Brevet FR3130853A1 — publié le 20230623

Conformateur multiple pour infiltration en phase gazeuse L’invention concerne un conformateur (1) pour la consolidation ou la densification en phase gazeuse de préformes fibreuses (5), caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de logements de conformation (100, 200, 300, 400), chaque logement de conformation étant formé par une première surface (110, 210, 310, 410) et une deuxième surface (120, 220, 320, 420) en regard l’une de l’autre, chaque surface (110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420) comprenant des éléments de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a) en saillie par rapport à ladite surface et destinés à être au contact de la préforme fibreuse (5), chaque logement de conformation s’étendant entre au moins une entrée de gaz (100e, 200e, 300e, 400e) et au moins une sortie de gaz (100s, 200s, 300s, 400s) positionnées entre les première et deuxième surfaces (110, 210, 310, 410, 120, 220, 320, 420). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Conformateur multiple pour infiltration en phase gazeuse La présente invention concerne la fabrication de pièces en matériau composite et, plus particulièrement, l’outillage de conformation utilisé lors de la consolidation ou de la densification par infiltration chimique en phase gazeuse d’une préforme fibreuse destinée à former au moins le renfort de la pièce en matériau composite. La consolidation ou la densification par infiltration chimique en phase gazeuse, également appelée « CVI » de l’anglais « chemical vapor infiltration », est classiquement réalisée en plaçant la préforme fibreuse à consolider ou à densifier dans un conformateur multiperforé en graphite, lui-même placé dans un four ou un réacteur où il est chauffé. Un tel conformateur multiperforé est par exemple décrit dans le document FR 3 021 671 ou dans le document FR 3 059 679. Un gaz réactif contenant un ou plusieurs précurseurs gazeux du matériau constitutif de la matrice est introduit dans le réacteur. La température et la pression dans le réacteur sont réglées pour permettre au gaz réactif de diffuser au sein des porosités de la préforme fibreuse par le biais des perforations du conformateur. Le gaz réactif peut ainsi 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. En outre, par ce procédé, un matériau d’interphase peut être déposé avec la matrice. Cependant, cette technique de consolidation ou de densification nécessite classiquement un outillage en graphite très encombrant, comprenant de grandes parois multiperforées. D’une part, comme le graphite perforé est fragile, l’outillage de conformation doit présenter des parois épaisses. D’autre part, des assemblages boulonnés volumineux sont nécessaires pour fermer et maintenir les supports de l’outillage de conformation. Ainsi, il n’est pas possible de placer un grand nombre de conformateurs en même temps dans l’espace disponible dans le four ou le réacteur, d’autant plus que toutes les surfaces perforées doivent être aisément accessibles au gaz circulant dans le réacteur pour garantir une consolidation ou une densification satisfaisante. Le nombre de préformes fibreuses pouvant être densifiées ou consolidées simultanément dans le réacteur est donc très faible, et ne permet pas une production à une cadence élevée. Il existe également des outillages de conformation dans lesquels la préforme fibreuse est appuyée sur des surfaces sans perforations. Une telle configuration est par exemple décrite dans le document FR 3 107 283, dans lequel l’entrée de gaz est placée à une extrémité de la préforme et la sortie de gaz est placée à l’autre extrémité de la préforme. Un tel outillage de conformation est utilisé dans le cadre d’une installation isolée de taille réduite, comprenant un système de chauffage. Cette configuration n’est donc pas adaptée à une production en grandes séries. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients décrits précédemment, en proposant un conformateur adapté à une production à cadence élevée. A cet effet, l’invention propose un conformateur pour la consolidation ou la densification en phase gazeuse de préformes fibreuses, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de logements de conformation, chaque logement de conformation étant formé par une première surface et une deuxième surface en regard l’une de l’autre et étant destiné à accueillir une préforme fibreuse, chaque première ou deuxième surface comprenant des éléments de maintien en saillie par rapport à ladite surface et s’étendant jusqu’à une face d’extrémité destinée à être au contact de la préforme fibreuse, chaque logement de conformation s’étendant entre au moins une entrée de gaz et au moins une sortie de gaz positionnées entre la première surface et la deuxième surface dudit logement. Ainsi, le conformateur selon l’invention permet de consolider ou de densifier simultanément un grand nombre de