Brevet FR3133552A1 — publié le 20230922

Outillage de maintien pour la fabrication d’une pièce composite à matrice céramique Outillage de maintien pour la fabrication d’une pièce composite à matrice céramique, la pièce composite à matrice céramique étant formée à partir d’une préforme imprégnée, la préforme imprégnée comprenant une portion (100) s’étendant selon un axe (Δ), et la portion présente une section circulaire selon un plan de section perpendiculaire à l’axe, la section circulaire, l’outillage comprenant au moins un élément de serrage (10 ; 20) configuré pour maintenir la préforme imprégnée par serrage au niveau de la portion à section circulaire de la préforme imprégnée lors d’une étape de formation de la pièce CMC exposant la préforme imprégnée à une température supérieure à 1050°C, l’élément de serrage présentant une forme de bague fendue, un diamètre intérieur (T1) et un diamètre extérieur (T2), et comprenant une fente (12 ; 22), la fente représentant une ouverture angulaire de la forme de bague fendue de 1° à 20°. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Outillage de maintien pour la fabrication d’une pièce composite à matrice céramique Le présent exposé concerne un outillage de maintien pour la fabrication de pièces composites à matrice céramique. En particulier, le présent outillage est adapté pour la fabrication de pièces composites de moteurs d’aéronefs. Les pièces composites à matrice céramique, ou pièce CMC, sont fabriquées à partir de préformes imprégnées comprenant une préforme fibreuses imprégnée de précurseurs de matrice céramique. Plus précisément, les préformes imprégnées sont densifiées lors d’étapes de densification pour obtenir des pièces CMC finalisées. Les étapes de densification peuvent impliquer une ou plusieurs étapes de traitement à des hautes températures, généralement supérieures à 1000°C. C’est le cas lorsque l’imprégnation de la préforme fibreuse s’opère par voie liquide et est suivie d’une pyrolyse (notamment pour la densification de CMC de type SiC/SiC obtenus par une méthode PIP, acronyme de polymère imprégnation et pyrolyse). Dans d’autres cas, la densification peut comprendre un frittage (notamment pour la densification de CMC de type oxyde-oxyde). Lors de ces étapes de traitement, le précurseur de matrice céramique peut ne plus maintenir suffisamment la préforme imprégnée, ce qui peut occasionner des déformations de la préforme imprégnée. Ces déformations de la préforme imprégnée apparaissant lors des étapes de traitement à haute température peuvent se répercuter sur la géométrie de la pièce CMC finale. Dans ces circonstances, la pièce CMC finale présente des déformations qui ne sont pas acceptables Ce problème concerne à la fois les composites SiC/SiC et les composites oxyde-oxyde. Peu de solutions existent pour contrebalancer cette tendance des préformes fibreuses à se déformer lors des étapes de traitement à haute température. Des solutions connues consistent à augmenter les épaisseurs des pièces ou d’y intégrer des raidisseurs. Cependant, cela complexifie la conception et la réalisation des pièces. De plus, de telles les pièces sont plus lourdes, ce qui est une contrainte pour des pièces aéronautiques. Aussi, la quantité de matière première à utiliser pour faire de telles pièces est plus importante ce qui augmente proportionnellement les coûts. Par ailleurs, plus les pièces à obtenir sont grandes, fines et élancées, plus le phénomène de déformation est problématique. Par conséquent, il est difficile d’obtenir des pièces composites présentant une forme élancée (comme cela est le cas pour certaines pièces d’aéronef) avec une dimension caractéristique supérieure à la dizaine de centimètre. Il existe donc un besoin d’amélioration pour conserver une forme acceptable de la préforme imprégnée lorsqu’elle subit un traitement à haute température. Le présent exposé concerne un outillage de maintien pour la fabrication d’une pièce composite à matrice céramique, la pièce composite à matrice céramique étant formée à partir d’une préforme imprégnée comprenant une préforme fibreuse creuse et d’un précurseur de matrice céramique, la préforme imprégnée comprenant une portion s’étendant selon un axe, et la portion présente une section circulaire selon un plan de section perpendiculaire à l’axe, la section circulaire présentant un diamètre intérieur et un diamètre extérieur, l’outillage comprenant au moins un élément de serrage configuré pour maintenir la préforme imprégnée par serrage au niveau de la portion à section circulaire de la préforme imprégnée lors d’une étape de formation de la pièce composite à matrice céramique exposant la préforme imprégnée à une température supérieure à 1050°C, l’élément de serrage présentant une forme de bague fendue, un diamètre intérieur et un diamètre extérieur, et comprenant une fente, la fente représentant une