Brevet FR3129294A1 — publié le 20230526

La présente invention concerne un diffuseur pour diffuser un flux de gaz au sein d’une pile (16) d’ébauches (15) de pièces à base de matériau composite carbone/carbone imprégnées d’une solution de type sol-gel, la solution comprenant un solvant et un ou plusieurs composés , le flux de gaz permettant d’évaporer le solvant par transfert de chaleur, chaque ébauche (15) présentant un orifice central (151) traversant, les orifices centraux (151) traversant formant un puits central (161) de la pile, le diffuseur (17) comprenant une pluralité d’ailettes (172) de diffusion adaptées pour s’étendre au moins en partie dans le puits central (161) lorsque le diffuseur (17) est installé de sorte à être associé à la pile, les ailettes (172) étant adaptées pour diffuser et homogénéiser sur toute la hauteur de la pile (16) le flux de gaz s’écoulant depuis le puits central (161) à travers la pile. Figure pour l’abrégé : Fig. 4a Diffuseur pour diffuser un flux de gaz au sein d’une pile d’ébauches et ensembles associés DOMAINE DE L'INVENTION L’invention concerne un dispositif de séchage d’ébauches de pièces à base de matériau composite carbone/carbone imprégnées, un système d’imprégnation par une solution de type sol-gel d’ébauches de pièces à base de matériau composite carbone/carbone de sorte à obtenir des ébauches et de séchage des ébauches imprégnées, un ensemble et un procédé associés. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît des pièces à base de matériau(x) composite carbone/carbone (C/C) Il peut s’agir par exemple de pièces de friction telles que des disques de freins d'avions, mais il peut s’agir d’autres applications et/ou d’autres pièces en matériau composite C/C, notamment celles pour lesquelles des propriétés mécaniques améliorées sont recherchées. Des disques de freins d'avions en matériau composite C/C sont largement utilisés. En effet, en raison des énergies en jeu, de l’encombrement possible et de l’importance de réduire la masse des équipements, le freinage par friction est la technologie utilisée depuis plus de 60 ans pour les aéronefs. Les freins intégrés dans les roues des aéronefs comportent des empilements de rotors solidaires en rotation de la roue et de stators venant pincer les rotors. L’acier constituant les disques a progressivement été remplacé par des matériaux composite C-C, ceux-ci présentant des densités plus faibles et des performances de frottement supérieures aux températures importantes générées lors du freinage La fabrication de tels disques comporte habituellement une étape de réalisation d'une préforme fibreuse en fibres de carbone ayant une forme voisine de celle d'un disque à fabriquer et destinée à constituer le renfort fibreux du matériau composite, et une étape de densification de la préforme par une matrice en carbone pyrolytique (PyC) pour former une ébauche. Un procédé bien connu pour la réalisation d'une préforme fibreuse en fibres de carbone comprend la superposition de strates fibreuses en fibres de précurseur de carbone, par exemple en polyacrylonitrile (PAN) préoxydé, la liaison des strates entre elles, par exemple par aiguilletage, et la réalisation d'un traitement thermique de carbonisation pour transformer le précurseur en carbone. On pourra se référer, entre autres, au document US 5 792 715. La densification de la préforme par une matrice en PyC peut être effectuée par infiltration chimique en phase gazeuse ou CVI ("Chemical Vapour Infiltration"). Des préformes sont placées dans une enceinte dans laquelle est admise une phase gazeuse contenant un ou plusieurs précurseurs de carbone, par exemple du méthane et/ou du propane. La température et la pression dans l'enceinte sont contrôlées pour permettre à la phase gazeuse de diffuser au sein des préformes et d'y former un dépôt solide de carbone pyrolytique par décomposition du ou des précurseurs. Un procédé de densification d'une pluralité de préformes annulaires de disques de frein disposées en piles est décrit, entre autres, dans le document US 5 904 957. La densification par une matrice carbone peut aussi être effectuée par voie liquide, c'est-à-dire par imprégnation de la préforme par un précurseur de carbone, typiquement une résine, et pyrolyse du précurseur, plusieurs cycles d'imprégnation et pyrolyse étant habituellement réalisés. On