Brevet FR3130276A1 — publié le 20230616

Installation de traitement thermochimique et procédé de fabrication d’une pièce de friction en matériau composite Une installation de traitement thermochimique (100) comprend une chambre de réaction (140) et une chambre de préchauffage (110) comprenant un premier compartiment (111) définissant un premier chemin de circulation de gaz entre une première entrée de gaz (1110) et la chambre de réaction. La chambre de préchauffage (110) comprend en outre au moins un deuxième compartiment (112) indépendant du premier compartiment (111) définissant un deuxième chemin de circulation de gaz entre une deuxième entrée de gaz (1120) et la chambre de réaction (140), le deuxième compartiment contenant un précurseur métallique ou métalloïde sous forme solide (1125) présent dans le deuxième chemin de circulation de gaz. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Installation de traitement thermochimique et procédé de fabrication d’une pièce de friction en matériau composite La présente invention concerne la fabrication de pièces en matériau composite et plus particulièrement des pièces de friction à base de matériau composite carbone/carbone (C/C), telles que des disques de freins d'avions. La demande EP 2 253 604 propose un procédé pour obtenir une pièce de friction en matériau composite carbone/carbone (C/C) incorporant une phase céramique sous forme de grains ou cristallites d’un ou plusieurs composés de zirconium. Le procédé divulgué dans cette demande comprend la réalisation d'une préforme en fils de carbone, la densification de la préforme par une matrice de carbone et, au cours du processus de fabrication, l'introduction de grains ou particules en céramique dispersés au sein de la pièce. La pièce de friction obtenue par le procédé décrit dans la demande EP 2 253 604 présente de bonnes performances. En revanche, ce procédé est plus complexe que le procédé standard de réalisation d'un disque entièrement C/C. En effet, dans cette demande, on réalise un premier stade de densification par du carbone pyrolytique (PyC) par infiltration chimique en phase gazeuse (CVI). La pièce est alors déchargée du four CVI puis immergée dans un sol précurseur de zircone, séchée et traitée thermiquement. La pièce est alors à nouveau introduite dans le four CVI, pour terminer la densification de la matrice PyC. Cette insertion du zirconium, totalement dissociée du procédé d'infiltration chimique en phase vapeur, occasionne une complexification et un rallongement de la fabrication. Le document EP 0 085 601 divulgue un procédé de fabrication d’une structure composite dans lequel des dépôts de type Zr-O-C par CVI sont réalisés en utilisant un chlorureur externe présent en amont de l’installation de CVI. Si cette solution présente l’avantage de pouvoir traiter directement la préforme dans l’installation de CVI, elle présente toutefois plusieurs inconvénients. En effet, des phénomènes de condensation de chlorure de zirconium (ZrCl 4 ) se produisent dans les canalisations reliant le chlorureur externe à l’installation de CVI. Afin d’éviter ces phénomènes, il est nécessaire de maintenir les canalisations à une température élevée pouvant dépasser 600°C tout en utilisant des vannes pour assurer l’étanchéité du circuit. Ces contraintes entraînent une augmentation de la complexité et du coût de la technologie à mettre en œuvre. En outre, l’utilisation d’un chlorureur externe augmente l’encombrement global de l’installation. Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d’une solution qui permet de réaliser par CVI des dépôts de natures différentes dont au moins un dépôt de matériau oxyde et/ou oxycarbure, et ce sans les inconvénients précités. La présente invention vise, selon un premier aspect, une installation de traitement thermochimique comprenant une chambre de réaction et une chambre de préchauffage comprenant un premier compartiment définissant un premier chemin de circulation de gaz entre une première entrée de gaz et la chambre de réaction, caractérisée en ce que la chambre de préchauffage comprend en outre au moins un deuxième compartiment indépendant du premier compartiment définissant un deuxième chemin de circulation de gaz entre une deuxième entrée de gaz et la chambre de réaction, le deuxième compartiment contenant un précurseur métallique ou métalloïde sous forme solide présent dans le deuxième chemin de circulation de gaz. En compartimentant ainsi la chambre de préchauffage, il est possible de réaliser un dépôt d’oxyde et/ou d’oxycarbure dans une ou plusieurs préformes sans avoir à les extraire de la chambre de réaction. Le procédé de fabrication de pièce en matériau composite est ainsi grandement simplifié et le temps de fabrication grandement réduit. En outre, dans le cas du dépôt d’une phase de type Zr-O-C, le problème de la condensation de ZrCl 4 ne se pose pas car le chlorureur est ici directement intégré dans la chambre de préchauffage, ce qui n’entraîne pas d’augmentation de l’encombrement de l’installation. Selon un mode de réalisation, le précurseur métallique ou métalloïde présent dans le deuxième compartiment est un composé ou un mélange de composés choisis parmi : le zirconium, le titane, l’hafnium et l’yttrium et la deuxième entrée de gaz est reliée à une source de dichlore ou de chlorure d'hydrogène. Selon un aspect particulier, le deuxième compartiment comprend un plateau multi-perforé supportant le précurseur métallique ou métalloïde sous forme solide. Selon un autre aspect particulier, une couche de laine de quartz est interposée entre le plateau multi-perforé et le précurseur métallique ou métalloïde. Selon un mode de réalisation, la première entrée de gaz est reliée à une source de précurseur gazeux de carbone pyrolytique. