Procedimiento de fabricación de pieza de forma compleja en material compuesto.

Procedimiento de fabricación de pieza (110; 510) en material compuesto que comprende un refuerzo fibrosotejido tridimensional y densificado por una matriz,

comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- tejedura tridimensional de una banda fibrosa continua (400; 450; 700; 750) que comprende una sucesión desemielaborados fibrosos (200; 600) de preformas de una pluralidad de piezas a fabricar,

- corte posterior en la banda de semielaborados fibrosos individuales (200; 600), siendo cada semielaboradode una sola pieza,

- conformación de un semielaborado cortado para obtener una preforma fibrosa de una sola pieza (300; 650)que tiene una forma parecida a la de una pieza a fabricar,

- consolidación de la preforma en la forma deseada, y

- densificación de la preforma consolidada por formación de una matriz por infiltración química en fasegaseosa.

Procedimiento de fabricacion de pieza de forma compleja en material compuesto.

Antecedentes de la invención

La invencion se refiere a la fabricacion de piezas de forma compleja en material compuesto. Un ejemplo de aplicacion de la invencion es la fabricacion de piezas en material de material compuesto termoestructural utilizadas en los campos aeronautico y espacial. De forma bien conocida, la fabricacion de una pieza en material compuesto termoestructural comprende la realizacion de una preforma fibrosa en fibras refractarias (carbono o ceramica) que tiene una forma parecida a la de la pieza a fabricar y la densificacion de la preforma fibrosa por una matriz refractaria (carbono o ceramica) .

Para la realizacion de la preforma fibrosa se pueden utilizar diferentes tecnicas textiles. Una tecnica conocida consiste en realizar una preforma por tejedura tridimensional o tejedura multicapas. Dicho modo de tejedura permite obtener unas uniones entre capas de hilos para dar a la preforma la consistencia necesaria para obtener una pieza en material compuesto que tiene unas propiedades mecanicas elevadas.

En el caso de piezas de forma compleja, la realizacion de una preforma fibrosa directamente por tejedura tridimensional (3D) puede resultar dificil, e incluso imposible. Se puede realizar entonces la preforma fibrosa en varias partes separadas que se ensamblan, por ejemplo, por

costura o implantacion de hilos, antes de la densificacion de la preforma. No obstante, las uniones entre las diferentes partes de la preforma pueden constituir unos puntos de debilidad. Se conoce tambien el recurso de realizar por tejedura 3D un semielaborado fibroso a partir del cual se obtiene la preforma fibrosa por conformado del semielaborado. El conformado del semielaborado puede comprender el

desplegado o replegado de una o varias partes del semielaborado adyacentes a unas zonas de desunion dispuestas durante la tejedura o a unos cortes o incisiones practicados en el semielaborado. El mantenimiento de la preforma fibrosa en la forma deseada se realiza por consolidacion, por via liquida o por via gaseosa. La consolidacion por via liquida comprende una impregnacion de la preforma por una composicion de consolidacion que contiene una resina y un tratamiento termico para reticulacion y pirolisis de la resina. La cantidad de resina se elige para que el residuo de pirolisis realice una densificacion suficiente que permita que la preforma conserve su forma sin la asistencia de utillaje de mantenimiento. La consolidacion por via gaseosa comprende una densificacion parcial de la preforma por deposito sobre las fibras de un material obtenido por infiltracion quimica en fase gaseosa, eligiendose la cantidad de material depositado de manera suficiente para unir entre ellas las fibras de la preforma con el fin de que esta conserve su forma sin la asistencia de utillaje de mantenimiento. La preforma consolidada se densifica a continuacion mediante una matriz refractaria. Un procedimiento de realizacion de piezas en CMC de forma compleja por consolidacion por medio de una resina precursora de ceramica de una preforma fibrosa realizada en material tejido o trenzado, y despues densificacion de 45 la preforma consolidada por infiltracion quimica en fase gaseosa se describe en el documento US n° 5.350.545. Ademas, en particular, pero no exclusivamente, para materiales compuestos de matriz ceramica (CMC) la formacion de una interfase sobre las fibras permite evitar una adherencia demasiado fuerte sobre las fibras del residuo de pirolisis de resina, en el caso de una consolidacion por via liquida, y permite asimismo, en el caso de una 50 consolidacion por via gaseosa, disminuir en gran medida la sensibilidad a la fisuracion e incrementar la resistencia a los choques. Ademas, puede ser deseable, particularmente cuando las fibras utilizadas son unas fibras ceramicas del mercado, realizar sobre las fibras, antes de la formacion de una interfase y la consolidacion, un tratamiento de eliminacion de 55 un aprestado o de una pelicula de oxido presente en la superficie de las fibras Estas diferentes operaciones necesitan multiples manipulaciones que incrementan la complejidad y el coste de la fabricacion de las piezas.

