INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La diminution d’une taille de grain réduit aussi l’espace disponible pour une éventuelle accumulation de dislocations au niveau du joint de grain, ce qui augmente le niveau de contrainte appliquée nécessaire pour qu’une dislocation se propage à travers le joint de grain. Plus la contrainte appliquée nécessaire pour déplacer la dislocation est grande, plus la limite d’élasticité est grande. Il y a donc une relation inverse entre la taille des grains et la résistance mécanique, qui peut être décrite par la relation de Hall-Petch décrite en (1) ci-dessous :
où σ est la résistance et a est la taille des grains. Ainsi, la résistance d’un matériau augmente généralement lorsque la taille des grains diminue selon la relation de Hall-Petch. Comme cette relation est asymptotique, la résistance du matériau augmente généralement à mesure que la taille des grains diminue jusqu’à une certaine valeur minimale, en-dessous de laquelle la relation de Hall-Petch ne s’applique plus. Il y a donc une limite à l’augmentation de la résistance pouvant être atteinte en réduisant la taille des grains seule.
Les matériaux de type nickel-cobalt divulgués dans la présente et les composants fabriqués à partir de ceux-ci peuvent apporter une meilleure résistance à la fatigue, une meilleure endurance et une meilleure stabilité thermique. L’amélioration de la résistance à la fatigue peut être attribuée au moins en partie à un dopant phosphoreux, à un taux de cobalt dans l’alliage nickel-cobalt, ou à un traitement thermique réalisé sur le matériau précurseur. Généralement chacun de ces aspects peut au moins partiellement contribuer à la résistance à la fatigue, à la résistance à la traction et à la stabilité thermique des alliages nickel-cobalt dopés au phosphore et composants divulgués ici. En outre, les aspects de l’invention qui utilisent du phosphore, par exemple pour la stabilisation ou l’ancrage, peuvent être remplacés par d’autres éléments d’alliage similaires, comme le bore ou le manganèse, qui sont des exemples non limitatifs. De plus, les matériaux divulgués ici peuvent aussi inclure d’autres alliages comme les alliages nickel-phosphore, nickel-cobalt-manganèse, nickel-bore ou cobalt-phosphore, qui sont des exemples non limitatifs.
Dans un but d’illustration, des aspects de l’invention vont être décrits dans le contexte d’un composant de moteur à turbine à gaz. Les moteurs à turbine à gaz sont utilisés pour la locomotion terrestre et nautique ainsi que pour la production d’électricité, et ils sont aussi couramment utilisés pour des applications aéronautiques comme les avions ou les hélicoptères. Il est bien entendu toutefois que l’invention n’est pas limitée à ces exemples et peut avoir des applications générales qui ne relèvent pas de l’aéronautique, comme d’autres applications mobiles ou des applications fixes dans l’industrie, le commerce et le logement.
L’expression « un ensemble » utilisée ici peut inclure n’importe quel nombre des éléments respectivement décrits, y compris un seul élément. En outre, l’expression « être de niveau » avec une surface donnée signifie être au même niveau, ou tangentiel, à cette surface. Par ailleurs, toutes les références directionnelles (par exemple radial, axial, proximal, distal, supérieur, inférieur, vers le haut, vers le bas, gauche, droit, latéral, avant, arrière, haut, bas, au-dessus, sous, vertical, horizontal, dans le sens des aiguilles d’une montre, dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, en amont, en aval, à l’arrière, etc.) ne sont utilisées qu’aux fins d’identification pour faciliter la compréhension de la présente description, et ne créent pas de limitations, en particulier en ce qui concerne la position, l’orientation ou l’utilisation de la présente invention. Les références de connexion (par exemple fixé, couplé, connecté et relié) doivent être prises au sens large et peuvent inclure des éléments intermédiaires entre un groupe d’éléments et un mouvement relatif entre les éléments, sauf mention contraire. Par conséquent, les références de connexion n’impliquent pas nécessairement que deux éléments sont directement connectés et en relation fixe l’un par rapport à l’autre. Les dessins donnés à titre d’exemple ne sont destinés qu’à fournir une illustration, et les dimensions, positions, ordres et tailles relatives qui apparaissent dans les dessins annexés peuvent varier.
Un exemple de moteur à turbine 10 est représenté sur la . Le moteur à turbine 10 peut être un moteur à turbine à gaz, y compris un turboréacteur à double flux, un turbopropulseur ou un turbomoteur, ces exemples étant non limitatifs. Le moteur à turbine 10 comprend, en relation d’écoulement en série vers l’aval, une section de soufflante 18 comprenant une soufflante 20, une section de compresseur 22 comprenant un précompresseur ou compresseur basse pression (BP) 24 et un compresseur haute pression (HP) 26, une section de combustion 28 comprenant un dispositif de combustion 30, une section de turbine 32 comprenant une turbine HP 34 et une turbine BP 36, et une section d’éjection 38.