connaît aussi un procédé de densification dit par "caléfaction" selon lequel une préforme de disque à densifier est immergée dans un bain de précurseur de carbone, par exemple du toluène, et est chauffée, par exemple par couplage avec un inducteur, de sorte que le précurseur vaporisé au contact de la préforme diffuse au sein de celle-ci pour former un dépôt PyC par décomposition. Un tel procédé est décrit entre autres dans le document US 5 389 152. Parmi les différentes propriétés recherchées de disques de frein à base de matériau composite C/C, une faible usure est hautement désirable. Pour améliorer la résistance à l'usure, l'introduction de grains en céramique dans le matériau composite C/C a été largement proposée. Ainsi, dans le document US 6 376 431, il est décrit l'imprégnation d'une ébauche en fibres de carbone par une solution de type sol-gel contenant un précurseur de silice (SiO 2 ) qui, après traitement thermique et réaction chimique avec le carbone, laisse des grains de carbure de silicium (SiC) distribués dans l’ébauche, ces grains ne représentant, dans le matériau composite C/C final, pas plus de 1 % en poids. Le document WO 2006/067184 préconise de réaliser une imprégnation par une solution type sol-gel ou suspension colloïdale sur la texture fibreuse des strates utilisées pour réaliser l’ébauche afin d'obtenir une dispersion de grains d'oxydes tels que des oxydes de titane (TiO 2 ), de zirconium (ZrO 2 ), d'hafnium (HfO 2 ) et de silicium (SiO 2 ). Un traitement thermique ultérieur transforme ces grains d'oxyde en grains de carbure. Le document EP 1 748 036 décrit l'imprégnation d'un substrat en fibres de carbone par une barbotine contenant une résine précurseur de carbone et des grains d'oxyde métallique, par exemple SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , .... Après traitement thermique, un matériau composite C/C est obtenu contenant des grains de carbure obtenus par transformation des particules d'oxydes. Les exemples indiquent l'utilisation de grains d'oxyde de plusieurs microns. Le document EP 0 507 564 décrit la réalisation d'une pièce en matériau composite type C/C par mélange de fibres carbonées, de poudre céramique et de poudre de carbone, moulage et frittage, la poudre céramique étant par exemple un oxyde tel que SiO2, TiO 2 , ZrO 2 , ou un nitrure. L'utilisation de poudre de ZrO 2 formée de grains d'un micron est mentionnée en exemple 2, la quantité de ZrO 2 dans le matériau composite final étant de 6,2 %. On note que, parmi les poudres céramiques envisagées, ZrO 2 est loin de donner les meilleurs résultats en usure. Le document EP 0 404 571 décrit un procédé similaire à celui de EP 0 507 564 mais pour former une pièce de glissement à faible coefficient de frottement. On connaît en particulier des méthodes permettant la fabrication de pièces à propriétés améliorées comprenant l’ajout de charges céramiques au sein d’une ébauche carbonée en composite carbone/carbone (C/C), dans lesquelles des charges sont introduites via un procédé d’imprégnation-séchage par un sol contenant les particules de céramique. Le procédé est décrit dans la demande de brevet FR 2 945 529. Un tel procédé permet d'obtenir des propriétés mécaniques améliorées, ce qui présente un intérêt particulier pour des pièces à base de matériau composite C/C quelle que soit leur destination. Cependant, lors de la mise en œuvre de ces méthodes, il est très difficile d’obtenir une répartition homogène des particules au sein de l’ébauche, résultant en un gradient de charges dans l’épaisseur du matériau. Ces charges sont typiquement réparties de la manière suivante pour une pièce, par exemple une pièce de friction : une quantité importante de charges est présente au voisinage des faces, par exemple des faces frottantes, alors que seule une quantité réduite de charges est présente introduite au cœur de l’ébauche. Cette répartition atypique des charges génère des risques liés entre autres à une variabilité des propriétés tribologiques au cours de la durée de vie de la pièce, par exemple en fonction de son niveau d’usure, une usure de faces pouvant être observée. Par exemple au niveau d’une pièce de friction, une usure des faces frottantes de l’ordre de plusieurs millimètres peut être observée lors de la vie du frein. Pour des matériaux C-C incorporant des particules céramiques il