Brevet FR3132458A1 — publié le 20230811

Procédé de fabrication d’ une pièce en matériau composite L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, comprenant au moins : - l’obtention d’un moule comprenant (i) une texture fibreuse (6), (ii) une couche granulaire (5a) de filtration située entre une surface (SD) de drainage de la texture et une surface (4) perméable d’évacuation et comprenant une poudre de particules (50a) de filtration, et (iii) un élément (5b) de rétention de la couche granulaire distinct de celle-ci et situé entre la surface perméable d’évacuation et la surface de drainage, - l’introduction d’une suspension (1) comprenant des particules matricielles (PM) dans un milieu liquide (ML) au travers d’une surface (SI) d’introduction de la texture fibreuse distincte de la surface de drainage, le milieu liquide traversant la surface de drainage, la couche granulaire de filtration et l’élément de rétention pour être évacué au travers de la surface perméable d’évacuation, et les particules matricielles étant retenues dans la porosité de la texture fibreuse par la couche granulaire de filtration, et - la formation de la pièce en matériau composite par formation d’une matrice dans la porosité de la texture fibreuse à partir des particules matricielles et formation d’une couche de surface de cette pièce à partir des particules de filtration. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite dans lequel le matériau destiné à former la matrice est apporté par introduction d’une suspension dans une texture de renfort et dont le milieu liquide de cette suspension est évacué de la texture par drainage au travers d’une couche granulaire destinée à être incorporée dans la pièce obtenue. L’invention concerne notamment des applications à la fabrication de pièces de turbomachine, par exemple de pièces de turbomachine aéronautique. Il est connu de fabriquer des pièces en matériau composite en réalisant une introduction d’une poudre dans la porosité d’une texture fibreuse par infiltration d’une suspension, par exemple à l’aide d’un procédé STM (« Slurry Transfer Molding »). Dans ce cas, le milieu liquide de la suspension est drainé ou filtré alors que la poudre destinée à former la matrice de la pièce est retenue dans la porosité de la texture. Un tel procédé est notamment décrit dans le document WO 2016/102839 lequel propose la mise en œuvre d’une pièce rigide en matériau poreux en polytétrafluoroéthylène (PTFE) interposé entre la texture fibreuse et la surface de moulage au travers de laquelle le milieu liquide de la suspension est évacué. La pièce en matériau poreux est ensuite détachée de la texture fibreuse lors de son démoulage après l’infiltration. Néanmoins, la rigidité de la pièce en matériau poreux mise en œuvre lui confère une capacité d’adaptation limitée pour des géométries complexes et cette technique présente un coût de mise en œuvre relativement élevé. L’invention propose de remédier aux inconvénients de l’art antérieur. L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, comprenant au moins : - l’obtention d’un moule comprenant (i) une texture fibreuse, (ii) une couche granulaire de filtration située entre une surface de drainage de la texture et une surface perméable d’évacuation et comprenant une poudre de particules de filtration, et (iii) un élément de rétention de la couche granulaire distinct de celle-ci et situé entre la surface perméable d’évacuation et la surface de drainage, - l’introduction d’une suspension comprenant des particules matricielles dans un milieu liquide au travers d’une surface d’introduction de la texture fibreuse distincte de la surface de drainage, le milieu liquide traversant la surface de drainage, la couche granulaire de filtration et l’élément de rétention pour être évacué au travers de la surface perméable d’évacuation, et les particules matricielles étant retenues dans la porosité de la texture fibreuse par la couche granulaire de filtration, et - la formation de la pièce en matériau composite par formation d’une matrice dans la porosité de la texture fibreuse à partir des particules matricielles et formation d’une couche de surface de cette pièce à partir des particules de filtration. L’invention propose l’emploi d’une couche granulaire de filtration qui est destinée à être intégrée à la pièce en matériau composite obtenue, ce qui permet de s’affranchir de l’étape de retrait de la pièce poreuse rencontrée dans l’art antérieur et des limitations en termes de géométries accessibles liées à la rigidité de cette pièce poreuse. L’élément de rétention permet d’éviter que les particules de