Brevet FR3124182A1 — publié le 20221223

Secteur d’anneau de turbine en matériau CMC à renfort particulaire Secteur d’anneau (10) de turbine en matériau composite à matrice au moins partiellement en céramique comportant une base annulaire (11) ayant une face interne (11a) destinée à définir la face interne d’un anneau de turbine et une face externe (11b) à partir de laquelle s’étend au moins une portion d’accrochage (12a, 12b) du secteur d’anneau à une structure de support d’anneau (50), le secteur d’anneau étant caractérisé en ce que ladite au moins une portion d’accrochage comprend un renfort particulaire dispersé dans la matrice au moins partiellement en céramique. Figures pour l’abrégé : Fig. 1 Secteur d’anneau de turbine en matériau CMC à renfort particulaire La présente invention concerne des secteurs d’anneau de turbine en matériau composite à matrice au moins partiellement en céramique, matériau ci-après désigné par CMC, avec un renfort particulaire. Un anneau de turbine pour une turbomachine comprend une pluralité de secteurs d’anneau et une structure de support d’anneau à laquelle les secteurs d’anneau sont montés. Les secteurs d’anneau peuvent être réalisés en matériau métallique. Ces pièces étant soumises à des températures élevées en fonctionnement, il est nécessaire de prévoir une ventilation de refroidissement dédiée relativement pénalisante vis-à-vis des performances de la turbomachine. Les matériaux CMC, sont connus pour leurs bonnes propriétés mécaniques qui les rendent aptes à constituer des éléments de structure, et pour leur capacité à conserver ces propriétés à des températures élevées. L'utilisation de CMC pour différentes parties chaudes de moteurs aéronautiques a déjà été envisagée, d'autant que les CMC ont une masse volumique inférieure à celle de métaux réfractaires traditionnellement utilisés. La réalisation d’un ensemble d’anneau de turbine à partir de secteurs d'anneau en CMC est notamment décrite dans le document US2019040758A1, les secteurs étant réalisés à partir d’un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel (3D) densifié par une matrice céramique. L’utilisation de secteurs d’anneau en CMC permet de réduire significativement la ventilation nécessaire au refroidissement de l’anneau de turbine, voire de la supprimer. Ainsi, les performances globales de la turbomachine sont améliorées, en diminuant sa consommation en carburant et/ou en augmentant sa poussée. Cependant, l’opération de tissage reste coûteuse et longue, et le prix des fibres utilisées est important. En outre, le brut obtenu nécessite des opérations d’usinage dans de nombreuses zones pour obtenir la pièce finale, alors que l’usinage d’un matériau CMC comprenant un renfort fibreux tissé 3D est difficile. Il est encore plus difficile lorsque cet usinage doit être réalisé pour des dimensions relativement importantes avec un grand degré de précision. A cet effet, l’invention propose un secteur d’anneau de turbine en matériau composite à matrice au moins partiellement en céramique comportant une base annulaire ayant une face interne destinée à définir la face interne d’un anneau de turbine et une face externe à partir de laquelle s’étend au moins une portion d’accrochage du secteur d’anneau à une structure de support d’anneau, le secteur d’anneau étant caractérisé en ce que ladite au moins une portion d’accrochage comprend un renfort particulaire dispersé dans la matrice au moins partiellement en céramique. L’utilisation d’un renfort particulaire dispersé permet une simplification de la gamme de fabrication en supprimant les opérations de tissage et en simplifiant les opérations d’usinage, permettant ainsi une réduction des coûts tout en permettant l’obtention de formes complexes. Selon une caractéristique particulière de l’invention, le renfort du secteur d’anneau est entièrement formé par le renfort particulaire. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le secteur d’anneau présente une section en coupe axiale en forme de π. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le renfort particulaire comprend des fibres courtes dont la longueur moyenne est inférieure ou égale à 5000 µm. Sauf mention contraire, une dimension « moyenne » désigne la dimension donnée par la distribution granulométrique statistique à la moitié de la population, dite d50. Les fibres courtes peuvent être récupérées à partir des chutes de préformes tissées 3D. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le renfort particulaire est revêtu d’une interphase. L’invention vise également un ensemble comprenant un anneau de turbine et une structure de support à laquelle l’anneau de turbine est monté, l’anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d’anneau tel que décrit plus haut. L’invention vise également une turbomachine, par exemple une turbomachine aéronautique, comprenant un ensemble tel que décrit plus haut. L’invention vise également un procédé de fabrication du secteur d’anneau tel que décrit plus haut, comprenant au moins : - la formation d’une ébauche du secteur d’anneau à obtenir comprenant au moins le renfort particulaire présent dans un liant, - le déliantage de l’ébauche afin d’obtenir une ébauche déliantée, et - la densification de l’ébauche déliantée de sorte à obtenir la matrice au moins partiellement en céramique. Selon une caractéristique du procédé de l’invention, la formation de tout ou partie de l’ébauche se fait par fabrication additive. Le choix d’un renfort particulaire permet l’utilisation de la fabrication additive, réduisant ainsi fortement le nombre d’opérations d’usinage pour arriver à la pièce finale. En outre, la fabrication additive permet des géométries de pièce plus optimisées que celles permises par la fonderie ou le tissage 3D. Selon une autre caractéristique du procédé de l’invention, la formation de tout ou partie de l’ébauche se fait par injection dans un moule d’un mélange comprenant au moins le renfort particulaire et le liant. Selon une autre caractéristique du procédé de l’invention, l’ébauche comprend en outre des particules matricielles, distinctes du renfort particulaire, et la densification est réalisée au moins par frittage des particules matricielles. Selon une autre caractéristique du procédé, la densification est réalisée au moins par infiltration à l’état fondu. La est une vue schématique en perspective éclatée d’un exemple de secteur d’anneau de turbine selon l’invention. La est une coupe axiale partielle d’un anneau de turbine selon l’invention monté sur une structure de support d’anneau. La est un ordinogramme illustrant les étapes d’un exemple de procédé de fabrication d’un secteur d’anneau selon l’invention. Secteur d’anneau de turbine (10) en matériau composite à matrice au moins partiellement en céramique comportant une base annulaire (11) ayant une face interne (11a) destinée à définir la face interne d’un anneau de turbine et une face externe (11b) à partir de laquelle s’étend au moins une portion d’accrochage (12a, 12b) du secteur d’anneau à une structure de support d’anneau (50), le secteur d’anneau étant caractérisé en ce que ladite au moins une portion d’accrochage comprend un renfort particulaire dispersé dans la matrice au moins partiellement en céramique. Secteur d’anneau selon la revendication 1, dans lequel le renfort du secteur d’anneau est entièrement formé par le renfort particulaire. Secteur d’anneau selon la revendication 1 ou 2, présentant une section en coupe axiale en forme de π. Secteur d’anneau selon les revendications 1 à 3, dans lequel le renfort particulaire comprend des fibres courtes dont la longueur moyenne est inférieure ou égale à 5000 µm. Secteur d’anneau selon les revendications 1 à 4, dans lequel le renfort particulaire est revêtu d’une interphase. Ensemble comprenant un anneau de turbine et une structure de support (50) à laquelle l’anneau de turbine est monté, l’anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d’anneau (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5. Procédé de fabrication d’un secteur d’anneau (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant au moins : - la formation d’une ébauche du secteur d’anneau à obtenir comprenant au moins le renfort particulaire présent dans un liant, - le déliantage de l’ébauche afin d’obtenir une ébauche déliantée, et - la densification de l’ébauche déliantée de sorte à obtenir la matrice au moins partiellement en céramique. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la formation de tout ou partie de l’ébauche se fait par fabrication additive. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la formation de tout ou partie de l’ébauche se fait par injection dans un moule d’un mélange comprenant au moins le renfort particulaire et le liant. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel l’ébauche comprend en outre des particules matricielles, distinctes du renfort particulaire, et la densification est réalisée au moins par frittage des particules matricielles. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel la densification est réalisée au moins par infiltration à l’état fondu.