est capital de bien maitriser la dispersion des particules au sein de la pièce. Sur des pièces neuves, par exemple des disques, un gradient de répartition des particules céramiques, tel qu’il y a une quantité plus importante de particules sur les faces par rapport au cœur de la pièce, va générer au cours de la vie du disque des variabilités importantes des propriétés tribologiques telles que l’usure et la performance de freinage, c’est-à-dire une variation du coefficient de frottement. En outre, ces procédés sont soumis à des contraintes de délais et de coûts associés à leur fabrication industrielle. Les pièces doivent en effet être produites à des cadences importantes. L’invention vise ainsi en particulier à résoudre les problèmes de répartition de charges au sein d’une pièce dont la fabrication comprend l’ajout de charges céramiques au sein d’une ébauche carbonée en composite carbone/carbone (C/C) dans le cadre d’un procédé de fabrication industriel et de variabilité de traitement d’une ébauche à l’autre lors de la mise en œuvre du procédé. L’invention vise à réduire les risques de variabilité des propriétés tribologiques de telles pièces au cours de leur durée de vie tout en permettant une cadence de production industrielle. Il est à cet effet proposé un diffuseur pour diffuser un flux de gaz au sein d’une pile d’ébauches de pièces à base de matériau composite carbone/carbone imprégnées d’une solution de type sol-gel, la solution comprenant un solvant et un ou plusieurs composés, le flux de gaz permettant d’évaporer le solvant par transfert de chaleur, chaque ébauche présentant un orifice central traversant, les orifices centraux traversant des ébauches de la pile formant un puits central de la pile, le diffuseur comprenant une pluralité d’ailettes de diffusion adaptées pour s’étendre au moins en partie dans le puits central lorsque le diffuseur est installé de sorte à être associé à la pile, les ailettes étant adaptées pour diffuser et homogénéiser sur toute la hauteur de la pile le flux de gaz s’écoulant depuis le puits central à travers la pile. Le dispositif peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - les ailettes comprennent chacune une extrémité centrale et une extrémité périphérique, les ailettes s’étendant à partir d’une cavité centrale du diffuseur vers la périphérie du diffuseur, - chaque ailette présente une ouverture centrale traversante, les ouvertures centrales traversantes des ailettes formant la cavité centrale du diffuseur, - la cavité centrale est ouverte de sorte à former une entrée de gaz ouverte vers le haut lorsque le diffuseur est installé de sorte à être associé à la pile, la section de la cavité centrale étant décroissante à partir de l’entrée de gaz, - les ailettes comprennent chacune une section inclinée s’étendant entre l’extrémité centrale et l’extrémité périphérique, le diamètre périphérique des ailettes étant par exemple constant, - le diffuseur est configuré pour que, lorsque le diffuseur est installé de sorte à être associé à la pile, l’extrémité périphérique de chaque ailette fait face à une paroi interne d’une ébauche, de sorte que le flux de gaz est dirigé vers la périphérie entre les ébauches, - un déflecteur adapté pour s’étendre au moins en partie au-dessus de la pile lorsque le diffuseur est installé de sorte à être associé à la pile, afin de guider le gaz vers le puits central de la pile, par exemple vers la cavité centrale du diffuseur, un ou plusieurs élément(s) structurel(s) reliant les ailettes entre elles, et par exemple avec le déflecteur, les éléments structurels comprenant par exemple une pluralité de tiges, Il est proposé un ensemble de diffusion comprenant : - un tel diffuseur, et - une base configurée pour que le diffuseur repose sur la base lorsque est installé de sorte à être associé à la pile. Il est proposé un ensemble de pile comprenant : - un tel diffuseur ou un tel ensemble de diffusion, et - les ébauches agencées en piles, le diffuseur étant installé de sorte à être associé à la pile. