Brevet FR3129954A1 — publié le 20230609

Installation d’infiltration chimique en phase gazeuse à double chambre de réaction Une installation d’infiltration chimique en phase gazeuse ou de dépôt chimique en phase gazeuse (100) comprend une enceinte (110) renfermant une première chambre de réaction (120) comprenant une première entrée de gaz (122), une première chambre de préchauffage (123), une première zone de chargement (124) et une première sortie de gaz (125), l’enceinte (110) étant reliée à au moins une conduite d’alimentation en gaz (150) et à au moins une conduite d’évacuation de gaz. L’enceinte (110) renferme en outre une deuxième chambre de réaction (130) comprenant une deuxième entrée de gaz (132), une deuxième chambre de préchauffage (133), une deuxième zone de chargement (134) et une deuxième sortie de gaz (135). Les première et deuxième entrées de gaz (122, 132) sont indépendantes l’une de l’autre. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Installation d’infiltration chimique en phase gazeuse à double chambre de réaction L'invention concerne les installations ou fours utilisés pour réaliser des traitements thermochimiques comme la densification de substrats poreux par infiltration ou dépôt chimique en phase gazeuse. Un domaine d'application de l'invention est celui de la réalisation de pièces en matériau composite thermostructural, c'est-à-dire en matériau composite ayant à la fois des propriétés mécaniques qui le rendent apte à constituer des pièces structurelles et la capacité de conserver ces propriétés jusqu'à des températures élevées. Des exemples typiques de matériaux composites thermostructuraux sont les composites carbone/carbone (C/C) ayant une texture de renfort en fibres de carbone densifiée par une matrice de carbone pyrolytique et les composites à matrice céramique (CMC) ayant une texture de renfort en fibres réfractaires (carbone ou céramique) densifiée par une matrice céramique. Un processus bien connu de densification de substrats poreux pour réaliser des pièces en composite CMC est l'infiltration chimique en phase gazeuse (CVI). Les substrats à densifier sont placés dans une zone de chargement d'une installation où ils sont chauffés. Un gaz réactif contenant un ou plusieurs précurseurs gazeux du matériau constitutif de la matrice est introduit dans le four. La température et la pression dans l’installation sont réglées pour permettre au gaz réactif de diffuser au sein de la porosité des substrats et y former un dépôt du matériau constitutif de la matrice par décomposition d'un ou plusieurs constituants du gaz réactif ou réaction entre plusieurs constituants, ces constituants formant le précurseur de la matrice. Le processus est réalisé sous pression réduite, afin de favoriser la diffusion des gaz réactifs dans les substrats. La température de transformation du ou des précurseurs pour former le matériau de la matrice est dans la plupart des cas comprise entre 900°C et 1100°C. Le document US 5 904 957 divulgue une installation d’infiltration chimique en phase gazeuse comprenant une chambre de réaction dans laquelle sont empilés plusieurs substrats à densifier. Si ce type d’installation permet de densifier par CVI plusieurs substrats en même temps, il existe cependant un gradient dans le dépôt de matrice sur la hauteur totale du chargement. Ce gradient s’explique en particulier par la consommation du ou des gaz réactifs qui débute dès leur entrée dans la zone de chargement de la chambre de réaction, la phase gazeuse en gaz réactifs s’appauvrissant sur la hauteur du chargement. Plus la phase gazeuse en gaz réactifs évolue dans la zone de chargement (entre le point d’injection de gaz et le point d’évacuation de gaz), plus la concentration en sous-produits de réaction augmente, ces sous-produits de réaction inhibant la croissance du dépôt par CVI. Cette évolution entraîne l’apparition d’un gradient d’épaisseur de dépôt (ou de porosité), entre les substrats situés dans la partie supérieure et la partie inférieure de la zone de chargement. Les caractéristiques des pièces ainsi fabriquées peuvent varier jusqu’à un facteur 2 (porosité, épaisseur dépôts, etc.). Or, il existe un besoin pour pouvoir traiter par CVI plusieurs substrats simultanément tout en assurant un dépôt de matrice homogène dans l’ensemble