ouverture angulaire de la forme de bague fendue de 1° à 20°. Il est ici entendu que la forme de bague fendue est une forme de révolution présentant une hauteur, et dans laquelle une fente s’étend sur toute la hauteur de la forme de révolution. On comprend que l’ouverture angulaire est mesurée lorsque l’élément de serrage est libre et détaché de la préforme imprégnée. Un tel outillage maintient la préforme imprégnée pendant l’étape à haute température ce qui permet de réduire voire de supprimer les déformations de la préforme imprégnée pouvant apparaître lors de ladite étape. En particulier, cela permet de maintenir la forme de la préforme imprégnée dans le cas où le précurseur de matrice céramique n’est plus suffisant pour assurer le maintien de la préforme imprégnée pendant le traitement thermique. La fente des éléments de serrage procure une élasticité ce qui permet d’agrandir ou de diminuer l’ouverture en appliquant une contrainte sur l’élément de serrage. Cette élasticité permet, par exemple, à l’élément de serrage de se « clipser » sur la préforme imprégnée et de la maintenir, sans appliquer de contraintes trop fortes qui pourraient endommager la préforme imprégnée ou y créer des défauts. On entend par « élasticité » la capacité de l’élément de serrage de se déformer de façon réversible, sans se détériorer ni plastifier. On entend par « clipsage » un mode d’assemblage de la préforme imprégnée et de l’élément de serrage par engagement et déformation élastique. Ici, c’est l’élément de serrage qui s’engage et se déforme élastiquement pour se « clipser » sur la préforme imprégnée. Lorsque l’élément de serrage est engagé dans la position « clipsée », il présente une déformation élastique moins grande que la déformation élastique nécessaire à l’engagement. Lorsque la préforme imprégnée et l’élément de serrage sont engagées l’une avec l’autre dans la position « clipsée », ils coopèrent l’une avec l’autre de manière à s’opposer à leurs mouvements relatifs dans le sens du dégagement (sens opposé au sens de l’engagement). En position « clipsée », ils peuvent en outre coopérer de manière à s’opposer à leurs mouvements relatifs dans le sens du prolongement de l’engagement, au-delà de la position « clipsée ». L’élasticité de l’élément de serrage permet de « clipser » ce dernier sur la préforme imprégnée, ce qui le rend apte à coopérer avec ladite préforme imprégnée. Cet outillage est particulièrement adapté pour des préformes de type SiC/SiC et de type oxyde-oxyde. Dans le cas d’une préforme de type SiC/SiC, l’outillage est particulièrement pertinent lors des pyrolyses des premier cycles PIP. Dans certains modes de réalisation, l’outillage comprend une pluralité d’éléments de serrage. Le fait d’utiliser plusieurs éléments de serrage permet d’améliorer le maintien de la préforme imprégnée. De plus, l’outillage peut prévoir des éléments de serrage différents pour s’adapter à la géométrie de la préforme imprégnée. Dans certains modes de réalisation, le diamètre intérieur de l’élément de serrage est supérieur à 120 mm, préférentiellement supérieur à 400 mm, plus préférentiellement supérieur à 500 mm. Dans cette configuration, l’élément de serrage est apte à maintenir des préformes fibreuses de grande taille, ce qui permet donc de fabriquer des pièces CMC de grande taille. Dans certains modes de réalisation, l’élément de serrage est monobloc. Dans cette configuration, l’élément de serrage est plus facile à réaliser, ce qui représente une économie de temps et de coût. Dans certains modes de réalisation, l’élément de serrage est configuré pour être serré sur la préforme de façon amovible On entend par « amovible » le fait qu’il est possible de séparer l’élément de serrage de la préforme imprégnée sans l’aide d’outils particuliers. Ainsi, l’élément de serrage est réutilisable pour la formation d’autres pièces composite à matrice céramique. Cela rend également son utilisation plus facile. Par exemple, l’outillage peut, pour chaque cycle PIP, être mis en place après l’imprégnation, mais avant la pyrolyse, puis être retiré à la fin de ladite pyrolyse. De plus, cela représente une économie de coût et de masse par rapport aux solutions connues, impliquant par exemple des raidisseurs. Dans certains modes de réalisation, l’angle de l’ouverture est préférentiellement compris entre 1° et 10°, et encore plus préférentiellement compris entre 3° et 4°. Ces plages préférentielles permettent d’améliorer le compromis entre la résistance de l’élément de serrage et son élasticité. Par ailleurs, ces configurations préférentielles permettent de s’assurer que la fente est suffisamment large pour que l’élément de serrage puisse coopérer par clipsage avec la préforme imprégnée. Dans certains modes de réalisation, deux éléments de serrage se suivant selon la direction de l’axe sont distants d’au plus 250 mm, préférentiellement 100 