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La illustre de façon schématique un ensemble de séchage et un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. La illustre de façon schématique deux sous-ensembles de chambres de séchage d’un dispositif selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. La illustre de façon schématique un ensemble de pile, un ensemble de diffusion et un diffuseur selon un autre exemple de mode de réalisation de l’invention. La illustre de façon schématique une vue en coupe d’un ensemble de pile, un ensemble de diffusion et un diffuseur de la . La illustre de façon schématique un détail de la . La illustre de façon schématique une vue en perspective avec une coupe partielle de l’ensemble de pile, l’ensemble de diffusion et du diffuseur de la . La illustre de façon schématique une vue en coupe du diffuseur de la . La illustre de façon schématique un système selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. La est un organigramme d’étapes d’un procédé de séchage selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. La est un organigramme d’étapes d’un procédé de fabrication selon un exemple de mode de réalisation de l’invention Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Diffuseur pour diffuser un flux de gaz au sein d’une pile (16) d’ébauches (15) de pièces à base de matériau composite carbone/carbone imprégnées d’une solution de type sol-gel, la solution comprenant un solvant et un ou plusieurs composés, le flux de gaz permettant d’évaporer le solvant par transfert de chaleur, chaque ébauche (15) présentant un orifice central (151) traversant, les orifices centraux (151) traversant des ébauches (15) de la pile (16) formant un puits central (161) de la pile, le diffuseur (17) comprenant une pluralité d’ailettes (172) de diffusion adaptées pour s’étendre au moins en partie dans le puits central (161) lorsque le diffuseur (17) est installé de sorte à être associé à la pile, les ailettes (172) étant adaptées pour diffuser et homogénéiser sur toute la hauteur de la pile (16) le flux de gaz s’écoulant depuis le puits central (161) à travers la pile. Diffuseur selon la revendication 1, dans lequel les ailettes (172) comprennent chacune une extrémité centrale (1722) et une extrémité périphérique (1723), les ailettes s’étendant à partir d’une cavité centrale (171) du diffuseur vers la périphérie du diffuseur. Diffuseur selon la revendication 2, dans lequel chaque ailette (172) présente une ouverture centrale (1721) traversante, les ouvertures centrales traversantes des ailettes formant la cavité centrale (171) du diffuseur (17). Diffuseur selon la revendication 3, dans lequel la cavité centrale (171) est ouverte de sorte à former une entrée de gaz (1711) ouverte vers le haut lorsque le diffuseur (17) est installé de sorte à être associé à la pile (16), la section de la cavité centrale étant décroissante à partir de l’entrée de gaz. Diffuseur selon la revendication 4, dans lequel les ailettes comprennent chacune une section (1724) inclinée s’étendant entre l’extrémité centrale et l’extrémité périphérique, le diamètre périphérique des ailettes étant par exemple constant. Diffuseur selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le diffuseur (17) est configuré pour que, lorsque le diffuseur (17) est installé de sorte à être associé à la pile (16), l’extrémité périphérique (1723) de chaque ailette (172) fait face à une paroi interne (152) d’une ébauche, de sorte que le flux de gaz est dirigé vers la périphérie entre les ébauches (15). Diffuseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un déflecteur (173) adapté pour s’étendre au moins en partie au-dessus de la pile (16) lorsque le diffuseur (17) est installé de sorte à être associé à la pile, afin de guider le gaz vers le puits central de la pile, par exemple vers la cavité centrale (171) du diffuseur. Diffuseur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un ou plusieurs élément(s) structurel(s) (174) reliant les ailettes (172) entre elles, et par exemple avec le déflecteur (173), les éléments structurels comprenant par exemple une pluralité de tiges. Ensemble de diffusion comprenant : - un diffuseur (17) selon l’une quelconque des revendications précédentes, et - une base (18) configurée pour que le diffuseur repose sur la base lorsque est installé de sorte à être associé à la pile (16). Ensemble de pile comprenant : - un diffuseur (17) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 ou un ensemble de diffusion selon l’une la revendication précédente, et - les ébauches (15) agencées en piles (16), le diffuseur étant installé de sorte à être associé à la pile.