des substrats. A cet effet, la présente invention propose une installation d’infiltration chimique en phase gazeuse (CVI) ou de dépôt chimique en phase gazeuse (CVD) comprenant une enceinte renfermant une première chambre de réaction comprenant une première entrée de gaz, une première chambre de préchauffage, une première zone de chargement et une première sortie de gaz, la première chambre de préchauffage étant présente entre la première entrée de gaz et une première extrémité de la première zone de chargement, la première sortie d’évacuation de gaz étant présente à une deuxième extrémité de la première zone de chargement opposée à la première extrémité, l’enceinte étant reliée à au moins une conduite d’alimentation en gaz et à au moins une conduite d’évacuation de gaz, caractérisée en ce que l’enceinte renferme en outre une deuxième chambre de réaction comprenant une deuxième entrée de gaz, une deuxième chambre de préchauffage, une deuxième zone de chargement et une deuxième sortie de gaz, la deuxième chambre de préchauffage étant présente entre la deuxième entrée de gaz et une première extrémité de la deuxième zone de chargement, la deuxième sortie d’évacuation de gaz étant présente à une deuxième extrémité de la deuxième zone de chargement opposée à la première extrémité et en ce que les première et deuxième entrées de gaz sont indépendantes l’une de l’autre. En équipant l’installation de deux chambres de réactions alimentées indépendamment l’une de l’autre en gaz réactif(s), on améliore considérablement le contrôle de la densification par CVI en particulier en ce qui concerne le gradient dans le dépôt matrice qui est grandement minimisé. En effet, le chargement de préformes à densifier peut être répartis dans deux zones de chargement alimentées chacune avec une phase gazeuse indépendante. Le contrôle de l’alimentation en gaz et de l’écoulement des gaz au sein de l’installation est ainsi facilité. En outre, les sous-produits de réaction inhibiteurs de la croissance du dépôt par CVI, sont évacués en sortie de chaque chambre de réaction de sorte que les sous-produits de réaction présents dans une chambre de réaction ne sont pas communiqués à l’autre chambre de réaction. L’installation selon l’invention permet, par conséquent, d’optimiser le taux de chargement sans risque d’apparition d’un gradient de dépôt dans les préformes à densifier. Selon un aspect particulier de l’invention, les première et deuxième chambres de réaction sont superposées à l’intérieur de l’enceinte. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’installation comprend en outre un circuit interne d’alimentation en gaz contournant la première chambre de réaction, ledit circuit interne d’alimentation en gaz étant relié à la deuxième entrée de gaz de la deuxième chambre de réaction. Le circuit interne d’alimentation en gaz peut comprendre un ou plusieurs canaux de circulation s’étendant chacun à l’extérieur de la première chambre de réaction entre un port d’injection de gaz et la deuxième entrée de gaz de la deuxième chambre de réaction. Selon un aspect particulier, le ou les canaux de circulation comprennent des chicanes de manière à améliorer le chauffage du gaz lors de son passage dans les canaux. Selon un autre aspect particulier, l’installation comprend un premier port d’injection de gaz reliant ladite au moins une conduite d’alimentation de gaz à la première entrée de gaz de la première chambre de réaction et un deuxième port d’injection de gaz reliant ladite au moins une conduite d’alimentation de gaz à l’un ou les canaux de circulation. Selon un autre aspect particulier, la deuxième entrée de gaz de la deuxième chambre de réaction comprend un module redresseur de flux. