Brevet FR3136234A1 — publié le 20231208

Outillage de conformation à taux d’ouverture évolutif pour le passage de gaz L’invention concerne un outillage (1) de conformation d’une texture (2) fibreuse pour la consolidation par voie gazeuse, comprenant : - une première zone (11) de conformation configurée pour venir en appui sur la texture et la conformer localement à une première épaisseur, la première zone de conformation présentant une pluralité de premiers orifices (13) d’alimentation en gaz définissant un premier taux d’ouverture pour le passage de gaz, et - une deuxième zone (12) de conformation configurée pour venir en appui sur la texture et la conformer localement à une deuxième épaisseur inférieure à la première épaisseur, la deuxième zone de conformation présentant une pluralité de deuxièmes orifices (14) d’alimentation en gaz définissant un deuxième taux d’ouverture pour le passage de gaz inférieur au premier taux d’ouverture. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Outillage de conformation à taux d’ouverture évolutif pour le passage de gaz La présente invention concerne un outillage de conformation d’une texture fibreuse pour la consolidation par voie gazeuse adapté aux textures présentant une variation d’épaisseur, et des procédés de consolidation et de fabrication d’une pièce en matériau composite associés. Un domaine particulier d’application de l’invention est la fabrication de pièces en matériau composite à matrice céramique (« Ceramic Matrix Composite » ; « CMC »), par exemple à matrice de carbure de silicium. Les pièces en matériau composite sont de plus en plus utilisées dans les turbomachines aéronautiques dans une optique d’allègement des structures par rapport aux matériaux métalliques, tout en garantissant les propriétés mécaniques désirées. En particulier, les pièces de parties chaudes sont avantageusement réalisées en matériau composite thermostructural qui a la capacité de conserver ses propriétés mécaniques à haute température. La fabrication de telles pièces comprend l’obtention d’une texture de renfort, notamment par tissage tridimensionnel, laquelle est ensuite mise en forme dans un outillage de conformation afin d’obtenir une préforme de la pièce à obtenir. L’outillage de conformation est habituellement réalisé en graphite et est multi-perforé de sorte à permettre l’infiltration d’une phase gazeuse contenant un ou plusieurs précurseurs pour réaliser une étape, dite de consolidation, dans laquelle de la matière est déposée dans une porosité de la texture mise en forme dans le conformateur à partir du ou des précurseurs gazeux. L’épaisseur de la matière ainsi déposée est suffisante pour lier entre elles les fibres de la préforme afin qu’elle puisse être manipulée en conservant sa forme sans assistance de l’outillage de maintien. La fabrication de la pièce peut ensuite être achevée par une densification de la porosité résiduelle de la préforme consolidée, par exemple par infiltration à l’état fondu. Les techniques de consolidation en conformateur peuvent conduire à des gradients de dépôt de matière dans l’épaisseur de la texture lorsque celle-ci présente une épaisseur variable comme dans le cas d’une texture formant un renfort d’aube de turbine qui présente une portion de pied en surépaisseur notable par rapport au profil aérodynamique de pale. L’invention concerne un outillage de conformation d’une texture fibreuse pour la consolidation par voie gazeuse, comprenant : - une première zone de conformation configurée pour venir en appui sur la texture et la conformer localement à une première épaisseur, la première zone de conformation présentant une pluralité de premiers orifices d’alimentation en gaz définissant un premier taux d’ouverture pour le passage de gaz, et - une deuxième zone de conformation configurée pour venir en appui sur la texture et la conformer localement à une deuxième épaisseur inférieure à la première épaisseur, la deuxième zone de conformation présentant une pluralité de deuxièmes orifices d’alimentation en gaz définissant un deuxième taux d’ouverture pour le passage de gaz inférieur au premier taux d’ouverture. L’outillage de conformation selon l’invention est remarquable en ce qu’il présente une variation du taux d’ouverture pour le passage de gaz, lequel est destiné à former une phase de consolidation dans la porosité de la texture, adaptée à l’évolution d’épaisseur de la texture. Le taux d’ouverture est ainsi plus important dans la zone où la texture est plus épaisse ce qui permet d’obtenir une consolidation plus homogène. Dans un exemple de réalisation, le deuxième taux d’ouverture pour le passage de gaz est inférieur ou égal à la moitié du premier taux d’ouverture pour le passage de gaz. Une telle caractéristique est particulièrement adaptée à la consolidation d’une texture ayant une forte variation d’épaisseur telle qu’une texture destinée à former le renfort d’une aube en matériau composite. Dans un exemple de réalisation, la première épaisseur est supérieure ou égale à 10 mm et le premier taux d’ouverture pour le passage de gaz supérieur ou égal à 18%, et la deuxième épaisseur est inférieure ou égale à 10 mm et le deuxième taux d’ouverture pour le passage de gaz inférieur ou égal à 10%. En particulier, le premier taux d’ouverture peut être compris entre 18% et 50%. En variante ou en combinaison, le deuxième taux d’ouverture peut être compris entre 6% et 10%. Dans un exemple de réalisation, les première et deuxième zones de conformation comprennent un matériau céramique oxyde. Une telle caractéristique autorise davantage de liberté dans les variations possibles du taux d’ouverture par rapport à l’emploi d’un outillage en graphite et permet de réduire son coût. En particulier, le matériau céramique oxyde peut être choisi parmi l’alumine ou la zircone. Ces matériaux présentent avantageusement une grande stabilité dimensionnelle lors de la consolidation par voie gazeuse. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse consolidée, comprenant : - une mise en forme d’une texture fibreuse dans un outillage de conformation tel que décrit plus haut, ladite texture fibreuse étant conformée à la première épaisseur dans la première zone de conformation et à la deuxième épaisseur dans la deuxième zone de conformation de sorte à obtenir une préforme fibreuse, et - une consolidation par voie gazeuse de la préforme maintenue dans l’outillage de conformation en alimentant les premiers et deuxièmes orifices d’alimentation par une phase gazeuse comprenant un ou plusieurs précurseurs d’une phase de consolidation de sorte à obtenir la préforme fibreuse consolidée. Dans un exemple de réalisation, la préforme est une préforme d’aube de turbine, une préforme de pied d’aube étant formée dans la première zone de conformation et une préforme de pale étant formée dans la deuxième zone de conformation. Dans un exemple de réalisation, la préforme fibreuse est consolidée par une phase de carbure de silicium. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, comprenant : - la fabrication d’une préforme fibreuse consolidée par mise en œuvre d’un procédé tel que décrit plus haut, et - la densification de la préforme consolidée par une phase de matrice. Dans un exemple de réalisation, la densification est réalisée par infiltration à l’état fondu. La pièce peut être une pièce de turbomachine, par exemple de turbomachine aéronautique. La pièce peut en particulier être une pièce de turbine, comme une aube de turbine, un secteur de distributeur ou un secteur d’anneau. La est une vue schématique et partielle en perspective d’un exemple d’outillage de conformation selon l’invention. La est une vue en coupe selon II-II de l’outillage de la . La est une vue très schématique montrant l’évolution du taux d’ouverture pour le passage de gaz pour un exemple d’outillage de conformation selon l’invention. Outillage (1) de conformation d’une texture (2) fibreuse pour la consolidation par voie gazeuse, comprenant : - une première zone (11) de conformation configurée pour venir en appui sur la texture et la conformer localement à une première épaisseur (e1), la première zone de conformation présentant une pluralité de premiers orifices (13) d’alimentation en gaz définissant un premier taux d’ouverture pour le passage de gaz, et - une deuxième zone (12) de conformation configurée pour venir en appui sur la texture et la conformer localement à une deuxième épaisseur (e2) inférieure à la première épaisseur, la deuxième zone de conformation présentant une pluralité de deuxièmes orifices (14) d’alimentation en gaz définissant un deuxième taux d’ouverture pour le passage de gaz inférieur au premier taux d’ouverture. Outillage (1) de conformation selon la revendication 1, dans lequel le deuxième taux d’ouverture pour le passage de gaz est inférieur ou égal à la moitié du premier taux d’ouverture pour le passage de gaz. Outillage (1) de conformation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première épaisseur (e1) est supérieure ou égale à 10 mm et le premier taux d’ouverture pour le passage de gaz supérieur ou égal à 18%, et dans lequel la deuxième épaisseur (e2) est inférieure ou égale à 10 mm et le deuxième taux d’ouverture pour le passage de gaz inférieur ou égal à 10%. Outillage (1) de conformation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les première (11) et deuxième (12) zones de conformation comprennent un matériau céramique oxyde. Outillage (1) selon la revendication 4, dans lequel le matériau céramique oxyde est choisi parmi l’alumine ou la zircone. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse consolidée, comprenant : - une mise en forme d’une texture (2) fibreuse dans un outillage (1) de conformation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, ladite texture fibreuse étant conformée à la première épaisseur (e1) dans la première zone (11) de conformation et à la deuxième épaisseur (e2) dans la deuxième zone (12) de conformation de sorte à obtenir une préforme fibreuse, et - une consolidation par voie gazeuse de la préforme maintenue dans l’outillage de conformation en alimentant les premiers (13) et deuxièmes (14) orifices d’alimentation par une phase gazeuse comprenant un ou plusieurs précurseurs d’une phase de consolidation de sorte à obtenir la préforme fibreuse consolidée. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la préforme est une préforme d’aube de turbine, une préforme de pied d’aube étant formée dans la première zone (11) de conformation et une préforme de pale étant formée dans la deuxième zone (12) de conformation. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la préforme fibreuse est consolidée par une phase de carbure de silicium. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, comprenant : - la fabrication d’une préforme fibreuse consolidée par mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque 6 à 8, et - la densification de la préforme consolidée par une phase de matrice. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la densification est réalisée par infiltration à l’état fondu.