[发明专利]通过气相化学渗透对薄形多孔基片进行密实的方法以及这种基片的装载设备

说明书

技术领域

本发明涉及在用热结构复合材料制备零件的时候特别使用的化学气相渗透技术。更加具体地，本发明涉及通过沉积基体来密实薄形多孔基片，即对具有与其主要尺寸比较相对较小厚度的基片进行密实(densifying)。

背景技术

为了用复合材料制造零件，特别是用由被耐火基体(例如碳或陶瓷)所密实的耐火纤维预制品(例如由碳或陶瓷纤维制成)制成的热结构复合材料制造零件，使用化学气相渗透方法是普通的惯用方法。这种零件的例子有由碳-碳(C-C)复合材料制成的助推器喷嘴，或者特别用于飞机制动器的制动盘，该制动盘同样由C-C复合材料制成。

通过化学气相渗透密实的多孔基片包括：通过使用支撑工具将基片放置在渗透设施的反应室内，接纳反应气体进入反应室，该气体包含待沉积的材料的一种或多种前体(precursor)，为了使基片进行密实而需要将该材料在基片中沉积。对渗透条件，特别是反应气体的成分和流速，以及反应室里的温度和压力进行选择，使得气体能够在基片的可进入的内部细孔里扩散，从而通过对气体的成分进行分解或通过其多种成分之间的反应在此处将需要的材料沉积下来，。反应气体通常通过使其流过预热区域进行预热，该区域位于反应室之内，反应气体入口对该区域开放。该方法和自由流动化学气相渗透方法是一致的。

在用于化学气相渗透的工业设施中，将待密实的多种基片或预制品同时装载入反应室，以增加密实方法的产量，并从而增加装载反应室的填充密度，这是普通的惯用方法。然而，使用自由流动化学气相渗透来在共同的反应室内密实多种基片导致某些困难，特别是这些困难涉及所得到的密实度的均匀性。在密实薄形基片的时候，例如基片以纵向布置于反应室内的薄(fine)矩形平板为形式，反应气体以自由流动的方式从反应室的顶部边缘扩散，已发现密实梯度存在于基片之内以及在基片之间的单独的腔室之内(分散现象(dispersion))，不管如何注意控制渗透条件这种情况都会发生。由于，特别是，缺乏对反应室内反应气体流动的控制(出现专用的流动通道)，从而产生这些沉积梯度，因此导致反应物的过早消耗，从而在基片最靠近气体进入点的部分和基片最远离气体进入点的部分之间的密实度出现分散现象(dispersion)。

除了观察到的在沉积中缺乏均匀性以外，现有薄形基片的密实还需要使用支撑工具，以限制零件变形的程度，该变形是沉积梯度和/或材料内部应力的结果。这种工具的使用减小了反应室能够被装载的密度。

通过化学气相渗透来密实多孔环状基片的程序和装置在文件US2004/237898和US 5 904 957中具体地描述。然而，那些方法本质上用来密实置于一堆基片内的具有圆环外形的基片，而且不适合于密实具有薄形形状的基片。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够密实薄形多孔基片的方法，即具有相对于其主要表面的尺寸较小的厚度的基片，例如平面的或弯曲的薄零件，并且使得基片能够以高密度装载，同时减小基片内的密实梯度。

这个目的通过一种用于使用沉积在其中的材料来密实薄形多孔基片的化学气相渗透方法而实现，该方法包括：在渗透炉的反应室内装载用于密实的基片；在靠近反应室的第一纵向端部处接纳包含至少一个待沉积的材料前体的反应气体；通过位于靠近反应室的与其第一端部相对的纵向端部处的出口排出剩余气体，

在这个方法中，根据本发明，基片围绕纵向管道径向布置，然后反应气体沿基片的主要表面以实质上为径向的流动方向散布。

因此，反应气体沿基片的流动方向得到控制，从而基片密实度的均匀性也得到控制。反应气体的散布发生在尽可能靠近基片表面的地方，因此使得减小反应气体里的局部损耗成为可能，而这种局部损耗在基片相互靠近并且不定向流动的时候可以观察到。在基片里扩散的反应物质(reactive species)的量变得更大。

从而，本发明的方法使得密实薄形多孔基片成为可能，同时提高获得的零件的品质，并增大能够用于装载的反应室的空间。

此外，反应气体在沿基片散布前可以被预热。通过这种方式，通常在反应室里使用的采用自由流动方法的预热区域不再是必需的，因此使得进一步增大能够用于装载的反应室的空间成为可能。

反应气体能够从管道散布，即靠近基片的内边缘，并且反应气体能够从靠近基片的外边缘排出。相反地，导入反应室的反应气体能够从基片的外边缘散布，并且能够从纵向管道的内部排出。对于任何一种方式，气体以实质上径向的流动方向沿基片的主要表面流动。