[发明专利]用第二材料渗透多孔材料的方法及相关装置

说明书

本发明涉及采用第二材料渗透处理由第一多孔材料制成的部件（片、块、碎片，piece）的方法，以及实施这种方法的装置。

众所周知，用于材料的渗透（渗入）或第二材料在第一多孔材料中渗透（渗入）的方法发生于预定压力和温度的条件下。

例如，在碳基质和第二硅基材料要进行渗透（渗入）的情况下，有可能在温度和压力平面内画出一条曲线限定两个区域，在此区域中对于每一温度和压力条件，在第一区域中并没有发生硅在碳基质中渗透（渗入），或在第二区域中出现硅在碳基质中渗透（渗入）。从图3中可观察到，其中横坐标表示温度而纵坐标表示压力的情况下，或待渗透的部件放置的环境中获得的真空下，在碳基质和会在这种基质中发生渗透的硅的情况下，界定硅在碳基质和碳纤维中发生渗透的下覆区域（underlying area）向未发生渗透的上覆区域（overlying area）过渡的条件的曲线，在具有对数标度轴的图形中，具有朝向温度水平轴凹陷的不太线性的延伸。在使用另一种类型的基质和第二材料的情况下，该曲线将具有不同的形状，但基本上以类似的方式分割此平面，即在不发生渗透的温度和压力的区域和发生渗透的温度和压力的区域内。

其实，众所周知，渗透是受毛细力调节的现象。渗透由多种因素决定。首先，这种现象受第一多孔材料中提供的预成型件的特性，即，组成、结构、及其孔隙度等调节。

此外，甚至第二材料，例如硅的粘度，都是强烈调节和强烈依赖于这种第二材料与多孔基质的化学反应，以及其它参数，如例如温度和压力的因素。

此外，毛细作用强烈受到第二材料在第一多孔材料上的，例如硅在多孔碳预成型件上的润湿角影响，这除了依赖于预成型件和硅之外，还强烈地依赖于这两种材料浸没的气氛的组成。例如，要是在气态物种的稀薄气氛并源于硅蒸发和碳升华而以其所有可能组合的强真空条件下，会存在强烈不同于其中也存在由所述气氛中存在的气体来源的物种的条件下的毛细作用。

典型地，渗透过程发生于预定压力下，一旦升高温度将会在多孔基质中开始第二材料的渗透，如在图4中所示。

例如，文献US7,763,224描述的方法中多孔碳组分用硅液体渗透。该组分通过一系列逐渐升温降低压力的平台，目的在于进入图4的图形区域内，在此区域内要承受适用于硅在多孔基质中渗透的压力和温度条件，根据其中用参考数字100指示的箭头。该组分，在自由环境中从一个平台传送至另一个平台，根据温度升高，直到它到达硅已经处于液态的平台，就在所述存在要渗透组分的炉室中注入，确保硅液体通过毛细作用渗透多孔碳基质。

类似的解决方案陈述于文献US2009/0149308中，其中组分通过其中压力降低温度升高的不同室而注入液体硅使之发生渗透。

虽然从各种不同的观点会令人满意，但是现有技术的这些文献中提出的方法在排布设计液体硅注入炉中方面暴露出相当大的复杂性，导致需要极为复杂和昂贵的装置。此外，通过不同平台的部件导致强制需求适用于产生低压环境和逐渐升温而构造非常复杂和昂贵的装置。另外，由例如文献US2009/0149308的附图可见，这些装置的环境所有基本都在低压下运行而使得在室之内而非室之外提供分区就有关问题而言是不必要的。

此外，正如所知，在这些类型的装置中需要几个小时才容许从不适于渗透的温度和压力条件的区域过渡到适于渗透的压力和温度条件区域，如图4中由箭头100所示，迫使各个组件和各个部件保持于高温度室内而同时处于低压之下相当长的时间，然而，这使得这种方法尤其困难而成本高昂。

BREMBO CERAMIC BRAKE SYSTEMS的WO2008/007401显示了熔融硅在碳基多孔基质中渗透的方法。该方法通过将多孔体与硅并肩插入容器中而随后温度升高直至1400-1700℃同时产生0.3-0.2mbar的真空而发生。该进一步的煅烧发生于真空存在下指定的8h时间段内，而由此暴露出所有上述缺点。

FRENI BREMBO SPA的WO2010/108744介绍了硅在碳的多孔基质中渗透的方法，其中明确指出首先降低压力至0.01-250mbar而优选1mbar的值，然后仅仅随之升温至1400-1700℃优选1500℃（参见段落[0059]和[0060]中的描述）。因此，这种解决方案也暴露出先前提到的所有缺点。

因此，本发明的目的是提供采用第二种材料渗透处理（渗入处理）由第一多孔材料制成的部件（片、块、碎片，piece）的方法，该方法能够容许克服现有技术缺点。

具体而言，本发明的目的是提供能够容许简化第二材料进入第一材料的多孔基质中的渗透（渗入）过程的方法，由此也简化实施这种方法的装置。