préformes fibreuses avec un encombrement restreint. En plaçant la ou les entrées de gaz à une extrémité de chaque logement de conformation et la ou les sorties de gaz à une autre extrémité de chaque logement de conformation, on assure une consolidation ou une densification satisfaisante de chaque préforme fibreuse. En effet, le conformateur présente au moins une entrée de gaz et au moins une sortie de gaz propres à chaque logement de conformation. Ainsi, le gaz qui pénètre dans un logement de conformation n’a pas circulé au préalable dans un autre logement de conformation du conformateur, ce qui améliore la qualité de la consolidation ou de la densification des préformes fibreuses. En outre, la ou les faces du conformateur comprenant les entrées de gaz sont aisément accessibles pour le gaz réactif, l’accès n’étant pas gêné par un conformateur adjacent. Selon une caractéristique particulière de l’invention, le conformateur comprend une plaque de début, une plaque de fin et une ou plusieurs plaques intermédiaires positionnées entre la plaque de début et la plaque de fin, chaque plaque intermédiaire comprenant la première surface d’un logement de conformation et la deuxième surface d’un logement de conformation adjacent. Ainsi, le conformateur présente une configuration très compacte, chaque plaque intermédiaire étant utilisée simultanément pour deux logements de conformation adjacent. Par « face d’extrémité », on désigne la surface de l’élément de maintien qui sera réellement au contact de la préforme fibreuse disposée dans le conformateur. Ainsi, la totalité de la face d’extrémité d’un élément de maintien doit être au contact de la préforme fibreuse lorsque celle-ci est disposée dans le conformateur. Selon une caractéristique particulière de l’invention, chaque logement de conformation est destiné à accueillir une préforme fibreuse, ladite préforme fibreuse étant destinée à former le renfort fibreux d’une pièce de moteur aéronautique. Selon une caractéristique particulière de l’invention, la somme des aires des faces d’extrémité des éléments de maintien de chaque première ou deuxième surface est inférieure ou égale à 50% de l’aire totale de ladite surface. De préférence, la somme des aires des faces d’extrémité des éléments de maintien de chaque première ou deuxième surface est inférieure ou égale à 40% de l’aire totale de ladite surface, et de préférence supérieure ou égale à 5% de l’aire totale de ladite surface. Ainsi, lorsque les préformes fibreuses sont disposées dans les logements de conformation, la surface de la préforme fibreuse en contact avec le gaz réactif est très élevée, ce qui améliore la cinétique de l’opération de consolidation ou de densification. En outre, on limite encore l’apparition de surépaisseurs locales non désirées dans la préforme fibreuse tout en simplifiant l’entretien du conformateur. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’aire de la face d’extrémité d’au moins un élément de maintien est comprise entre 1 mm 2 et 50 mm 2 . De préférence, l’aire de la face d’extrémité d’au moins un élément de maintien est comprise entre 2,5 mm 2 et 15 mm 2 . Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, l’aire de face d’extrémité d’au moins un élément de maintien est inférieure à 1 mm 2 . Dans ce mode de réalisation, le contact entre l’élément de maintien et la préforme fibreuse est dit ponctuel. Au moins une partie des éléments de maintien peut ainsi présenter par exemple une forme globale d’aiguille, de tige droite, de tige courbée en arc ou en « C ». On garantit ainsi une meilleur circulation des flux de gaz à proximité des préformes fibreuses disposées dans le conformateur, en réduisant encore la surface de contact entre les préformes fibreuses et le conformateur. Selon une caractéristique particulière de l’invention, au moins une partie des éléments de maintien a une forme tronconique ou cylindrique. Un élément de maintien « tronconique » doit se comprendre comme un élément de maintien présentant une géométrie de cône tronqué. Le terme « cône » désigne un volume plein ou creux dont la surface est définie par une droite passant par un point fixe et un point variable décrivant une courbe fermée. Le terme « cône » peut donc désigner un cône quelconque, et ne désigne pas nécessairement un cône de révolution. Un élément de maintien « cylindrique » doit se comprendre comme un élément de maintien présentant une géométrie de cylindre. Le terme « cylindre » désigne un volume plein ou creux défini par une surface réglée dont les génératrices sont parallèles. Le terme « cylindre » peut donc désigner un cylindre quelconque, et ne désigne pas nécessairement un cylindre droit ou de révolution. Toutefois, de préférence, au moins une partie des éléments de maintien a une forme tronconique de révolution, et/ou au moins une partie des éléments de maintien a une forme cylindrique de révolution. Selon une caractéristique particulière de