[发明专利]通过低熔点浸渍制造复合部件的方法

说明书

背景技术

本发明涉及当制造具有陶瓷基质或至少部分为陶瓷的基质的复合材料部件时，以及当制造由碳/碳(C/C)复合材料制成的部件时两种情形所用渗透组合物，该具有陶瓷基质或至少部分为陶瓷的基质的复合材料以下称为陶瓷基质复合(CMC)材料。

本发明的应用领域涉及制造曝露在高温下作业的部件，特别是航空航天领域，特别是用于航空发动机的热部件，可以理解为，本发明可以被应用到其他领域，如工业燃气涡轮机领域。

CMC和C/C复合材料具有良好的热结构性能，即：使得所述材料适于构成结构部件的强机械性能，以及在高温下保存那些性能的能力。

使用代替金属的CMC或C/C材料制造在高温下作业的部件，已经因此被推荐，尤其因为CMC和C/C材料比它们所代替的金属材料具有明显更低的密度。

制造CMC材料部件的公知方法包括自碳纤维或碳化硅(SiC)纤维的纤维层制造预成型件，以及用基于熔融硅的组合物渗透该预成型件，以形成陶瓷基质。这样的致密化过程被称为熔渗(MI)。例如，可以参考下述文献：US4889686，US4944904或US5015540。该渗透组合物主要以硅为基础，因为该元素具有与所述预成型件的纤维接近的热膨胀系数。该渗透组合物可以对应于硅本身或硅合金，硅合金通常包含少量的一种或多种其他元素，如钛、钼、硼、铁、铌等。

通过渗溶过程进行的致密化比通过化学气相渗透(CVI)进行的致密化具有更快更容易实施的优点。尽管如此，所使用的硅基渗透组合物能够呈现出比所述预成型件的纤维的热稳定性温度更高的熔点或温度(热稳定性)。在这种情况下，当熔融组合物被渗入到所述预成型件中，所述纤维可能会经受降解，这样会明显降低所述纤维的机械性能。

发明内容

本发明的一个特别目的在于提供一种没有上述缺陷的、制造复合材料部件的方法。

此目的通过包括以下步骤的制造复合材料部件的方法得以实现：

·制造加强的纤维预成型件，所述预成型件的纤维是碳或陶瓷纤维和被涂覆有界面；

·获得加强的和部分致密的纤维预成型件，部分致密化包括使用化学气相渗透在所述界面上形成第一基质相；和

·通过渗入渗透组合物继续致密所述纤维预成型件，所述渗透组合物包含至少硅和至少一种其他适于降低该渗透组合物的熔融温度至低于或等于1150℃的元素。

具体地，通过向硅中添加使得得到具有低于或等于1150℃熔点的渗透组合物成为可能的元素，而获得渗透组合物，其保持在大部分纤维尤其是用于制作CMC材料的纤维加强件的陶瓷纤维的热稳定性温度范围之中。所以，本发明所述的通过使用MI类致密化过程制造复合材料部件的方法，能够实施而没有损害所述预成型件的纤维的风险。

在本发明所述方法的第一方面，所述渗透组合物包含镍，镍在所述组合物中所占重量百分比在50％～75％范围。除了硅以外，镍的含量在50％～75％的范围，熔点低于或等于1150℃的渗透组合物被获得。

在本发明所述方法的第二方面，所述渗透组合物包含锗，锗在所述组合物中所占重量百分比在89％～98％范围。除了硅以外，有了至少89％的锗，熔点低于或等于1150℃的渗透组合物被获得。

在本发明所述方法的第三方面，所述渗透组合物包含，除所述的适于降低渗透组合物的熔融温度至低于或等于1150℃的元素外，少于10％(重量百分比)的下列元素中的至少一种：铝和硼。添加这些组分中的至少一种使得改善位于待处理的基质上渗透组合物的去氧化性和润湿性成为可能，并且还赋予处理过的材料以特殊性能，例如更好的耐氧化和耐腐蚀的能力。

在本发明所述方法的第四方面，所述纤维预成型件由碳纤维或碳化硅(SiC)纤维制成。

在本发明所述方法的第五方面，所述纤维预成型件由三维或多层编织或从多个二维纤维层形成被制作为单件的纤维结构。

在本发明所述方法的第六方面，所述界面由至少一层下列材料中的任何一种形成：热解碳(PyC)，掺硼碳(BC)，和氮化硼(BN)。

本实施例中所述的PyC，BC或BN界面，具有因PyC，BC或BN的片状结构而为所述复合材料提供脆性减轻的常规功能，其有助于使通过基质已经扩展后达到所述界面的裂纹偏转，如此，防止这样的裂纹使纤维破裂，或者至少延缓任何所述破裂。

术语“掺硼碳”或者BC用于表示包含5原子百分比(at％)到20at％的硼，其余为碳。这样的组合物具有乱层结构，即：在堆叠的片状结构中方向错乱，这有利于脆性减轻功能。