Brevet FR3123819A1 — publié le 20221216

Procédé d’injection de poudres céramiques avec filtre crée in situ dans la préforme fibreuse L’invention concerne un procédé d’injection de particules céramiques dans une texture fibreuse (10) comprenant le placement d’une texture fibreuse (10) dans un moule (110), l’injection par un côté d’une première suspension comprenant une poudre de particules de filtration de taille importante pour former une couche de filtration (130), l’injection par le côté opposé d’une deuxième suspension dans la texture fibreuse, la deuxième suspension comprenant une poudre de particules céramiques réfractaires de petite taille, puis le drainage à travers la couche de filtration (130) de la phase liquide de la deuxième suspension ayant traversé la texture fibreuse et rétention de la poudre de particules céramiques réfractaires à l’intérieur de ladite texture fibreuse (10) par la couche de filtration de manière à obtenir une préforme fibreuse comprenant au moins la texture fibreuse chargée de particules céramiques réfractaires et la couche de filtration (130). Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Procédé d’injection de poudres céramiques avec filtre crée in situ dans la préforme fibreuse La présente invention concerne un procédé d’injection de particules céramiques dans une texture fibreuse pour la fabrication d’une pièce en matériau composite de type Oxyde/Oxyde ou à matrice céramique (CMC), c’est-à-dire comportant un renfort fibreux formé à partir de fibres en matériau céramique réfractaire densifié par une matrice également en matériau céramique réfractaire. La fabrication de pièces en matériau composite à matrice céramique de type Oxyde/Oxyde ou SiC/SiC par injection comprend généralement une étape d’imprégnation d’une texture fibreuse par une suspension chargée, par exemple de particules d’alumine dans le cas d’un CMC type Oxyde/Oxyde ou de particules de carbure de silicium (SiC) dans le cas d’un CMC type SiC/SiC. L’étape d’imprégnation est réalisée par injection sous pression d’une suspension chargée au sein de la texture fibreuse (procédé STM pour « Slurry Transfer Molding »). Dans un tel cas, il faut drainer ou filtrer la phase liquide de la suspension afin d’obtenir un remplissage optimal des porosités résiduelles présentes dans la texture fibreuse avec les charges solides. Un tel procédé est notamment décrit dans le document WO 2016/102839. L’utilisation d’un élément filtrant interposé entre la texture fibreuse et la partie du moule sur laquelle le solvant de la suspension est évacué est, par conséquent, nécessaire. L’élément de filtration peut être constitué d’une pièce rigide en matériau poreux qui doit être détaché de la texture fibreuse lors du démoulage de celle-ci après injection de la suspension chargée et filtration du solvant. L’utilisation d’un tel élément filtrant peut poser des difficultés. En effet, son retrait de la texture fibreuse peut s’avérer délicat et entraîner une dégradation de la texture fibreuse injectée. En outre, un tel élément filtrant étant rigide, il s’adapte difficilement à des géométries de pièces complexes. Pour résoudre ces problématiques, il peut être nécessaire de remplacer la pièce rigide en matériau poreux par une strate de filtration, comprenant une structure fibreuse partiellement densifiée, qui fera partie intégrante de la pièce en matériau composite finale. Une telle strate de filtration est notamment décrite dans le document WO 2019/129983. Cependant, l’utilisation d’une strate de filtration présente encore des désavantages. En effet, la strate de filtration comprend une structure fibreuse, qui doit être partiellement densifiée afin de former dans la strate un réseau de porosité d’une taille déterminée précise, de sorte à laisser passer le solvant de la suspension tout en retenant les particules de céramique réfractaires. Ainsi, la strate de filtration doit être fabriquée et traitée avant de pouvoir être déposée dans le moule, ajoutant des étapes supplémentaires au procédé d’injection. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution qui permet de faciliter la réalisation par injection de pièces en matériau composite à matrice céramique (CMC), oxyde, carbure ou base carbone par injection d’une suspension chargée dans une texture fibreuse. A cet effet, l’invention propose un procédé d’injection de particules céramiques dans une texture fibreuse comprenant les étapes suivantes : - le placement d’une texture fibreuse dans un moule, la texture fibreuse étant interposée entre un ou plusieurs premiers ports et un ou plusieurs deuxièmes ports, - l’injection par le ou les premiers ports d’une première suspension comprenant une poudre de particules de filtration présentant une granulométrie supérieure à la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse, - le drainage de la phase liquide de la première suspension par la texture fibreuse, évacuation de ladite phase liquide par le ou les deuxièmes ports et rétention des particules de filtration par la texture fibreuse de manière à former une couche de filtration entre ladite texture fibreuse et le ou les premiers ports, - l’injection par le ou les deuxièmes ports d’une deuxième suspension dans la texture fibreuse, la deuxième suspension comprenant une poudre de particules céramiques réfractaires de granulométrie inférieure à la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse, - le drainage à travers la couche de filtration de la phase liquide de la deuxième suspension ayant traversé la texture fibreuse et rétention de la poudre de particules céramiques réfractaires à l’intérieur de ladite texture fibreuse par la couche de filtration de manière à obtenir une préforme fibreuse comprenant au moins la texture fibreuse chargée de particules céramiques réfractaires et la couche de filtration, la phase liquide de la deuxième suspension étant évacuée par le ou les premiers ports. Ainsi, grâce à la réalisation d’une couche de filtration faisant partie intégrante de la pièce en matériau composite finale, on s’affranchit du problème du retrait d’un élément de filtration et on améliore fortement l’état de surface du côté filtre de la pièce. De plus, la fabrication du filtre est simplifiée par rapport aux strates de filtration utilisées dans l’art antérieur, l’interface filtrante étant formée à l’intérieur même du moule. On évite ainsi les étapes préalables nécessaires à la fabrication d’une texture fibreuse partiellement densifiée et les difficultés inhérentes à la réalisation d’un réseau de porosité d’une taille précise. Les opérations de mise en place de la strate de filtration sont également supprimées. Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, la poudre de la première suspension est un précurseur de céramique ou de verre. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la couche de filtration présente une épaisseur moyenne comprise entre 100 µm et 200 µm. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la taille des particules de la deuxième suspension est en moyenne 5 à 15 fois plus petite que la moyenne de la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les particules de la deuxième suspension sont en un matériau choisi parmi : l’alumine, la mullite, la silice, un aluminosilicate, un aluminophosphate, la zircone, un carbure, un borure, un siliciure et un nitrure ou un mélange de plusieurs de ces matériaux. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, dans lequel la texture fibreuse comprend une structure fibreuse obtenue par tissage bidimensionnel, ou tissage tridimensionnel ou multicouche, ou placement automatique de fibres unidirectionnelles. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les fils de la texture fibreuse sont formés de fibres constituées d’un ou plusieurs des matériaux suivants : l’alumine, la mullite, la silice, un aluminosilicate, un borosilicate, du carbure de silicium et du carbone. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, le moule présente une géométrie de révolution annulaire ou tronconique, la texture fibreuse étant conformée suivant une géométrie de révolution annulaire ou tronconique lors de son placement dans le moule. La est une vue schématique en perspective éclatée d’un outillage conformément à un mode de réalisation de l’invention, La est une vue schématique en coupe montrant l’outillage de la fermé avec une texture fibreuse positionnée dans celui-ci, et montrant la formation d’une couche de filtration par injection d’une première suspension chargée en particules de filtration présentant une granulométrie supérieure à la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse, La est une vue schématique en coupe montrant l’outillage de la fermé avec une texture fibreuse et une couche de filtration positionnées dans celui-ci, et montrant l’imprégnation de la texture fibreuse avec une deuxième suspension chargée en particules présentant une granulométrie inférieure à la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse. Procédé d’injection de particules céramiques dans une texture fibreuse (10) comprenant les étapes suivantes : - le placement d’une texture fibreuse (10) dans un moule (110), la texture fibreuse (10) étant interposée entre un ou plusieurs premiers ports (112) et un ou plusieurs deuxièmes ports (121), - l’injection par le ou les premiers ports (112) d’une première suspension comprenant une poudre de particules de filtration présentant une granulométrie supérieure à la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse (10), - le drainage de la phase liquide de la première suspension par la texture fibreuse (10), évacuation de ladite phase liquide par le ou les deuxièmes ports (121) et rétention des particules de filtration par la texture fibreuse (10) de manière à former une couche de filtration (130) entre ladite texture fibreuse (10) et le ou les premiers ports (112), - l’injection par le ou les deuxièmes ports (121) d’une deuxième suspension dans la texture fibreuse, la deuxième suspension comprenant une poudre de particules céramiques réfractaires de granulométrie inférieure à la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse (10), - le drainage à travers la couche de filtration (130) de la phase liquide de la deuxième suspension ayant traversé la texture fibreuse (10) et rétention de la poudre de particules céramiques réfractaires à l’intérieur de ladite texture fibreuse (10) par la couche de filtration (130) de manière à obtenir une préforme fibreuse comprenant au moins la texture fibreuse (10) chargée de particules céramiques réfractaires et la couche de filtration (130), la phase liquide de la deuxième suspension étant évacuée par le ou les premiers ports (112). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la poudre de la première suspension est un précurseur de céramique ou de verre. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche de filtration (130) présente une épaisseur moyenne comprise entre 100 µm et 200 µm. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la taille des particules de la deuxième suspension est en moyenne 5 à 15 fois plus petite que la moyenne de la taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse (10). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les particules de la deuxième suspension sont en un matériau choisi parmi : l’alumine, la mullite, la silice, un aluminosilicate, un aluminophosphate, la zircone, un carbure, un borure, un siliciure et un nitrure ou un mélange de plusieurs de ces matériaux. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la texture fibreuse (10) comprend une structure fibreuse obtenue par tissage bidimensionnel, ou tissage tridimensionnel ou multicouche, ou placement automatique de fibres unidirectionnelles. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les fils de la texture fibreuse (10) sont formés de fibres constituées d’un ou plusieurs des matériaux suivants : l’alumine, la mullite, la silice, un aluminosilicate, un borosilicate, du carbure de silicium et du carbone. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le moule (110) présente une géométrie de révolution annulaire ou tronconique, la texture fibreuse (10) étant conformée suivant une géométrie de révolution annulaire ou tronconique lors de son placement dans le moule (110). Procédé de fabrication d’un matériau composite comprenant un procédé d’injection selon l’une quelconque des revendication 1 à 8, comprenant en outre un traitement thermique des particules céramiques réfractaires présentes dans la texture fibreuse (10) de la préforme afin de former une pièce en matériau composite comprenant au moins ladite texture fibreuse (10) densifiée par une matrice céramique réfractaire et la couche de filtration (130). Pièce en matériau composite obtenue conformément au procédé selon la revendication 9, la pièce constituant une pièce d’arrière-corps, une chambre de combustion ou un carter de moteur aéronautique.