mm. Dans cette configuration, le maintien de la préforme imprégnée est amélioré ce qui diminue d’avantage l’apparition de défauts lors d’un traitement de la préforme à haute température. Dans certains modes de réalisation, au moins un élément de serrage de l’outillage est configuré pour être disposé autour de la portion à section circulaire de la préforme imprégnée, et dans lequel, pour chaque section perpendiculaire à l’axe de la préforme imprégnée sur laquelle l’au moins un élément de serrage est configuré pour maintenir la préforme imprégnée, le diamètre intérieur de l’élément de serrage est inférieur au diamètre extérieur de la section circulaire de la préforme imprégnée. Dans cette configuration, l’élément de serrage est facile et peu coûteux à réaliser. Par ailleurs, cette configuration facilite la mise en place de l’élément de serrage. De plus, lorsque l’élément de serrage est serré contre la préforme imprégnée, l’ouverture de l’élément de serrage est légèrement écartée par rapport à son écartement d’équilibre, lorsque l’élément de serrage est libre. Dans ces circonstances, l’élément de serrage applique une légère contrainte radiale interne sur la préforme imprégnée, ce qui garantit une meilleure fixation de l’élément de serrage et un meilleur maintien de la préforme imprégnée. Dans certains modes de réalisation, le diamètre intérieur de l’élément de serrage est 0,1 à 0,5% inférieur au diamètre extérieur de la section circulaire de la préforme imprégnée. Cette configuration préférentielle permet d’améliorer la fixation de l’élément de serrage et le maintien de la préforme imprégnée. De plus, lorsque ces proportions sont respectées, le maintien résultant de l’élément de serrage est moins susceptible de créer des défauts dans la préforme imprégnée. Dans certains modes de réalisation, au moins un élément de serrage de l’outillage est configuré pour être disposé à l’intérieur de la portion à section circulaire, et dans lequel, pour chaque section perpendiculaire à l’axe de la préforme imprégnée sur laquelle l’au moins un élément de serrage est configuré pour maintenir la préforme imprégnée, le diamètre extérieur de l’élément de serrage est inférieur au diamètre intérieur de la section circulaire de la préforme imprégnée. Cette configuration représente une alternative pour fixer l’élément de serrage à la préforme imprégnée et peut s’avérer pertinente pour certaines configurations de préforme imprégnée. Un élément de serrage en matériau composite est à même de supporter une éventuelle contrainte occasionnée par le retrait de la pièce maintenue lors du frittage. Dans le cas où l’outillage comprend une pluralité d’éléments de serrage, certains éléments de serrage peuvent être prévus à l’intérieur de la préforme imprégnée tandis que d’autres peuvent être fixés par clipsage. Par ailleurs, lorsque l’élément de serrage est à l’intérieur de la préforme imprégnée, l’ouverture de l’élément de serrage est légèrement comprimée par rapport à son écartement d’équilibre, lorsque l’élément de serrage est libre. Dans ces circonstances, l’élément de serrage applique une légère contrainte radiale externe sur la préforme imprégnée, ce qui garantit une meilleure fixation de l’élément de serrage et un meilleur maintien de la préforme imprégnée. Dans certains modes de réalisation, le diamètre extérieur de l’élément de serrage est 0,1 à 0,5% supérieur au diamètre intérieur de la section circulaire de la préforme imprégnée. Cette configuration préférentielle permet d’améliorer la fixation de l’élément de serrage et le maintien de la préforme imprégnée. De plus, lorsque ces proportions sont respectées, le maintien offert par l’élément de serrage est moins susceptible de créer des défauts dans la préforme imprégnée. Cette configuration, est particulièrement efficace pour éviter des compactages locaux de la préforme imprégnée, pouvant créer des zones sur la préforme imprégnée où le taux de fibre est plus important qu’ailleurs. Dans certains modes de réalisation, l’élément de serrage est prévu dans le même matériau que le la pièce composite à matrice céramique à obtenir. On comprend qu’un tel élément de serrage a été fritté/pyrolysé avant son emploi dans un outillage selon ce mode de réalisation. Ainsi, la dilatation thermique de l’élément de serrage est comparable à la dilatation thermique de la préforme imprégnée, ce qui permet d’améliorer le maintien de la préforme imprégnée par l’élément de serrage lors de l’étape de formation à température élevée. Dans certains modes de réalisation, la forme de bague fendue d’au moins un élément de serrage de l’outillage est une forme conique. Dans cette configuration, l’outillage peut s’adapter à des préformes fibreuses de forme conique. Dans certains modes de réalisation, la forme de bague fendue d’au moins un élément de serrage de l’outillage est une forme annulaire. Dans cette