constitué d'une planche d'empoutage 111 et des fils de commande ou lisses 113, chaque lisse 113 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 102 de la 15 mécanique Jacquard 101 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 105 fixés au bâti 103 du métier à tisser 100. Chaque lisse 113 comprend un oeillet 114 traversé par un fil de chaîne 201. Les lisses 113 et leur oeillet 114 associé s'étendent dans une zone D dans laquelle les lisses 113 et les oeillets 114 sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement 20 vertical représenté par la double flèche F. Les lisses 113 sont soumises à des efforts de traction respectivement exercés par les crochets de commande 102 et par les ressorts de rappel 105. Les lisses 113 permettent de soulever certains fils de chaîne 201 et de créer ainsi une foule 104 permettant l'introduction de fils de trame 202. Les lisses 113 25 sont réparties spatialement dans la zone D en fonction de la position des trous 1110 de la planche d'empoutage 111, c'est-à-dire suivant une pluralité de colonnes 1111 de trous 1110 et de lignes 1112 de trous 1110. Par souci de simplification et de clarté de la figure 2, seules deux colonnes de lisses 113 et de fils de chaîne 201 associés sont ici représentées en 30 dessous du harnais 110. Les fils de chaîne issus des colonnes de lisses sont rabattus et organisés par le peigne 120 suivant le nombre de colonnes et de couches de fils de chaîne défini pour le tissu. Le métier à tisser 100 selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément en molybdène destiné à entrer en 35 contact avec les fils 201 et 202 à tisser lors du tissage. La teneur massique en molybdène dans ledit élément est de sensiblement 100%. 3045679 6 Les lisses 113 et/ou les dents 121 du peigne 120 du métier à tisser 100 peuvent être en molybdène. Le peigne 120 peut être monolithique et formé de molybdène. Avantageusement, chaque élément du métier à tisser 100 destiné à entrer en contact avec les fils lors du tissage est 5 dépourvu de fer ou de nickel. Les fils 201 et 202 tissés peuvent être en matériau céramique, ces fils 201 et 202 étant par exemple commercialisés par la société japonaise Nippon Carbon sous la référence « Nicalon » ou « Hi-Nicalon » ou « Hi-Nicalon Type-S », ou par la société japonaise Ube Industries sous 10 la référence « Tyranno-ZMI ». Comme expliqué plus haut, les fils 201 et 202 peuvent ou non être revêtus d'un revêtement d'interphase. Lorsqu'il est présent, le revêtement d'interphase peut être monocouche ou multicouches. Le revêtement d'interphase peut comporter au moins une couche de carbone pyrolytique (PyC), de nitrure de bore (BN) ou de 15 carbone dopé au bore (BC, avec 5% at à 20% en pourcentages atomiques de B, le complément étant C). En variante, les fils 201 et 202 sont dépourvus d'un quelconque revêtement. Une fois la structure fibreuse tissée obtenue par tissage des fils 201 et 202 par le métier à tisser 100, une phase de matrice de carbure de 20 silicium peut être formée, de manière connue en soi, par densification par voie gazeuse dans la porosité de la structure tissée afin d'obtenir la pièce en matériau composite. Avant la densification, la structure fibreuse tissée comporte une pluralité de fils présentant des particules de molybdène à leur surface et lesdits fils peuvent avantageusement être dépourvus de 25 particules de fer ou de nickel à leur surface. Afin de réaliser la densification, la structure tissée est placée dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la 30 phase gazeuse au sein de la porosité de la structure fibreuse pour y former la phase de matrice par dépôt, au coeur du matériau au contact des fibres, d'un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants. La formation d'une phase de matrice de SiC peut être 35 obtenue avec du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SIC par décomposition du MTS. 3045679 7 La figure 3 est une photographie obtenue par microscopie à balayage électronique de fils tissés par le métier à tisser 100 dont les dents du peigne sont en molybdène après densification par voie gazeuse par une phase de matrice de SIC. Beaucoup moins d'excroissances de SiC 5 sont présentes par rapport au résultat illustré à la figure 1 correspondant au cas où les fils sont tissés à l'aide d'un métier à tisser hors invention où les dents du peigne sont en acier inox. La densification illustrée à la figure 3 est de meilleure qualité que celle de la figure 1, aboutissant ainsi à une pièce en matériau composite présentant des propriétés mécaniques 10 améliorées. REVENDICATIONS1. Métier à tisser (100) comportant au moins un élément (121 ; 113) en molybdène destiné à entrer en contact avec des fils (201 ; 202) à tisser. 2. Métier à tisser (100) selon la revendication 1, les dents (121) du peigne (120) du métier à tisser étant en molybdène. 3. Métier à tisser (100) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, une ou plusieurs lisses (113) du métier à tisser étant en molybdène. 4. Procédé de fabrication d'une structure fibreuse tissée comportant au moins une étape de tissage d'une pluralité de fils (201 ; 202) à l'aide du métier à tisser (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Procédé selon la revendication 4, les fils (201 ; 202) étant en matériau céramique ou en carbone. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, les fils (201 ; 202) étant revêtus d'un revêtement d'interphase. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, les fils (201 ; 202) étant dépourvus d'un revêtement d'interphase. 25 8. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comportant au moins les étapes suivantes : a. fabrication de la structure tissée par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, et 30 b. formation d'une phase de matrice en carbure de silicium dans la porosité de la structure tissée par densification par voie gazeuse afin d'obtenir la pièce en matériau composite. 9. Structure fibreuse comportant une pluralité de fils tissés, lesdits 35 fils présentant des particules de molybdène à leur surface et étant dépourvus de particules de fer ou de nickel à leur surface. 3045679 9 10. Structure fibreuse selon la revendication 9, les fils étant en matériau céramique ou en carbone.