Por otra parte, se conoce por el documento WO 97/33829 un procedimiento de fabricacion de valvulas en material compuesto carbono/carbono que comprende la realizacion de una preforma trenzada. Se puede realizar una trenza continua con colocacion regular de insertos de carbono en el interior de la trenza para obtener unas preformas de valvulas por corte de segmentos en la trenza formada con los insertos.

Objetivo y sumario de la invención La presente invencion pretende proponer un procedimiento que permita racionalizar la fabricacion de piezas de formas complejas en material compuesto que comprende un refuerzo fibroso densificado por una matriz, en las que el refuerzo fibroso es un refuerzo tejido 3D.

Este objeto se alcanza segun la invencion mediante un procedimiento que comprende las etapas de:

tejedura tridimensional de una banda fibrosa continua que comprende una sucesion de semielaborados fibrosos de preformas de una pluralidad de piezas a fabricar,

corte posterior en la banda de semielaborados fibrosos individuales, estando cada semielaborado realizado de una sola pieza,

conformado de un semielaborado cortado para obtener una preforma fibrosa de una sola pieza que tiene una forma parecida a la de una pieza a fabricar,

consolidacion de la preforma en la forma deseada, y

densificacion de la preforma consolidada por formacion de una matriz por infiltracion quimica en fase gaseosa.

Ventajosamente, se realiza sobre las fibras de la banda fibrosa tejida un tratamiento de superficie que comprende por lo menos una de las operaciones siguientes: desapresto de las fibras y tratamiento acido de las fibras.

Segun un primer modo de realizacion, antes del corte de los semielaborados fibrosos individuales, la banda fibrosa tejida se impregna con una composicion liquida de consolidacion que comprende una resina, y la consolidacion se efectua por reticulacion y pirolisis de la resina.

Ventajosamente, antes de la impregnacion de la banda fibrosa, se forma una capa de interfase fibrasº matriz sobre las fibras de la banda fibrosa tejida, siendo la capa de interfase de un material seleccionado de entre el carbono pirolitico PyC, el nitruro de boro BN y el carbono dopado con boro BC. La capa de interfase tiene un espesor preferentemente como maximo igual a 100 nanometros con el fin de preservar la capacidad de deformacion del semielaborado fibroso.

Despues de la impregnacion por la composicion de consolidacion y antes del corte de los semielaborados, se puede realizar una prerreticulacion de la resina de consolidacion. Una prerreticulacion o reticulacion parcial de este tipo puede aportar una rigidez y, por tanto, una consistencia suplementaria al semielaborado fibroso.

Cuando se ha formado una capa delgada de interfase fibras ºmatriz antes de la impregnacion de la banda, se puede formar una capa suplementaria de interfase despues de la obtencion de la preforma consolidada y antes de la densificacion por la matriz.

Ventajosamente entonces, la capa suplementaria de interfase se realiza por infiltracion quimica en fase gaseosa y la formacion de la capa suplementaria de interfase y la densificacion se realizan de forma encadenada en un horno.

La conformacion del semielaborado fibroso se puede realizar en un molde en el que la reticulacion y la pirolisis de la resina de consolidacion se realizan de forma encadenada.

Como variante, la pirolisis de la resina se realiza durante una subida de temperatura efectuada con vistas a una operacion de infiltracion quimica en fase gaseosa.

Segun otro modo de realizacion del procedimiento, la consolidacion se efectua por densificacion parcial por infiltracion quimica en fase gaseosa de la preforma mantenida en la forma deseada.

Ventajosamente, en este otro modo de realizacion, antes de la consolidacion y despues de la conromacion, se forma un revestimiento de interfase fibrasº matriz sobre las fibras de la preforma, siendo el revestimiento de interfase de un material seleccionado de entre el carbono pirolitico PyC, el nitruro de boro BN y el carbono dopado con boro BC. El revestimiento de interfase tiene un espesor de aproximadamente uno a algunos centenares de nanometros.