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, les première et deuxième sorties d’évacuation de gaz des première et deuxième chambres de réaction sont en vis-à-vis l’une de l’autre tandis que les première et deuxième entrées de gaz des première et deuxième chambres de réaction sont à des endroits opposés dans l’enceinte, la première entré de gaz de la première chambre de réaction étant reliée à un premier port d’injection de gaz et la deuxième entrée de gaz de la deuxième chambre de réaction étant reliée à un deuxième port d’injection de gaz. La est une vue schématique en coupe d’une installation d’infiltration chimique en phase gazeuse ou de dépôt chimique en phase gazeuse selon un mode de réalisation de l’invention, La est une vue de dessus d’une partie de de l’installation de la selon un plan de coupe II-II, La est une vue de dessus d’une partie de de l’installation de la selon un plan de coupe III-III, La est une vue de dessus d’une partie de de l’installation de la selon un plan de coupe IV-IV, La est une vue de dessus d’une partie de de l’installation de la selon un plan de coupe V-V, La est une vue schématique en coupe d’une installation d’infiltration chimique en phase gazeuse ou de dépôt chimique en phase gazeuse selon un autre mode de réalisation de l’invention. Installation d’infiltration chimique en phase gazeuse ou de dépôt chimique en phase gazeuse (100) comprenant une enceinte (110) renfermant une première chambre de réaction (120) comprenant une première entrée de gaz (122), une première chambre de préchauffage (123), une première zone de chargement (124) et une première sortie de gaz (125), la première chambre de préchauffage (123) étant présente entre la première entrée de gaz (122) et une première extrémité (1241) de la première zone de chargement, la première sortie d’évacuation de gaz (125) étant présente à une deuxième extrémité (1242) de la première zone de chargement opposée à la première extrémité, l’enceinte (110) étant reliée à au moins une conduite d’alimentation en gaz (150) et à au moins une conduite d’évacuation de gaz, caractérisée en ce que l’enceinte (110) renferme en outre une deuxième chambre de réaction (130) comprenant une deuxième entrée de gaz (132), une deuxième chambre de préchauffage (133), une deuxième zone de chargement (134) et une deuxième sortie de gaz (135), la deuxième chambre de préchauffage (133) étant présente entre la deuxième entrée de gaz (132) et une première extrémité (1341) de la deuxième zone de chargement (134), la deuxième sortie d’évacuation de gaz (135) étant présente à une deuxième extrémité (1342) de la deuxième zone de chargement opposée à la première extrémité et en ce que les première et deuxième entrées de gaz (122, 132) sont indépendantes l’une de l’autre. Installation selon la revendication 1, dans laquelle les première et deuxième chambres de réaction (120, 130) sont superposées à l’intérieur de l’enceinte. Installation selon la revendication 2, comprenant en outre un circuit interne d’alimentation en gaz (160) contournant la première chambre de réaction (120), ledit circuit interne d’alimentation en gaz étant relié à la deuxième entrée de gaz (132) de la deuxième chambre de réaction (130). Installation selon la revendication 3, dans lequel le circuit interne d’alimentation en gaz (160) comprend un ou plusieurs canaux de circulation (161, 162, 163, 164) s’étendant chacun à l’extérieur de la première chambre de réaction (120) entre un port d’injection de gaz (170) et la deuxième entrée de gaz (132) de la deuxième chambre de réaction (130). Installation selon la revendication 4, dans laquelle le ou les canaux de circulation comprennent des chicanes. Installation selon la revendication 4 ou 5, comprenant un premier port d’injection de gaz (140) reliant ladite au moins une conduite d’alimentation de gaz (150) à la première entrée de gaz (122) de la première chambre de réaction (120) et un deuxième port d’injection de gaz (170) reliant ladite au moins une conduite d’alimentation de gaz à l’un ou les canaux de circulation. Installation selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans laquelle la deuxième entrée de gaz (132) de la deuxième chambre de réaction (130) comprend un module redresseur de flux (1320). Installation selon la revendication 2, dans laquelle les première et deuxième sorties d’évacuation de gaz (225, 235) des première et deuxième chambres de réaction (220, 230) sont en vis-à-vis l’une de l’autre tandis que les première et deuxième entrées de gaz (222, 232) des première et deuxième chambres de réaction sont à des endroits opposés dans l’enceinte (210), la première entré de gaz (222) de la première chambre de réaction (220) étant reliée à un premier port d’injection de gaz (240) et la deuxième entrée de gaz (232) de la deuxième chambre de réaction (230) étant reliée à un deuxième port d’injection de gaz (270).