Brevet FR3081156A1 — publié le 20191122

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique (pièce CMC) revêtue d'une couche d'accrochage mettant en oeuvre une étape d'infiltration à l'état fondu (« Melt-Infiltration »). Arrière-plan de l'invention Les pièces CMC peuvent former des parties chaudes de turbines à gaz, telles que des parois de chambre de combustion, ou des anneaux de turbine, des distributeurs de turbine ou des aubes de turbines, pour des moteurs aéronautiques ou des turbines industrielles. Les pièces CMC sont connues pour posséder à la fois de bonnes propriétés mécaniques permettant leur utilisation pour des éléments de structure et la capacité de conserver ces propriétés à des températures élevées. Les pièces CMC comportent un renfort fibreux en fibres réfractaires, typiquement en carbone ou en céramique, qui est densifié par une matrice céramique, par exemple en SiC. Dans les conditions de fonctionnement des turbines aéronautiques, c'est-à-dire à haute température sous atmosphère oxydante et humide, les pièces CMC peuvent être sensibles au phénomène de corrosion. La corrosion du CMC peut résulter de l'oxydation du SIC en silice qui, en présence de vapeur d'eau, se volatilise sous forme d'hydroxydes de silicium Si(OH)4. Les phénomènes de corrosion entraînent une récession du CMC et affectent la durée de vie de ce dernier. Afin de limiter cette dégradation en fonctionnement, il a été envisagé de former à la surface des pièces CMC des revêtements de barrière environnementale. Ces revêtements peuvent comprendre une couche de silicate de terre rare qui est liée au matériau CMC sous-jacent par une couche d'accrochage en silicium. La couche d'accrochage permet, d'une part, d'améliorer la liaison de la couche de silicate de terre rare et, d'autre part, de former une couche de silice protectrice, dont la faible perméabilité à l'oxygène participe à la protection du CMC contre l'oxydation. La couche de silicate de terre rare permet, quant à elle, de limiter la diffusion de la vapeur d'eau vers la couche de silice formée par oxydation du silicium et par conséquent de limiter la récession de celle-ci. 2 Divers procédés sont connus pour réaliser une pièce CMC revêtue d'une couche d'accrochage comprenant du silicium, avant la formation de la barrière environnementale. 5 A ce titre, on peut citer la réalisation de couches d'accrochage en silicium sur une pièce CMC par procédé de projection thermique sous vide. Dans ce cas, deux étapes distinctes sont mises en oeuvre : la première pour former la pièce CMC, puis la seconde pour former la couche d'accrochage en silicium. La mise en oeuvre de deux étapes distinctes pour 10 former la pièce CMC, d'une part, et la couche d'accrochage en silicium, d'autre part, ne constitue pas une solution optimale lorsqu'une production industrielle est recherchée. Des développements ont été réalisés dans l'état de la technique 15 afin de permettre la réalisation, en une étape d'infiltration à l'état fondu, d'une pièce CMC revêtue par une couche d'accrochage comprenant du silicium. Dans ce cadre, il a été proposé de générer une surépaisseur de carbure de silicium (SIC) à la surface de la préforme poreuse, puis 20 d'infiltrer cette surépaisseur et la préforme poreuse sous-jacente par du silicium fondu. Toutefois, il est alors obtenu une couche d'accrochage comprenant du carbure de silicium dont la présence conduit, en environnement corrosif, à une couche de silice poreuse et fissurée du fait 25 de la formation d'espèces CO et CO2, diminuant ainsi la protection conférée par la couche d'accrochage. L'invention vise à répondre aux inconvénients présentés par les solutions de l'état de la technique. 30 Objet et résumé de l'invention L'invention vise, selon un premier aspect, un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique revêtue d'une couche d'accrochage comprenant du silicium, comprenant 35 au moins : 3 - le revêtement d'une surface externe d'une préforme poreuse par une couche d'un matériau fugitif afin de former un modèle de la pièce revêtue à obtenir ayant les dimensions de cette dernière, - l'enrobage du modèle formé par une composition pulvérulente 5 céramique, - le traitement thermique du modèle enrobé afin d'éliminer le matériau fugitif et former un moule carapace en céramique par frittage de la composition pulvérulente céramique, - l'introduction d'une composition fondue comprenant du silicium à 10 l'intérieur du moule carapace afin d'obtenir la pièce revêtue dans le moule carapace, la composition fondue infiltrant la porosité de la préforme poreuse afin de former la matrice céramique et recouvrant la surface externe afin de former la couche d'accrochage, et - la séparation du moule carapace de la pièce revêtue obtenue. 15 L'invention permet avantageusement de densifier la préforme poreuse par la matrice céramique, et de former la couche d'accrochage comprenant du silicium en une seule étape. En outre, le procédé selon l'invention permet de former une couche d'accrochage conférant à la pièce CMC sous-jacente, en fonctionnement, une bonne résistance à l'oxydation 20 du fait d'une fissuration réduite de cette couche d'accrochage. Dans un exemple de réalisation, la composition pulvérulente céramique comprend : une poudre de mullite, une poudre de carbure de silicium, une poudre de nitrure de silicium, une poudre de nitrure de bore, ou un mélange de telles poudres. 25 Le choix de tels matériaux permet avantageusement de former un moule carapace utilisable dans le cas où l'étape d'infiltration par la composition fondue nécessite l'emploi de particulièrement hautes températures (> 1500°C) et de particulièrement faibles pressions ( REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce (115) en matériau composite à matrice céramique revêtue d'une couche d'accrochage (117) comprenant du silicium, comprenant au moins : - le revêtement d'une surface externe (S) d'une préforme poreuse (100) par une couche d'un matériau fugitif (102) afin de former un modèle (101) de la pièce revêtue à obtenir ayant les dimensions de cette dernière, - l'enrobage du modèle formé par une composition pulvérulente céramique (105), - le traitement thermique du modèle enrobé afin d'éliminer le matériau fugitif et former un moule carapace (107) en céramique par frittage de la composition pulvérulente céramique, - l'introduction d'une composition fondue (112) comprenant du silicium à l'intérieur du moule carapace afin d'obtenir la pièce revêtue dans le moule carapace, la composition fondue infiltrant la porosité de la préforme poreuse afin de former la matrice céramique et recouvrant la surface externe afin de former la couche d'accrochage, et - la séparation du moule carapace de la pièce revêtue obtenue. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la composition pulvérulente céramique (105) comprend : une poudre de mullite, une poudre de carbure de silicium, une poudre de nitrure de silicium, une poudre de nitrure de bore, ou un mélange de telles poudres. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'épaisseur (e) de la couche de matériau fugitif (102) dans le modèle est supérieure ou égale à 10 pm, cette épaisseur étant mesurée au niveau du plus haut sommet (100a) des ondulations de surface de la préforme poreuse (100) et à partir de ce sommet. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau fugitif (102) est une cire ou une résine. 15 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la préforme poreuse (100) est une préforme fibreuse tissée obtenue par tissage tridimensionnel. 5 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel des particules céramiques et/ou de carbone sont présentes dans la porosité de la préforme poreuse (100). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 10 rattachée à la revendication 5, dans lequel la préforme poreuse (100) est partiellement densifiée par une phase de matrice céramique. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la pièce revêtue (115) est une pièce de turbomachine. 15 9. Procédé de fabrication d'une structure multicouches (120) comprenant au moins : - la fabrication de la pièce revêtue (115) de la couche d'accrochage (117) par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 8, et - la formation sur la couche d'accrochage d'un revêtement protecteur (113). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le revêtement 25 protecteur (113) est une barrière environnementale.