Brevet FR3052164A1 — publié le 20171208

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne la réalisation de pièces en matériau composite à matrice céramique ou au moins partiellement en céramique, désigné ci-après par matériau CMC. Un domaine d'application de l'invention est la réalisation de pièces destinées à être exposées en service à des températures élevées en atmosphère oxydante, notamment dans des domaines aéronautique et spatial, en particulier des pièces de parties chaudes de turbomachines aéronautiques, étant noté que l'invention peut être appliquée dans d'autres domaines, par exemple le domaine des turbines à gaz industrielles. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les matériaux composites à matrice céramique ou au moins partiellement en céramique possèdent des bonnes propriétés thermostructurales, c'est-à-dire des propriétés mécaniques élevées qui les rendent aptes à constituer des pièces structurales, et la capacité de conserver ces propriétés à hautes températures. L'utilisation de ces matériaux à la place de matériaux métalliques pour des pièces exposées en service à des températures élevées a donc été préconisée, d'autant que les matériaux CMC présentent une masse volumique sensiblement plus faible que les matériaux métalliques auxquels ils se substituent. Un premier procédé bien connu pour la fabrication de pièces en matériau CMC comprend la réalisation d'une préforme fibreuse à partir d'une texture fibreuse tissée, la préforme étant consolidée par injection 25 d'une matrice céramique dans une cavité formée de deux demi-coquilles. Un deuxième procédé bien connu sous le nom de procédé poly-flex consiste à mettre en forme une préforme fibreuse sur un outillage comportant une surface ayant le profil désiré du produit final. La préforme est ensuite couverte par une membrane imperméable déformable et de la 30 barbotine est injectée entre la membrane et la préforme. De l'autre côté de la membrane, une pression isostatique est exercée sur la membrane par un fluide lequel engendre une déformation de la face de la membrane située 3052164 2 en regard de la préforme. Ce fluide force la matrice entre les fibres. Un tel procédé est par exemple décrit dans le document US 7,866,969. Selon un troisième procédé connu, le matériau CMC peut être obtenu par infiltration sous vide-pression (ou aspiration de poudre submicronique, 5 APS). Dans ce procédé, un renfort fibreux est placé sur un filtre, une suspension céramique en milieux aqueux est versée sur la surface supérieure du renfort, une pression est appliquée sur la surface libre de la suspension pour la faire pénétrer dans le renfort et un vide est fait sous la face inférieure du filtre pour éliminer l'eau sous forme liquide. 10 Toutefois, quel que soit son procédé de fabrication, l'étape de démoulage de la pièce en matériau CMC s'avère être une opération critique. En effet, la pièce n'est pas à son stade final au moment du démoulage, un traitement thermique à haute température devant encore être appliqué par la suite pour conférer au matériau CMC ses 15 caractéristiques finales. De ce fait, des agglomérats constitués de plusieurs grains (qui ne seront consolidés que lors du futur traitement thermique) peuvent se détacher de la surface de la pièce en CMC et former des indications. Il a donc été proposé d'appliquer un agent démoulant et/ou un tissu 20 comprenant du polytétrafluoroéthylène (PTFE - commercialisé sous la marque Teflon® notamment) afin de réduire le risque d'apparition d'indications. Toutefois, des indications peuvent encore apparaître ponctuellement, notamment dans les zones de la pièce en matériau CMC subissant de fortes contraintes au démoulage. RESUME DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique ou au moins partiellement en céramique qui supprime les indications susceptibles d'apparaître à la surface de la pièce finie et permette ainsi de réduire le risque de mise en rebut de la pièce. 3052164 3 Pour cela, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique ou au moins partiellement en céramique comprenant les étapes suivantes : - prévoir une préforme fibreuse, 5 - remplir la préforme fibreuse avec une matrice céramique ou au moins partiellement en céramique de manière à obtenir une pièce intermédiaire en matériau composite, - démouler la pièce intermédiaire, et - appliquer un traitement thermique à la pièce intermédiaire afin 10 d'obtenir une pièce finale. Le procédé de fabrication comprend en outre une étape de retouche de tout ou partie d'une surface de la pièce intermédiaire, ladite étape de retouche comprenant une application d'une barbotine comprenant au moins une charge céramique sur tout ou partie de la surface de la pièce 15 intermédiaire. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé de fabrication sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : 20 - l'étape de traitement thermique de la pièce intermédiaire est réalisée après l'étape de retouche, - la barbotine est appliquée par trempage de tout ou partie de la surface de la pièce intermédiaire dans un bain de barbotine, - le procédé comprend en outre une étape d'homogénéisation de la 25 barbotine déposée sur la surface de la pièce intermédiaire qui a été trempée par vibrations, - une viscosité du bain de barbotine lors de l'étape de retouche est comprise entre 100 mPa.s et 500 mPa.s, - la barbotine est appliquée à l'aide d'un pistolet et/ou d'un pinceau, 30 - une viscosité de la barbotine lors de l'étape de retouche est inférieure ou égale à 100 mPa.s, 3052164 4 - le procédé comprend en outre une étape de séchage en étuve de la pièce intermédiaire préalablement à l'étape de traitement thermique, - le procédé comprend en outre une étape de rectification de tout ou partie de la pièce intermédiaire avant l'étape de traitement thermique, et/ou 5 - un taux volumique de la charge céramique de la barbotine est compris entre 5% et 50%. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention 10 apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard de la figure unique annexée donnée à titre d'exemples non limitatifs et sur laquelle a été représenté un organigramme d'un procédé de fabrication d'une pièce conforme à un mode de réalisation de l'invention. 15 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Afin de réaliser une pièce en matériau composite à matrice céramique ou au moins partiellement en céramique (matrice CMC), le procédé S comprend une première étape au cours de laquelle la matrice CMC est déposée par voie liquide selon un procédé S conventionnel, tel 20 que le procédé RTM, le procédé poly-flex, le procédé APS ou tout autre équivalent. Pour cela, de manière conventionnelle, une préforme fibreuse est placée Si dans un moule ou sur un outillage puis remplie S2 avec la matrice céramique ou au moins partiellement céramique de manière à 25 obtenir une pièce intermédiaire. Le cas échéant, un agent démoulant est enduit sur les parois du moule ou de l'outillage et/ou un tissu comprenant du polytétrafluoroéthylène est placé sur la préforme afin de réduire les risques de formation d'indications sur la pièce intermédiaire. Cette pièce intermédiaire est ensuite démoulée S3 puis subit un 30 traitement thermique S5 (du type frittage) à une température supérieure ou égale à 800°C afin de conférer à la pièce ses caractéristiques finales. 3052164 5 Les étapes de remplissage, de démoulage et de traitement thermique étant conventionnelles, elles ne seront pas davantage détaillées ici. Dans ce qui suit, on désignera par « pièce intermédiaire » la pièce en matériau CMC après l'étape S2 de remplissage de la préforme fibreuse (et 5 évacuation du solvant) avec la matrice céramique ou au moins partiellement céramique mais avant application du traitement thermique S5, par opposition à la « pièce finale » qui correspond à la pièce CMC après traitement thermique S5. 10 Lorsque la pièce intermédiaire présente des indications, c'est-à-dire qu'un ou plusieurs agglomérats de matrice céramique ou partiellement céramique se détachent de la surface de la pièce intermédiaire, le procédé S comprend en outre une étape S4 de retouche de la pièce intermédiaire au cours de laquelle une barbotine comprenant une charge céramique est 15 appliquée sur tout ou partie de la surface de la pièce intermédiaire. En d'autres termes, soit la barbotine est appliquée sur toute la surface de la pièce intermédiaire, soit la barbotine n'est appliquée que dans les zones de la pièce intermédiaire dans laquelle se sont formées les indications et qui doivent donc être retouchées. 20 Une barbotine comprenant une charge céramique est une poudre céramique présente dans une solution, typiquement une solution aqueuse ou organique. Dans ce qui suit, l'invention sera décrite dans le cas d'une solution aqueuse. Ceci n'est cependant pas limitatif. La poudre peut notamment comprendre l'un ou plusieurs des matériaux suivants : 25 - du carbure, par exemple du carbure de silicium SiC, et/ou - du borure, par exemple du diborure de titane TiB2, et/ou - du nitrure, par exemple du nitrure de silicium Si3Ni4, et/ou - un oxyde d'alumine ou de zircone. Le taux volumique de la poudre céramique (ou charge) dans la 30 barbotine dépend de la poudre céramique utilisée dans ladite barbotine et peut être compris entre 5% et 50%. 3052164 6 La charge céramique de la barbotine peut comprendre un même matériau que la matrice céramique de la pièce intermédiaire, ou en variante comprendre un matériau différent. Dans un mode de réalisation, la poudre peut présenter une 5 granulométrie inférieure au micron afin de faciliter l'étape S2 de remplissage. Cette étape S4 de retouche est réalisée avant l'étape S5 de traitement thermique. 