filtration ne soient emportées à l’extérieur du moule lors de l’évacuation du milieu liquide. Dans un exemple de réalisation, la couche granulaire de filtration comprend en outre des fibres de renfort distinctes des particules de filtration. Une telle caractéristique permet avantageusement d’améliorer les propriétés mécaniques de la couche de surface de la pièce obtenue. Dans un exemple de réalisation l’élément de rétention comprend au moins un film ou un textile présentant une pluralité d’orifices d’évacuation du milieu liquide et situé entre la couche granulaire de filtration et la surface perméable d’évacuation. Dans un exemple de réalisation, l’élément de rétention comprend au moins un ensemble granulaire formé par des particules de filtration additionnelles ayant une taille moyenne différente et/ou une forme différente des particules de filtration et imbriquées avec celles-ci de sorte à empêcher leur mouvement vers la surface perméable d’évacuation. Sauf mention contraire, par « taille moyenne », on désigne la dimension donnée par la distribution granulométrique statistique à la moitié de la population, dite D50. En particulier, les particules de filtration additionnelles peuvent avoir une taille moyenne inférieure ou égale à trois fois la taille moyenne des particules de filtration, par exemple inférieure ou égale à la taille moyenne des particules de filtration. La couche granulaire de filtration peut être positionnée dans le moule de différentes manières. Selon un premier exemple, l’obtention du moule comprend le positionnement de la couche granulaire de filtration sous la forme d’un bloc comprenant les particules de filtration liées entre elles par un liant fugitif. Selon un autre exemple, l’obtention du moule comprend la pulvérisation des particules de filtration sur la surface de drainage de la texture fibreuse et/ou sur la surface perméable d’évacuation. Selon un exemple, l’obtention du moule comprend (a) la formation de la couche granulaire de filtration comprenant les particules de filtration, et (b) l’apport des particules de filtration additionnelles dans un liquide vecteur lequel est drainé au travers des particules de filtration et de la surface de drainage, les particules de filtration additionnelles étant retenues par les particules de filtration de manière à former l’élément de rétention. En particulier, la couche granulaire de filtration peut être formée par apport des particules de filtration dans un deuxième liquide vecteur du côté de la surface de drainage, lesdites particules de filtration pouvant présenter une granulométrie supérieure à une taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse, avec drainage du deuxième liquide vecteur au travers de la surface de drainage, les particules de filtration pouvant être retenues par la texture fibreuse de manière à former la couche granulaire de filtration. Dans un exemple de réalisation, la matrice est formée par frittage des particules matricielles, et la couche de surface est formée par frittage des particules de filtration. L’emploi d’un frittage permet avantageusement de former la matrice et la couche de surface avec un coût de mise en œuvre limité. Dans un exemple de réalisation, les particules matricielles et les particules de filtration sont formées d’un même matériau. Une telle caractéristique permet avantageusement d’obtenir une compatibilité optimale entre la couche de surface et la matrice de la pièce. Dans un exemple de réalisation, les particules matricielles et les particules de filtration sont en matériau céramique oxyde, en carbure de silicium ou en carbone. Dans un exemple de réalisation, la pièce est une pièce de turbomachine, par exemple une pièce de turbomachine aéronautique. La est une vue schématique en coupe montrant l’introduction de particules matricielles dans la porosité d’une texture dans le cadre d’un exemple de procédé selon l’invention. La illustre schématiquement l’obtention de la pièce par traitement thermique à partir de la texture obtenue selon l’exemple de la . La est une vue schématique en coupe montrant l’introduction de particules matricielles dans la porosité d’une texture dans le cadre d’une variante de procédé selon l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une couche granulaire de filtration utilisable dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, une autre couche granulaire de filtration utilisable dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, un exemple de couche granulaire de filtration utilisable dans le cadre de l’invention. La représente, de manière schématique et partielle, un exemple d’élément