l’invention, au moins une partie des éléments de maintien a une forme de polyèdre présentant au moins deux faces en forme de trapèze. Selon une caractéristique particulière de l’invention, au moins une partie des éléments de maintien de chaque première ou deuxième surface présente une section diminuant progressivement depuis leur jonction avec ladite surface jusqu’à leur face d’extrémité destinée à entrer au contact de la préforme fibreuse. Une telle diminution progressive de la section des éléments de maintien permet de leur conférer une certaine robustesse, tout en obtenant une face d’extrémité la plus réduite possible. Ainsi, on peut augmenter la surface de la préforme en contact avec le gaz réactif lors de l’opération de consolidation ou de densification sans fragiliser le conformateur. Afin de simplifier la fabrication du conformateur, tous les éléments de maintien d’une même surface peuvent présenter la même forme géométrique et/ou les mêmes dimensions. Afin de simplifier la fabrication du conformateur, toutes les premières surfaces peuvent présenter une géométrie identique et toutes les deuxièmes surfaces peuvent présenter une géométrie identique. Ainsi, les plaques intermédiaires du conformateur peuvent présenter une géométrie identique. L’invention propose également un chargement destiné à être placé dans une installation de consolidation ou de densification par infiltration chimique en phase gazeuse, ledit chargement comprenant une pluralité de préformes fibreuses disposées dans un conformateur selon l’invention, de sorte que chaque préforme fibreuse disposée dans un logement de conformation soit maintenue par les faces d’extrémité des éléments de maintien dudit logement. Selon une caractéristique particulière de l’invention, les préformes fibreuses sont des préformes de pièces de moteur aéronautique. Selon une caractéristique particulière de l’invention, l’entrée de gaz de chaque logement de conformation est située entre la première surface dudit logement et la préforme fibreuse présente dans ledit logement, et la sortie de gaz du logement est située entre la deuxième surface dudit logement et la préforme fibreuse présente dans ledit logement. Cette configuration, permet d’améliorer la consolidation ou la densification de la préforme fibreuse, car le gaz doit traverser la préforme fibreuse pour pouvoir sortir. L’invention concerne également un procédé de fabrication de plusieurs pièces en matériau composite comprenant : - le placement de plusieurs préformes fibreuses, éventuellement pré-consolidées ou consolidées, dans un conformateur selon l’invention, de sorte que chaque préforme fibreuse disposée dans un logement de conformation soit maintenue par les faces d’extrémité des éléments de maintien dudit logement, et - la densification des préformes fibreuses par infiltration chimique en phase gazeuse. Dans un mode de réalisation, l’invention concerne un procédé de fabrication de plusieurs pièces en matériau composite comprenant : - le placement de plusieurs préformes fibreuses poreuses dans un conformateur selon l’invention, de sorte que chaque préforme fibreuse disposée dans un logement de conformation soit maintenue par les faces d’extrémité des éléments de maintien dudit logement, - la consolidation des préformes fibreuses poreuses par infiltration chimique en phase gazeuse d’une matrice, et - la densification des préformes consolidées. La est une vue schématique illustrant un chargement comprenant un conformateur conformément à un mode de réalisation de l’invention. La est une vue schématique en coupe du chargement de la . La est une vue schématique de la première surface d’une plaque intermédiaire du conformateur des figures 1 et 2. La est une vue schématique de la deuxième surface de la plaque intermédiaire de la . La est une vue schématique en coupe illustrant un chargement comprenant un conformateur conformément à un autre mode de réalisation de l’invention. La est une vue schématique en coupe d’une installation de densification par infiltration en phase gazeuse selon un premier mode de réalisation de l’invention comprenant le chargement de la . La est une vue schématique d’une installation de densification par infiltration en phase gazeuse selon un deuxième mode de réalisation de l’invention comprenant le chargement des figures 1 et 2. Conformateur (1 ; 2) pour la consolidation ou la densification en phase gazeuse de préformes fibreuses (5), caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de logements de conformation (100, 200, 300, 400 ; 500, 600, 700, 800), chaque logement de conformation étant formé par une première surface (110, 210, 310, 410 ; 510, 610, 710, 810) et une deuxième surface (120, 220, 320, 420 ; 520, 620, 720, 820) en regard l’une de l’autre et étant destiné à accueillir une préforme fibreuse (5), chaque première ou deuxième surface (110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420 ; 510, 520, 610, 620, 