[发明专利]由含有修复和偏移裂纹的基体相的陶瓷基体复合材料制成的部件的制造方法

说明书

本申请是申请日为2007年10月16日，名称为“由含有修复和偏移裂纹的基体相的陶瓷基体复合材料制成的部件的制造方法”的中国专利申请No.200780038528.6的分案申请。 

技术领域

本发明涉及制造陶瓷基体复合材料(CMC)部件。 

背景技术

CMC由耐火纤维增强件与陶瓷基体一起形成，所述耐火纤维增强件由碳或陶瓷纤维制成。CMC部件的制造通常包含制备构成复合材料的纤维增强件的纤维结构或预成型体，和用基体的陶瓷材料使预成型体致密化。 

CMC表现出可适用于构成结构部件的机械性能，且它们表现出在氧化环境中在高温下保持这些性能的能力。 

然而，无论是在制造过程中还是之后暴露于热机械应力，CMC都经受陶瓷材料破裂。希望避免裂纹扩展，特别是扩展至纤维，因为这会使纤维断裂，从而减弱复合材料的机械性能。已知在纤维-基体界面涂层中涂布纤维，所述纤维-基体界面涂层能够偏移基体中的裂纹扩展并到达界面涂层，同时还确保适于赋予复合材料以所需机械性能的纤维与基体之间的连接。裂纹偏移界面涂层通常由热解碳(PyC)或氮化硼(BN)制得，特别如美国专利No.4752503所描述。也已知将PyC或BN裂纹偏移连续相置于陶瓷基体相之间，如美国专利No.5079039所描述。 

还希望裂纹的出现不会使得氧化大气易于进入材料的芯部。这种进入(access)对纤维(若所述纤维为碳纤维)以及界面涂层有损害效果。已知为此目的而在基体内提供一个或多个修复相，即能够修复在 基体中出现的裂纹的相。这种修复基体相通常由化合物，特别是硼化合物制成，所述化合物适于在氧气的存在下形成在一定温度范围内进行修复作用的呈糊状的玻璃组合物。特别是，可参考美国专利No.5965266，其描述了在基体内形成连续的自修复相。 

在上述文献中，依靠化学气相渗透(CVI)技术制备具有裂纹偏移性能或修复性能的界面或基体相。所述技术已被很好了解，但其需要极长的持续时间并因此非常昂贵。此外，使用CVI以形成不同类型的基体相需要变化至所用反应气体的性质以及CVI方法的参数(温度、压力、气体流动速度等)。 

美国专利No.5094901提出在通过CVI制备纤维-基体界面之前以及在形成陶瓷基体之前将适于产生修复作用的填料引入纤维结构。所述填料通常为一种或多种能够在氧气存在下形成B₂O₃和可能的SiO₂的材料。能使用B₄C、SiB₆或BN的粉末，其粉末被引入溶解于溶剂中的树脂溶液中的分散态的纤维结构，纤维结构随后用所得悬浮液浸渍。在形成界面之前碳化所述树脂。应观察到构成B₂O₃和可能的SiO₂的前体的粉末仅被置于增强纤维结构的纤维和纤维-基体界面上，基体随后通过CVI形成。 

在美国专利No.5962103中，获得具有SiC-Si陶瓷基体的复合材料的方法包含在纤维结构的纤维上形成纤维-基体界面涂层，引入粉末形式的C或SiC或C+SiC和硼化合物，以及渗入熔融硅。由此获得含有具有自修复性能的基体的复合材料。 

发明内容

本发明的目标是提供使简单并迅速地获得CMC成为可能的方法，所述CMC包括至少一个修复基体相和至少一个裂纹偏移基体相。 

该目标通过包含如下步骤的方法实现： 

·形成多孔纤维增强结构； 

·将含有构成复合材料基体的元素的粉末引入纤维结构的孔隙中；以及 

·通过引起在所述粉末或在至少一部分所述粉末与至少一种提供的另外的元素之间的反应发生，从而由所述粉末形成至少基体的主要 部分； 

所述引入纤维结构的粉末和提供的另外的元素包含形成至少一个包括硼化合物的修复不连续基体相和至少一个包括具有层状结构的化合物的裂纹偏移不连续基体相的元素。 

本文所用的术语“反应”涉及： 

·在一种或多种引入纤维结构的粉末与至少一种随后提供的另外的元素之间的化学反应，例如与至少一种另外的元素(如熔融硅，熔融钛，或含有硅或钛的熔融合金，或熔融锆)的反应；和 

·烧结引入纤维结构的粉末，例如使用已知为放电等离子烧结(SPS)的脉冲电场的热烧结。 

本文所用的术语“不连续基体相”意指由分离的元素或在基体内分散的“颗粒”组成的基体相，即不形成在基体内连续延伸的相，如通过CVI获得的基体相的情况。