10 L'application S4 de la barbotine peut être réalisée par trempage de tout ou partie de la surface de la pièce intermédiaire dans un bain de barbotine comprenant des charges céramiques. Pour cela, soit une zone à retoucher, soit la pièce intermédiaire complète est trempée dans le bain de 15 barbotine. Afin d'assurer un bon recouvrement de la zone à retoucher ou de la pièce intermédiaire par trempage, la viscosité du bain de barbotine est comprise entre 100 mPa.s et 500 mPa.s. La mesure de la viscosité est réalisée ici avec un viscosimètre Brookfield à température ambiante (entre 20 20°C et 23°C) dans le solvant de la barbotine, à une vitesse de rotation de 100 rpm dans une cuve présentant un volume de cuve de 150 mL. L'épaisseur du dépôt de charge céramique appliqué sur la surface immergée de la pièce intermédiaire peut, de manière optionnelle, être ensuite homogénéisée. Pour cela, la pièce intermédiaire peut par exemple 25 être vibrée, typiquement à l'aide d'un panier ou table vibrant(e). En variante, l'application S4 de la barbotine peut être réalisée à l'aide d'un pistolet ou d'un pinceau sur tout ou partie de la pièce intermédiaire. Pour cela, la viscosité de la barbotine est de préférence inférieure ou 30 égale à 100 mPa.s. 3052164 7 Dans une variante de réalisation, la pièce intermédiaire peut être égouttée afin d'éviter un surplus local de matière dans des zones de la pièce intermédiaire ne nécessitant pas de retouche. Cette étape d'égouttage peut notamment être privilégiée lorsque la barbotine est 5 appliquée sur toute la surface de la pièce intermédiaire. Après application de la barbotine, la pièce intermédiaire peut être séchée. Par exemple, l'étape de séchage peut être réalisée dans une étuve, par exemple à une température comprise entre 40°C et 90°C afin d'éviter 10 l'évaporation trop rapide de l'eau (création de bulles) pendant une durée comprise entre 1h et 10h, selon la taille de la pièce et la température. Pour déterminer si la pièce est bien sèche, un suivi de masse peut être réalisé jusqu'à stabilisation de la masse. 15 Le cas échéant, lorsque l'épaisseur du dépôt de charge céramique obtenu par application de la barbotine est trop importante par rapport aux dimensions requises pour la pièce, la pièce intermédiaire peut être rectifiée préalablement à l'étape de traitement thermique, par exemple par ponçage afin de retirer le surplus de matière. 20 L'étape de rectification peut notamment être réalisée après séchage de la pièce intermédiaire. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication (S) d'une pièce en matériau composite à 5 matrice céramique ou au moins partiellement en céramique comprenant les étapes suivantes : - prévoir une préforme fibreuse (S1), - remplir (S2) la préforme fibreuse avec une matrice céramique ou au moins partiellement en céramique de manière à obtenir une pièce 10 intermédiaire en matériau composite à matrice céramique ou au moins partiellement en céramique, - démouler (S3) la pièce intermédiaire, et - appliquer un traitement thermique (S5) à la pièce intermédiaire afin d'obtenir une pièce finale, 15 le procédé de fabrication (S) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de retouche (S4) de tout ou partie d'une surface de la pièce intermédiaire, ladite étape de retouche (S4) comprenant une application d'une barbotine comprenant au moins une charge céramique sur tout ou partie de la surface de la pièce intermédiaire. 20 2. Procédé de fabrication (S) selon la revendication 1, dans lequel l'étape de traitement thermique (S5) de la pièce intermédiaire est réalisée après l'étape de retouche (S4). 25 3. Procédé de fabrication (S) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la barbotine est appliquée (S4) par trempage de tout ou partie de la surface de la pièce intermédiaire dans un bain de barbotine. 4. Procédé de fabrication (S) selon la revendication 3, comprenant en 30 outre une étape d'homogénéisation de la barbotine déposée sur la surface de la pièce intermédiaire qui a été trempée par vibrations. 3052164 9 5. Procédé de fabrication (S) selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel une viscosité du bain de barbotine lors de l'étape (S4) de retouche est comprise entre 100 mPa.s et 500 mPa.s. 6. Procédé de fabrication (S) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la barbotine est appliquée (S4) à l'aide d'un pistolet et/ou d'un pinceau. 7. Procédé de fabrication (S) selon la revendication 6, dans lequel une viscosité de la barbotine lors de l'étape de retouche est inférieure ou égale à 100 mPa.s. 8. Procédé de fabrication (S) selon l'une des revendications 3 à 7, comprenant en outre une étape de séchage en étuve de la pièce intermédiaire préalablement à l'étape de traitement thermique (S5). 9. Procédé de fabrication (S) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre une étape de rectification de tout ou partie de la pièce intermédiaire avant l'étape (S5) de traitement thermique. 10. Procédé de fabrication (S) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel un taux volumique de la charge céramique de la barbotine est compris entre 5% et 50%.