Segun una particularidad del procedimiento, la densificacion comprende dos etapas separadas por una operacion de mecanizado de la preforma parcialmente densificada.

Segun otra particularidad del procedimiento, antes de la densificacion por infiltracion quimica en fase gaseosa se realiza una mecanizacion previa en la preforma consolidada.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricacion de pieza (110; 510) en material compuesto que comprende un refuerzo fibroso tejido tridimensional y densificado por una matriz, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

tejedura tridimensional de una banda fibrosa continua (400; 450; 700; 750) que comprende una sucesion de semielaborados fibrosos (200; 600) de preformas de una pluralidad de piezas a fabricar,

corte posterior en la banda de semielaborados fibrosos individuales (200; 600) , siendo cada semielaborado de una sola pieza,

conformacion de un semielaborado cortado para obtener una preforma fibrosa de una sola pieza (300; 650) que tiene una forma parecida a la de una pieza a fabricar,

consolidacion de la preforma en la forma deseada, y

densificacion de la preforma consolidada por formacion de una matriz por infiltracion quimica en fase gaseosa.

2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se realiza un tratamiento de superficie sobre las fibras de la banda fibrosa tejida (400; 450; 700; 750) que comprende por lo menos una de las operaciones siguientes: desaprestado de las fibras y eliminacion del oxido por tratamiento acido de las fibras.

3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque, antes del corte de los semielaborados fibrosos individuales (200; 600) , la banda fibrosa tejida (400; 450; 700; 750) se impregna con una composicion liquida de consolidacion que comprende una resina y la consolidacion se efectua por reticulacion y pirolisis de la resina.

4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado porque, antes de la impregnacion por la composicion de consolidacion, se forma una capa de interfase fibrasº matriz sobre las fibras de la banda fibrosa tejida, siendo la capa de interfase de un material seleccionado de entre el carbono pirolitico PyC, el nitruro de boro BN y el carbono dopado con boro BC.

5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la capa de interfase tiene un espesor como maximo igual a 100 nanometros.

6. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque, despues de la obtencion de la preforma consolidada y antes de la densificacion por la matriz, se forma una capa suplementaria de interfase fibras matriz.

7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado porque la capa suplementaria de interfase se realiza por infiltracion quimica en fase gaseosa, y porque la formacion de la capa suplementaria de interfase y la densificacion se realizan de manera encadenada en un horno.

8. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque, despues de la impregnacion por la composicion de consolidacion y antes del corte de los semielaborados, se realiza una prerreticulacion de la resina de consolidacion.

9. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque la conformacion del semielaborado fibroso se realiza en un molde en el que la reticulacion y la pirolisis de la resina de consolidacion se realizan de manera encadenada.

10.Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque la pirolisis de la resina se realiza durante una subida de temperatura efectuada con vistas a una operacion de infiltracion quimica en fase gaseosa.

11.Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la consolidacion se efectua mediante densificacion parcial por infiltracion quimica en fase gaseosa de la preforma mantenida en la forma deseada.

12.Procedimiento segun la reivindicacion 11, caracterizado porque, despues de la conformacion y antes de la consolidacion, se forma un revestimiento de interfase fibrasºmatriz sobre las fibras de la preforma, siendo el revestimiento de interfase de un material seleccionado de entre el carbono pirolitico PyC, el nitruro de boro BN y el carbono dopado con boro BC.

13.Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la densificacion comprende dos etapas separadas por una operacion de mecanizacion de la preforma parcialmente densificada.

14.Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la banda tejida (400; 700) comprende varias hileras de semielaborados fibrosos que se extienden en la direccion longitudinal de la banda.

15.Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque se teje la banda (400; 700) 5 con unas zonas de sobrelongitud en urdimbre y en trama alrededor de los semielaborados fibrosos.

16.Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 para la fabricacion de un alabe de turbomaquina (110) , en el que se teje la banda continua con una sucesion de semielaborados fibrosos (200) aptos, despues de su conformacion, para constituir unas preformas fibrosas (300) que constituyen cada una de ellas una preforma de una sola pieza de por lo menos una pala y un pie de alabe, siendo los semielaborados fibrosos tejidos con su direccion longitudinal correspondiente a la de los alabes a fabricar extendiendose en sentido trama o en sentido urdimbre.