La section de soufflante 18 comporte un carter de soufflante 40 qui entoure la soufflante 20. La soufflante 20 comporte une pluralité d’aubes de soufflante disposées radialement 42. Le compresseur HP 26, le dispositif de combustion 30 et la turbine HP 34 forment un cœur 44 du moteur 10, qui génère des gaz de combustion. Le cœur 44 est entouré par un carter de cœur 46 qui peut être couplé au carter de soufflante 40. La section de compresseur 22 fournit de l’air sous haute pression au dispositif de combustion 30. L’air sous haute pression est mélangé à du combustible et brûlé dans le dispositif de combustion 30. Les gaz de combustion chauds et comprimés passent dans la turbine HP 34 et dans la turbine BP 36 avant d’être éjectés du moteur à turbine 10.
Lorsque les gaz comprimés traversent la section de compresseur 22, les turbines 34, 36 extraient une énergie de rotation du flux des gaz qui passent dans le moteur à turbine 10. La turbine HP 34 peut être accouplée à un mécanisme de compression (non représenté) de la section de compresseur 22 au moyen d’un arbre pour entraîner le mécanisme de compression. La turbine BP 36 peut être accouplée à la soufflante 20 à l’aide d’un arbre pour entraîner la soufflante 20. En option, le moteur à turbine 10 peut aussi avoir un dispositif de postcombustion qui brûle une quantité supplémentaire de combustible en aval de la section de turbine 32 pour accroître la vitesse des gaz éjectés, ce qui augmente la poussée.
Les composants du moteur à turbine 10 peuvent être soumis à des températures et des contraintes élevées, y compris de la fatigue oligocyclique et de la fatigue polycyclique, ainsi qu’à d’autres perturbations qui peuvent se produire pendant le fonctionnement. Comme exemples non limitatifs de tels composants, on peut citer les aubages rotatifs ou fixes présents dans la section de compresseur 22 ou la section de turbine 32, ou des composants inclus dans ou couplés au carter de cœur 46, comme des supports, des plateaux ou des joints. Ces composants peuvent inclure des matériaux conçus pour les exigences de résistance, de résilience ou de température du milieu environnant, y compris les alliages métalliques.
Il a été déterminé qu’un matériau de type nickel-cobalt-phosphore nanocristallin déposé par voie galvanique a des caractéristiques microstructurelles propres qui augmentent la résistance à la fatigue. Ces propriétés améliorent de façon significative la résistance à l’amorce de fissures et augmentent la ténacité à la rupture. La montre un exemple de matériau ou alliage nickel-cobalt traité à la chaleur, qui est ici appelé matériau nickel-cobalt 100, qui peut être employé dans un composant du moteur à turbine 10 ( ) ou une partie de celui-ci. L’exemple de matériau nickel-cobalt 100 est représenté avec des grains de nickel-cobalt nanocristallin non maclés, que l’on appelle ici grains non maclés 101, ainsi que des grains de nickel-cobalt nanocristallin maclés, que l’on appelle grains maclés 102. Les grains non maclés 101 ou les grains maclés 102 peuvent être répartis de façon homogène ou hétérogène dans le matériau nickel-cobalt 100. Des structures ou grains d’autres tailles, au-delà de celles montrées sur la , y compris des structures de métal amorphe ou des grains maclés ou non maclés de n’importe quelle taille appropriée tels que des grains microcristallins ou des grains grossiers, peuvent être utilisés dans le matériau nickel-cobalt 100 ; il a toutefois été déterminé que les grains de taille nanocristalline apportent un bénéfice supplémentaire pour la résistance à la fatigue.
Les grains 101, 102 peuvent avoir une taille de grain moyenne 104 qui est dans une région nanocristalline. L’expression « région nanocristalline » peut désigner par exemple une région ayant des tailles de grains situées sur une échelle nanométrique, comme moins de 100 nm, dans un exemple non limitatif.
Des joints de grains 106 sont définis le long de grains adjacents 101, 102, et des micro-vides de jonction triple 108 sont définis à la jonction de trois grains 101, 102 adjacents, comme représenté. Les grains maclés 102 sont illustrés avec une première macle 111, représentée de façon plus sombre par souci de clarté, et une deuxième macle 112.
