Brevet FR3129468A1 — publié le 20230526

La présente invention concerne un Dispositif de séchage 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 dispositif (10) comprenant : - un tunnel comprenant un ensemble de chambres (11) de séchage des ébauches, agencées pour recevoir les ébauches de manière successive selon un sens de circulation des ébauches, - des moyens de circulation (12) de gaz configurés pour permettre la circulation d’un gaz de séchage entre les chambres d’un sous-ensemble de l’ensemble des chambres (11), le sous-ensemble comprenant au moins plusieurs des chambres de séchage de l’ensemble de chambre de séchage. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 DISPOSITIF DE SECHAGE D’EBAUCHES ET SYSTEME ET ENSEMBLE ET PROCEDE ASSOCIES 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. 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 dispositif de séchage 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 dispositif comprenant : - un tunnel comprenant un ensemble de chambres de séchage des ébauches, agencées pour recevoir les ébauches de manière successive selon un sens de circulation des ébauches, - des moyens de circulation de gaz configurés pour permettre la circulation d’un gaz de séchage entre les chambres d’un sous-ensemble de l’ensemble des chambres, le sous-ensemble comprenant au moins plusieurs des chambres de séchage de l’ensemble de chambre de séchage. Le dispositif peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - les moyens de circulation sont configurés pour faire circuler le gaz, entre les chambres du sous-ensemble de chambres de séchage, dans le sens inverse du sens de circulation des ébauches, de sorte que le taux en solvant du gaz au sein des chambres du sous-ensemble de chambres décroît ou est égal d’une chambre à l’autre dans le sens de circulation, - les moyens de circulation de gaz comprennent des sections de circulation de gaz entre les chambres successives du sous-ensemble de chambres, le dispositif comprenant des moyens de chauffage configurés pour chauffer le gaz au niveau d’au moins certaines des sections de circulation, - l’ensemble de chambres de séchage comprend : -- une ou des chambre(s) de gélification de la solution de sorte à former un gel, et -- des chambre(s) d’évaporation du solvant présent au sein du gel formé, les chambres du sous-ensemble étant par exemple les chambres d’évaporation, la ou les chambre(s) d’évaporation étant agencées en aval de la ou des chambre(s) de gélification dans le sens de circulation. - le dispositif est configuré de sorte que le gaz en entrée de chacune de la ou les chambre(s) de gélification est à une température inférieure de la température du gaz en entrée de chacune de la ou les chambre(s) d’évaporation. - le dispositif est configuré de sorte que le gaz en entrée de chacune de la ou les chambre(s) de gélification est saturé en solvant - une ou des chambre(s) de refroidissement des ébauches agencée(s) en aval du sous-ensemble de chambres (11) de séchage des ébauches dans le sens de circulation, - adapté pour faire progresser les ébauches de manière continue dans les chambres de séchages suivant le sens de circulation, - les ébauches sont agencées en pile, le dispositif ou le système comprenant des diffuseurs, chaque diffuseur étant adapté pour être reçu au sein d’une pile, de sorte à guider un flux du gaz à travers la pile et à homogénéiser le séchage des ébauches de la pile, - des moyens d’installation automatisée des diffuseurs au sein des piles. Il est proposé 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, comprenant : - des moyens d’imprégnation des ébauches, et - un tel dispositif de séchage des ébauches imprégnées. Le dispositif peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - les ébauches sont agencées en pile, le dispositif ou le système comprenant des diffuseurs, chaque diffuseur étant adapté pour être reçu au sein d’une pile, de sorte à guider un flux du gaz à travers la pile et à homogénéiser le séchage des ébauches de la pile, - des moyens d’installation automatisée des diffuseurs au sein des piles. Il est proposé un ensemble de séchage comprenant le dispositif de séchage ou le système d’imprégnation comme décrit ci-dessus, comprenant en outre les ébauches, les ébauches étant par exemple agencées en piles. Il est proposé un procédé de séchage 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, mis en œuvre au moyen d’un tel dispositif ou d’un tel système ou d’un tel ensemble, le procédé comprenant : - la circulation des ébauches dans les chambres de séchage suivant le sens de circulation, et - simultanément à la circulation des ébauches, la circulation du gaz de séchage entre les chambres du sous-ensemble de chambres. Il est proposé un procédé de fabrication de pièces à base de matériau composite carbone/carbone mis en œuvre au moyen d’un tel dispositif ou d’un tel système ou d’un tel ensemble, le procédé comprenant : - une étape de fourniture ou d’obtention d’ébauches de pièce à base de matériau composite carbone/carbone, - une étape d’imprégnation des ébauches par une solution de type sol-gel, la solution comprenant un solvant et un ou plusieurs composés, et - une étape de séchage des ébauches, l’étape de séchage comprenant un tel procédé de séchage. 