710, 720, 810, 820) comprenant des éléments de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a ; 510a, 520a, 610a, 620a, 710a, 720a, 810a, 820a) en saillie par rapport à ladite surface et s’étendant jusqu’à une face d’extrémité destinée à être au contact de la préforme fibreuse (5), chaque logement de conformation (100, 200, 300, 400 ; 500, 600, 700, 800) s’étendant entre au moins une entrée de gaz (100e, 200e, 300e, 400e ; 500e, 600e, 700e, 800e) et au moins une sortie de gaz (100s, 200s, 300s, 400s ; 500s, 600s, 700s, 800s) positionnées entre la première surface (110, 210, 310, 410 ; 510, 610, 710, 810) et la deuxième surface (120, 220, 320, 420 ; 520, 620, 720, 820) dudit logement. Conformateur (1 ; 2) selon la revendication 1, comprenant une plaque de début (10), une plaque de fin (50) et une ou plusieurs plaques intermédiaires (20, 30, 40) positionnées entre la plaque de début (10) et la plaque de fin (50), chaque plaque intermédiaire (20, 30, 40) comprenant la première surface (210, 310, 410) d’un logement de conformation (200, 300, 400) et la deuxième surface (120, 220, 320) d’un logement de conformation adjacent (100, 200, 300). Conformateur (1 ; 2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la somme des aires des faces d’extrémité des éléments de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a ; 510a, 520a, 610a, 620a, 710a, 720a, 810a, 820a) de chaque première ou deuxième surface (110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420 ; 510, 520, 610, 620, 710, 720, 810, 820) est inférieure ou égale à 50% de l’aire totale de ladite surface. Conformateur (1 ; 2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’aire de la face d’extrémité d’au moins un élément de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a ; 510a, 520a, 610a, 620a, 710a, 720a, 810a, 820a) est comprise entre 1 mm 2 et 50 mm 2 . Conformateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’aire de la face d’extrémité d’au moins un élément de maintien est inférieure à 1 mm 2 . Conformateur (1 ; 2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins une partie des éléments de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a ; 510a, 520a, 610a, 620a, 710a, 720a, 810a, 820a) a une forme tronconique ou cylindrique. Conformateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins une partie des éléments de maintien a une forme de polyèdre présentant au moins deux faces en forme de trapèze. Conformateur (1 ; 2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins une partie des éléments de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a ; 510a, 520a, 610a, 620a, 710a, 720a, 810a, 820a) de chaque première ou deuxième surface (110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420 ; 510, 520, 610, 620, 710, 720, 810, 820) présente une section diminuant progressivement depuis leur jonction avec ladite surface jusqu’à leur face d’extrémité destinée à entrer au contact de la préforme fibreuse (5). Chargement (1000, 2000) destiné à être placé dans une installation de consolidation ou de densification par infiltration chimique (4000, 5000) en phase gazeuse, ledit chargement (1000, 2000) comprenant une pluralité de préformes fibreuses (5) disposées dans un conformateur (1, 2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, de sorte que chaque préforme fibreuse (5) disposée dans un logement de conformation (100, 200, 300, 400 ; 500, 600, 700, 800) soit maintenue par les faces d’extrémité des éléments de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a ; 510a, 520a, 610a, 620a, 710a, 720a, 810a, 820a) dudit logement. Chargement (1000, 2000) selon la revendication 9, dans lequel les préformes fibreuses (5) sont des préformes de pièces de moteur aéronautique. Chargement (1000) selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l’entrée de gaz (100e, 200e, 300e, 400e) de chaque logement de conformation (100, 200, 300, 400) est située entre la première surface (110, 210, 310, 410) dudit logement et la préforme fibreuse (5) présente dans ledit logement, et dans lequel la sortie de gaz (100s, 200s, 300s, 400s) du logement est située entre la deuxième surface (120, 220, 320, 420) dudit logement et la préforme fibreuse (5) présente dans ledit logement. Procédé de fabrication de plusieurs pièces en matériau composite comprenant : - le placement de plusieurs préformes fibreuses poreuses (5) dans un conformateur (1 ; 2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, de sorte que chaque préforme fibreuse (5) disposée dans un logement de conformation (100, 200, 300, 400 ; 500, 600, 700, 800) soit maintenue par les faces d’extrémité des éléments de maintien (110a, 120a, 210a, 220a, 310a, 320a, 410a, 420a ; 510a, 520a, 610a, 620a, 710a, 720a, 810a, 820a) dudit logement, - la consolidation des préformes fibreuses poreuses (5) par infiltration chimique en phase gazeuse d’une matrice, et - la densification des préformes consolidées.