Des précipités, représentés sous la forme de précipités de phosphore 120, peuvent aussi être inclus dans le matériau nickel-cobalt 100. Les précipités de phosphore 120 sont illustrés au niveau des joints de grains 106. Bien que cela ne soit pas représenté dans un souci de clarté, les précipités de phosphore peuvent aussi être dispersés dans les grains 101, 102 (par exemple dans le réseau de grains) ainsi que dans les joints de grains 106. Les précipités de phosphore 120 peuvent fournir un ancrage de Zener qui empêche une croissance des grains supplémentaire par l’intermédiaire d’une force d’ancrage qui résiste au mouvement des dislocations ou au passage d’autres joints de grains. Les précipités de phosphore 120 ou les macles intragranulaires dans l’un quelconque ou dans tous les grains 101, 102 peuvent apporter une endurance ou une résistance à la fatigue accrues. Il est aussi prévu que des précipités ou d’autres matériaux d’alliage, y compris le bore ou le manganèse, puissent être utilisés au lieu de, ou en plus, des précipités de phosphore 120.
L’exemple de matériau nickel-cobalt 100 peut comprendre de 30 % environ à 35 % environ en masse atomique de cobalt, de 1 000 ppm environ à 3 500 ppm environ en masse atomique de phosphore, et du nickel comme complément du matériau. Il est aussi prévu que d’autres plages ou proportions de nickel, de cobalt ou de phosphore puissent être utilisées. Dans d’autres exemples non limitatifs, la concentration en nickel dans le matériau nickel-cobalt 100 peut être de 60 % environ à 80 % environ en masse atomique. La concentration en cobalt dans le matériau nickel-cobalt 100 peut être de 20 % environ à 50 % environ. La concentration en phosphore dans le matériau nickel-cobalt 100 peut être de 500 ppm environ à 2 000 ppm environ en masse atomique.
La montre que l’exemple de matériau nickel-cobalt 100 peut être formé en produisant un matériau précurseur nickel-cobalt dopé, que l’on appelle ici le matériau précurseur 130, en utilisant un processus de dépôt par voie galvanique, ou « électrodéposition ». Le matériau précurseur 130 peut être formé en utilisant n’importe quel processus d’électrodéposition approprié, comme un bain de Watts. Le processus d’électrodéposition peut être exécuté en utilisant un bain d’électrodéposition 140 qui contient une source de nickel 142 et une source de cobalt 144. En option, une source de phosphore (non représentée) peut être ajoutée, soit dans le bain d’électrodéposition 140, soit séparément sous forme de solution liquide. Le bain d’électrodéposition 140 peut comprendre en outre de l’acide borique ou un sel de celui-ci pour empêcher la passivation de surface d’électrode ou la réduction du nickel et pour agir en tant qu’agent de surface, un ou plusieurs agents chélateurs ou agents complexants pour chélater ou se combiner à des ions particuliers dans le bain d’électrodéposition, ou un inhibiteur de la saccharine pour maîtriser la taille des grains. En outre, le bain d’électrodéposition peut comprendre un ou plusieurs surfactants pour réduire la tendance à la cavitation. Le bain d’électrodéposition peut comprendre en outre divers autres additifs à des concentrations inférieures à 1 % en poids, parmi lesquels des agents tampons, des agents mouillants, des produits d’affinage du grain, des éclaircissants, etc.
Le guide d’onde inférieur peut présenter une épaisseur e1 homogène inférieure à 350nm et le guide d’onde intermédiaire peut présenter une épaisseur e2 homogène comprise entre 400nm et 600nm.
Le système optoélectronique peut comporter au moins un miroir de Bragg réalisé à partir de silicium monocristallin et situé de manière coplanaire avec le guide d’onde inférieur.
Le miroir de Bragg peut s’étendre sous et le long du guide d’onde intermédiaire et être couplé de manière évanescente à celui-ci, le dispositif optique étant une source laser à rétroaction distribuée. En variante, le système optoélectronique peut comporter deux miroirs de Bragg situés sous le guide d’onde intermédiaire, le dispositif optique étant une source laser à réflecteur de Bragg distribué.
Le système optoélectronique peut comporter au moins une chaufferette, située du côté d’une face avant du circuit photonique intégré, en regard du miroir de Bragg, la chaufferette étant l’un des niveaux de métallisation d’une partie d’interconnexion comportant des niveaux de métallisation connectés à des composants optiques actifs du circuit photonique intégré par des vias conducteurs s’étendant au travers d’une couche isolante inter-métal.