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes : - réalisation d’au moins une préforme fibreuse en fibres de carbone, ou en fibres réfractaires, ou un mélange de fibres de carbone et de fibres réfractaires,, - chargement de la ou les préformes fibreuses dans la chambre de réaction d’une installation de traitement thermochimique selon l’invention, - densification de la ou les préforme fibreuses par une matrice comprenant au moins une première phase et une deuxième phase, la première phase de matrice étant formée par infiltration chimique en phase gazeuse à partir d’un premier précurseur gazeux introduit dans le premier compartiment de la chambre de préchauffage de l’installation de traitement thermochimique, la deuxième phase de matrice étant formée par infiltration chimique en phase gazeuse à partir d’un deuxième précurseur gazeux obtenu par réaction entre un gaz réactif introduit dans le deuxième compartiment de la chambre de préchauffage de l’installation de traitement thermochimique et le précurseur métallique sous forme solide présent dans le deuxième compartiment. Les première et deuxième phases décrites ci-avant peuvent être mise en œuvre dans différents ordres ou séquences. La première phase peut être réalisée avant la deuxième phase. La deuxième phase peut être réalisée avant la première phase. Chaque phase peut être réalisée de manière séquencée, c’est-à-dire en plusieurs fois en alternant une séquence de formation de la première phase avec une séquence de formation de la deuxième phase. Les premières et deuxièmes phases peuvent encore être formées simultanément par les gaz qui passent dans la chambre de préchauffage et les gaz réagissant avec le précurseur dans la chambre de réaction. Selon un mode de réalisation, le précurseur métallique ou métalloïde présent dans le deuxième compartiment est un composé ou un mélange de composés choisis parmi : le zirconium, le titane, l’hafnium et l’yttrium et le gaz réactif introduit dans le deuxième compartiment du dichlore ou du chlorure d'hydrogène. Selon un aspect particulier, le deuxième compartiment comprend un plateau multi-perforé supportant le précurseur métallique ou métalloïde sous forme solide. Selon un autre aspect particulier, une couche de laine de quartz est interposée entre le plateau multi-perforé et le précurseur métallique ou métalloïde. Selon un mode de réalisation, le premier précurseur gazeux est un précurseur de carbone pyrolytique. La est une vue schématique en coupe d’une installation de traitement thermochimique selon un mode de réalisation de l’invention. Installation de traitement thermochimique (100) comprenant une chambre de réaction (140) et une chambre de préchauffage (110) comprenant un premier compartiment (111) définissant un premier chemin de circulation de gaz entre une première entrée de gaz (1110) et la chambre de réaction, caractérisée en ce que la chambre de préchauffage (110) comprend en outre au moins un deuxième compartiment (112) indépendant du premier compartiment (111) définissant un deuxième chemin de circulation de gaz entre une deuxième entrée de gaz (1120) et la chambre de réaction (140), le deuxième compartiment contenant un précurseur métallique ou métalloïde sous forme solide (1125) présent dans le deuxième chemin de circulation de gaz. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le précurseur métallique ou métalloïde (1125) présent dans le deuxième compartiment est un composé ou un mélange de composés choisis parmi : le zirconium, le titane, l’hafnium et l’yttrium et la deuxième entrée de gaz est reliée à une source de dichlore ou de chlorure d'hydrogène. Installation selon la revendication 2, dans laquelle le deuxième compartiment (112) comprend un plateau multi-perforé (1123) supportant le précurseur métallique ou métalloïde sous forme solide. Installation selon la revendication 3, dans laquelle une couche de laine de quartz (1124) est interposée entre le plateau multi-perforé (1123) et le précurseur métallique ou métalloïde. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la première entrée de gaz (1110) est reliée à une source de précurseur gazeux de pyrocarbone. Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite comprenant au moins les étapes suivantes : - réalisation d’au moins une préforme fibreuse (130) en fibres de carbone, ou en fibres réfractaires, ou un mélange de fibres de carbone et de fibres réfractaires, - chargement de la ou les préformes fibreuses (130) dans la chambre de réaction (140) d’une installation de traitement thermochimique (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, - densification de la ou les préforme fibreuses par une matrice comprenant au moins une première phase et une deuxième phase, la première phase de matrice étant formée par infiltration chimique en phase gazeuse à partir d’un premier précurseur gazeux (150) introduit dans le premier compartiment (111) de la chambre de préchauffage (110) de l’installation de traitement thermochimique, la deuxième phase de matrice étant formée par infiltration chimique en phase gazeuse à partir d’un deuxième précurseur gazeux (170) obtenu par réaction entre un gaz réactif (160) introduit dans le deuxième compartiment (112) de la chambre de préchauffage (110) de l’installation de traitement thermochimique et le précurseur métallique ou métalloïde( 1125) sous forme solide présent dans le deuxième compartiment. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le précurseur métallique ou métalloïde (1125) présent dans le deuxième compartiment (112) est un composé ou un mélange de composés choisis parmi : le zirconium, le titane, l’hafnium et l’yttrium et le gaz réactif (160) introduit dans le deuxième compartiment du dichlore ou du chlorure d'hydrogène. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le deuxième compartiment (112) comprend un plateau multi-perforé (1123) supportant le précurseur métallique ou métalloïde sous forme solide. Procédé selon la revendication 8, dans lequel une couche de laine de quartz (1124) est interposée entre le plateau multi-perforé (1123) et le précurseur métallique ou métalloïde. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le premier précurseur gazeux (150) est un précurseur de pyrocarbone.