de rétention sous la forme d’un ensemble granulaire utilisable dans le cadre de l’invention et associé à la couche granulaire de la . Procédé de fabrication d’une pièce (100) en matériau composite, comprenant au moins : - l’obtention d’un moule comprenant (i) une texture fibreuse (6), (ii) une couche granulaire (5a ; 15a ; 25a) de filtration située entre une surface (SD) de drainage de la texture et une surface (4 ; 41) perméable d’évacuation et comprenant une poudre de particules (50a) de filtration, et (iii) un élément de rétention (5b) de la couche granulaire distinct de celle-ci et situé entre la surface perméable d’évacuation et la surface de drainage, - l’introduction d’une suspension (1) comprenant des particules matricielles (PM) dans un milieu liquide (ML) au travers d’une surface d’introduction (SI) de la texture fibreuse distincte de la surface de drainage, le milieu liquide traversant la surface de drainage, la couche granulaire de filtration et l’élément de rétention pour être évacué au travers de la surface perméable d’évacuation, et les particules matricielles étant retenues dans la porosité de la texture fibreuse par la couche granulaire de filtration, et - la formation de la pièce en matériau composite par formation d’une matrice dans la porosité de la texture fibreuse à partir des particules matricielles et formation d’une couche de surface (104) de cette pièce à partir des particules de filtration. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche granulaire (15a) de filtration comprend en outre des fibres (52a) de renfort distinctes des particules (50a) de filtration. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’élément (5b) de rétention comprend au moins un film ou un textile présentant une pluralité d’orifices d’évacuation du milieu liquide (ML) et situé entre la couche granulaire (5a ; 15a ; 25a) de filtration et la surface (4 ; 41) perméable d’évacuation. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’élément de rétention comprend au moins un ensemble granulaire formé par des particules (25b) de filtration additionnelles ayant une taille moyenne différente et/ou une forme différente des particules (50a) de filtration et imbriquées avec celles-ci de sorte à empêcher leur mouvement vers la surface perméable d’évacuation. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’obtention du moule comprend le positionnement de la couche granulaire (25a) de filtration sous la forme d’un bloc comprenant les particules (50a) de filtration liées entre elles par un liant fugitif (54a). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’obtention du moule comprend la pulvérisation des particules (50a) de filtration sur la surface (SD) de drainage de la texture fibreuse et/ou sur la surface (4) perméable d’évacuation. Procédé selon la revendication 4 ou selon l’une des revendications 5 ou 6 rattachée à la revendication 4, dans lequel l’obtention du moule comprend (a) la formation de la couche (5a) granulaire de filtration comprenant les particules de filtration (50a), et (b) l’apport des particules (25b) de filtration additionnelles dans un liquide vecteur lequel est drainé au travers des particules de filtration et de la surface de drainage, les particules de filtration additionnelles étant retenues par les particules de filtration (50a) de manière à former l’élément de rétention. Procédé selon la revendication 7 rattachée à la revendication 4, dans lequel la couche (5a) granulaire de filtration est formée par apport des particules de filtration (50a) dans un deuxième liquide vecteur du côté de la surface (SD) de drainage, lesdites particules de filtration présentant une granulométrie supérieure à une taille des interstices du réseau poral de la texture fibreuse (6), avec drainage du deuxième liquide vecteur au travers de la surface de drainage, les particules de filtration étant retenues par la texture fibreuse de manière à former la couche (5a) granulaire de filtration. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la matrice est formée par frittage des particules matricielles (PM), et la couche de surface (104) est formée par frittage des particules (50a) de filtration. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les particules (PM) matricielles et les particules (50a) de filtration sont formées d’un même matériau. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les particules (PM) matricielles et les particules (50a) de filtration sont en matériau céramique oxyde, en carbure de silicium ou en carbone. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la pièce est une pièce de turbomachine.