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : les figures 1A à 1I sont des vues en coupe, schématiques et partielles, illustrant différentes étapes d’un procédé de fabrication d’un système optoélectronique selon un premier mode de réalisation où le dispositif optique est une source laser, dans lequel le guide d’onde actif de la source laser est situé du côté de la face arrière FAR du circuit photonique intégré ; les figures 2A à 2F sont des vues en coupe, schématiques et partielles, illustrant différentes étapes d’un procédé de fabrication d’un système optoélectronique selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel le guide d’onde actif de la source laser est situé du côté de la face avant FAV du circuit photonique intégré ; les figures 3A et 3B sont des vues en coupe, schématiques et partielles, de différents systèmes optoélectroniques selon des variantes de réalisation comportant au moins un guide d’onde à base d’un nitrure de silicium et au moins une chaufferette, dans des configurations du guide d’onde actif situé en face arrière FAR ( ) et en face avant FAV ( ) ; les figures 4A à 4C sont des vues en coupe, schématiques et partielles, de différents systèmes optoélectroniques selon des variantes de réalisation où la source laser est de type DFB en configuration ‘guide d’onde actif en face arrière FAR’ ( ) et en configuration ‘en face avant FAV’ ( ), et où la source laser est de type DBR en configuration ‘face arrière FAR’ ( ). EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L’invention porte sur un système optoélectronique et son procédé de fabrication, le système optoélectronique comportant un dispositif optique et un circuit photonique intégré couplés optiquement l’un à l’autre par un guide d’onde intermédiaire en silicium monocristallin. Le dispositif otique comporte un guide d’onde dit supérieur contenant le milieu à gain, et le circuit photonique intégré comporte un guide d’onde inférieur en silicium monocristallin et au moins un composant optique actif ou passif (guide d’onde, modulateur, photodiode, coupleur…). Selon l’invention, les guides d’onde supérieur et inférieur sont couplés l’un à l’autre par un guide d’onde intermédiaire en silicium monocristallin. Le dispositif optique peut notamment être une source laser hybride, un modulateur, une photodiode, un amplificateur optique à semiconducteur.
De plus, le circuit photonique intégré et son guide d’onde inférieur sont réalisés à partir de la couche mince de silicium monocristallin d’un premier substrat SOI. Le guide d’onde intermédiaire est réalisé à partir de la couche mince de silicium monocristallin d’un deuxième substrat SOI, lequel a été assemblé au premier substrat SOI. Ainsi, le guide d’onde inférieur présente une épaisseur e1 qui dépend du bon fonctionnement et des performances du ou des composants optiques du circuit photonique intégré, et le guide d’onde intermédiaire présente une épaisseur e2, différente de e1, choisie pour optimiser le couplage optique avec le guide d’onde supérieur. De préférence, l’épaisseur e2 est supérieure strictement à l’épaisseur e1, en particulier lorsque le dispositif optique est une source laser. Ce guide d’onde intermédiaire a ainsi été réalisé sans avoir recours à des opérations de dépôt de silicium amorphe et de planarisation par polissage mécano-chimique. Il présente ainsi les dimensions voulues, en particulier une épaisseur homogène, ce qui permet de réduire les risques de dégradation des performances du système optoélectronique.
Les figures 1A à 1I illustrent, de manière schématique, des étapes d’un procédé de fabrication d’un système optoélectronique 1 selon un premier mode de réalisation. Dans la suite de la description, le dispositif optique est une source laser hybride. Le guide d’onde supérieur est appelé guide d’onde actif et comporte un milieu à gain. Dans cet exemple, le guide d’onde actif 61 de la source laser 60 est situé du côté de la face arrière FAR du circuit photonique intégré 20. Par ailleurs, à titre illustratif, la source laser 60 est de type III-V/Si dans le sens où le guide d’onde actif 61 est réalisé à base d’un composé III-V, et que le circuit photonique intégré 20 est réalisé à base de silicium.
On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel orthogonal XYZ, où le plan XY est un plan parallèle au plan principal du circuit photonique intégré 20, et où l’axe Z est orienté du circuit photonique intégré 20 vers le guide d’onde actif 61 de la source laser 60.
En référence à la , on fournit un premier substrat 10 de type silicium sur isolant SOI (pour Silicon On Insulator , en anglais), formé d’un empilement suivant l’axe Z d’un substrat support 11 en silicium, d’une couche 12 d’oxyde enterré (BOX pour Buried Oxide) en un oxyde de silicium, et d’une couche mince 13 de silicium monocristallin. Cette couche mince de silicium 13 présente une première face dite face avant FAV et une deuxième face opposée dite face arrière FAR orientée vers la couche d’oxyde enterré. L’épaisseur e1 de la couche mince de silicium 13 est homogène et sa valeur est choisie pour assurer un bon fonctionnement des composants optiques passifs et actifs du circuit photonique intégré 20. A titre d’exemple, l’épaisseur e1 est inférieure ou égale à 350nm environ, par exemple comprise entre 170nm et 310nm environ, et est ici égale à 220nm environ.