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. Dispositif de séchage 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 dispositif (10) comprenant : - un tunnel comprenant un ensemble de chambres (11) de séchage des ébauches (15), agencées pour recevoir les ébauches de manière successive selon un sens de circulation des ébauches, - des moyens de circulation (12) de gaz configurés pour permettre la circulation d’un gaz de séchage entre les chambres d’un sous-ensemble de l’ensemble des chambres (11), le sous-ensemble comprenant au moins plusieurs des chambres de séchage de l’ensemble de chambre de séchage. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de circulation (12) sont configurés pour faire circuler le gaz, entre les chambres du sous-ensemble de chambres (11) de séchage, dans le sens inverse du sens de circulation des ébauches, de sorte que le taux en solvant du gaz au sein des chambres (11) du sous-ensemble de chambres décroît ou est égal d’une chambre à l’autre dans le sens de circulation. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de circulation (12) de gaz comprennent des sections de circulation de gaz entre les chambres (11) successives du sous-ensemble de chambres, le dispositif (10) comprenant des moyens de chauffage (125) configurés pour chauffer le gaz au niveau d’au moins certaines des sections de circulation. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble de chambres (11) de séchage comprend : - une ou des chambre(s) de gélification (111) de la solution de sorte à former un gel, et - des chambre(s) d’évaporation (112) du solvant présent au sein du gel formé, les chambres du sous-ensemble étant par exemple les chambres d’évaporation, la ou les chambre(s) d’évaporation étant agencées en aval de la ou des chambre(s) de gélification dans le sens de circulation. Dispositif selon la revendication 3 et la revendication 4, dans lequel le dispositif est configuré de sorte que le gaz en entrée de chacune de la ou les chambre(s) de gélification (111) est à une température inférieure de la température du gaz en entrée de chacune de la ou les chambre(s) d’évaporation (112). Dispositif selon la revendication 3 et la revendication 4, ou selon la revendication 5, dans lequel le dispositif est configuré de sorte que le gaz en entrée de chacune de la ou les chambre(s) de gélification (111) est saturé en solvant. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une ou des chambre(s) de refroidissement (14) des ébauches agencée(s) en aval du sous-ensemble de chambres (11) de séchage des ébauches dans le sens de circulation. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, adapté pour faire progresser les ébauches (15) de manière continue dans les chambres de séchages suivant le sens de circulation. 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 (15) imprégnées, comprenant - des moyens d’imprégnation (8) des ébauches, et - un dispositif (10) de séchage des ébauches imprégnées selon l’une quelconque des revendications précédentes. Dispositif de séchage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 ou le système d’imprégnation selon la revendication précédente, dans lequel les ébauches (15) sont agencées en pile, le dispositif (10) ou le système (1) comprenant des diffuseurs (17), chaque diffuseur étant adapté pour être reçu au sein d’une pile (16), de sorte à guider un flux du gaz à travers la pile et à homogénéiser le séchage des ébauches de la pile. Dispositif de séchage ou système d’imprégnation selon la revendication précédente, le dispositif ou le système comprenant en outre des moyens d’installation automatisée (91) des diffuseurs (17) au sein des piles. Ensemble de séchage comprenant le dispositif de séchage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, 10 ou 11 ou le système d’imprégnation selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, comprenant en outre les ébauches (15), les ébauches étant par exemple agencées en piles. Procédé de séchage 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, mis en œuvre au moyen du dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, 10 ou 11 ou du système selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 ou de l’ensemble selon la revendication 12, le procédé comprenant : - la circulation (710) des ébauches dans les chambres de séchage suivant le sens de circulation, et - simultanément à la circulation (720) des ébauches, la circulation du gaz de séchage entre les chambres du sous-ensemble de chambres. Procédé de fabrication de pièces à base de matériau composite carbone/carbone mis en œuvre au moyen du dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, 10 ou 11 ou du système selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 ou de l’ensemble selon la revendication 12, le procédé comprenant : - une étape de fourniture ou d’obtention (801) d’ébauches (15) de pièce à base de matériau composite carbone/carbone, - une étape d’imprégnation (803) des ébauches par une solution de type sol-gel, la solution comprenant un solvant et un ou plusieurs composés, et - une étape de séchage (805) des ébauches (15), l’étape de séchage comprenant le procédé de séchage selon la revendication 13.