configuration, l’élément de serrage est plus simple à réaliser. Dans le cas où l’outillage comprend plusieurs éléments de serrage, chaque élément de serrage peut avoir une forme différente des autres éléments de serrage. Par exemple l’un des éléments de serrage peut avoir une forme annulaire tandis qu’un autre présente une forme conique. Le présent exposé concerne par ailleurs un procédé de fabrication d’une pièce composite à matrice céramique à partir d’une préforme imprégnée comprenant une préforme fibreuse et un précurseur de matrice céramique, le procédé comprenant une étape de formation dans laquelle la préforme imprégnée est exposée à une température supérieure à 1050°C, et dans laquelle un outillage selon l’un des précédents modes de réalisation est utilisé. Un tel procédé présente tous les avantages précédemment cités. Cela s’applique particulièrement à des étapes de frittage ou de pyrolyse pour la formation de pièces CMC de type SiC/SiC ou oxyde-oxyde. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé. La représente un élément de serrage selon un premier mode de réalisation. La représente un élément de serrage selon le mode de réalisation de la serré autour d’une préforme imprégnée. La représente un élément de serrage selon le mode de réalisation de la serré à l’intérieur de la préforme imprégnée. La représente un élément de serrage selon un deuxième mode de réalisation. Outillage de maintien pour la fabrication d’une pièce composite à matrice céramique, la pièce composite à matrice céramique étant formée à partir d’une préforme imprégnée comprenant une préforme fibreuse creuse et d’un précurseur de matrice céramique, la préforme imprégnée comprenant une portion (100) s’étendant selon un axe (Δ), et la portion (100) présente une section circulaire selon un plan de section perpendiculaire à l’axe (Δ), la section circulaire présentant un diamètre intérieur (D1) et un diamètre extérieur (D2), l’outillage comprenant au moins un élément de serrage (10 ; 20) configuré pour maintenir la préforme imprégnée par serrage au niveau de la portion (100) à section circulaire de la préforme imprégnée lors d’une étape de formation de la pièce composite à matrice céramique exposant la préforme imprégnée à une température supérieure à 1050°C, l’élément de serrage (10 ; 20) présentant une forme de bague fendue, un diamètre intérieur (T1) et un diamètre extérieur (T2), et comprenant une fente (12 ; 22), la fente (12 ;22) représentant une ouverture angulaire de la forme de bague fendue de 1° à 20°. Outillage selon la revendication 1, dans lequel au moins un élément de serrage (10 ;20) de l’outillage est configuré pour être disposé autour de la portion (100) à section circulaire de la préforme imprégnée, et dans lequel, pour chaque section perpendiculaire à l’axe (Δ) de la préforme imprégnée sur laquelle l’au moins un élément de serrage (10 ;20) est configuré pour maintenir la préforme imprégnée, le diamètre intérieur (T1) de l’élément de serrage (10 ; 20) est inférieur au diamètre extérieur (D2) de la section circulaire de la préforme imprégnée. Outillage selon la revendication 2, dans lequel le diamètre intérieur (T1) de l’élément de serrage est 0,1 à 0,5% inférieur au diamètre extérieur (D2) de la section circulaire de la préforme imprégnée. Outillage selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins un élément de serrage (10 ;20) de l’outillage est configuré pour être disposé à l’intérieur de la portion (100) à section circulaire, et dans lequel, pour chaque section perpendiculaire à l’axe (Δ) de la préforme imprégnée sur laquelle l’au moins un élément de serrage (10 ;20) est configuré pour maintenir la préforme imprégnée, le diamètre extérieur (T2) de l’élément de serrage (10 ;20) est inférieur au diamètre intérieur (D1) de la section circulaire de la préforme imprégnée. Outillage selon la revendication 4, dans lequel le diamètre extérieur (T2) de l’élément de serrage est 0,1 à 0,5% supérieur au diamètre intérieur (D1) de la section circulaire de la préforme imprégnée. Outillage selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’élément de serrage (10 ;20) est prévu dans le même matériau que le la pièce composite à matrice céramique à obtenir. Outillage selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la forme de bague fendue d’au moins un élément de serrage de l’outillage est une forme conique. Outillage selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la forme de bague fendue d’au moins un élément de serrage (10 ;20) de l’outillage est une forme annulaire. Outillage selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’outillage comprend une pluralité d’éléments de serrage (10, 20). Outillage selon la revendication 9, dans lequel deux éléments de serrage (10, 20) se suivant selon la direction de l’axe (Δ) sont distants d’au plus 250 mm, préférentiellement 100 mm.