En référence à la , on réalise le circuit photonique intégré 20 à partir de la couche mince 13 de silicium monocristallin, par structuration (gravure localisée partielle ou totale) et éventuellement dopage par implantation ionique. Celui-ci comporte des composants optiques, dont le guide d’onde inférieur 13.1 ainsi qu’au moins un composant optique passif ou actif. A titre d’illustration, le circuit photonique intégré 20 comporte ici, outre le guide d’onde inférieur 13.1, un modulateur optique 21, une photodiode 22 (comportant par exemple du germanium épitaxié), et un coupleur à réseau 23.
Le guide d’onde inférieur 13.1 est réalisé par gravure localisée de toute l’épaisseur de la couche mince de silicium 13. Il présente donc une épaisseur homogène égale à la valeur e1. Aucune opération d’augmentation locale de son épaisseur n’est effectuée (dépôt, planarisation par polissage mécano-chimique…). Ainsi, on est assuré que le guide d’onde inférieur 13.1 présente effectivement les dimensions souhaitées. Enfin, on dépose une couche isolante 24 en un matériau électriquement isolant tel qu’un diélectrique, par exemple en un oxyde, de manière à remplir les espacements dans le plan XY entre les différents composants du circuit photonique intégré 20.
En référence à la , on réalise une partie d’interconnexion 31 du circuit photonique intégré 20 formée de plusieurs niveaux de métallisation 33 et de vias conducteurs 34 s’étendant au travers d’une couche isolante 32. Cette partie d’interconnexion 31 est habituellement appelée BEOL (pour Back End Of Line , en anglais), et la couche isolante 32 est appelée diélectrique inter-métal (IMD, pour Inter-Metal Dielectric, en anglais).
Cette étape est effectuée par des opérations de dépôt et de planarisation par polissage mécano-chimique de métal (par exemple cuivre) et de diélectrique (par exemple oxyde de silicium). Les niveaux de métallisation 33 et les vias conducteurs 34 permettent de connecter les composants optiques à des plots de contact 72 (cf. ) et peuvent également connecter les composants optiques entre eux.
Notons que l’un des niveaux de métallisation 33 peut être situé en regard du coupleur à réseau pour former un miroir métallique (non représenté) et ainsi améliorer l’extraction du faisceau lumineux. Par ailleurs, des niveaux de métallisation 33 peuvent être situés en regard des miroirs de Bragg pour former des chaufferettes permettant d’accorder la source laser 60 en longueur d’onde (cf. et 4C).
Cependant, les procédés de fabrication des aubes résultent en une dispersion importante du poids moment radial des aubes. Ainsi, afin d’équilibrer parfaitement le rotor, il est connu d’ajouter des masselottes d’équilibrage dans le cône du module de la soufflante lors du montage de la soufflante sur la turbomachine. Sans un tel équilibrage, un balourd apparait et le rotor s’use de manière prématurée.
Cette solution n’est pas entièrement satisfaisante en ce qu’elle permet d’ajuster le poids moment radial sur le jeu d’aubes complet de la soufflante, c’est-à-dire après le montage de la soufflante et non sur les aubes de manière individuelle avant leur montage. Par ailleurs, cette solution met en œuvre des pièces rapportées ce qui complexifie le montage de la soufflante.
Par conséquent, la présente invention a pour objectif de remédier aux inconvénients ci-dessus et vise ainsi à fournir des aubes dont la dispersion du poids moment radial est limitée.
A cet effet, l’invention propose un bouclier de protection pour un bord d’attaque d’une aube pour une turbomachine d’aéronef, le bouclier de protection présentant une forme allongée suivant une direction longitudinale et présentant une section en forme de dièdre, le bouclier de protection comprenant :
- une première ailette latérale,
- une seconde ailette latérale,
- une portion centrale reliant les première et seconde ailettes latérales,
- une cavité de réception qui est destinée à recevoir le bord d’attaque et qui est délimitée par les première et seconde ailettes latérales, et
- une cavité d’ajustement ménagée dans la portion centrale et s’étendant suivant la direction longitudinale sur au moins une partie du bouclier de protection, la cavité d’ajustement débouchant sur une extrémité du bouclier de protection.