[发明专利]一种化学气相渗透或沉积的方法

说明书

本发明提供一种化学气相渗透或沉积的方法，所述方法至少包括以下步骤：‑在多孔基材的孔中或在基材的表面上形成碳化硅，将基材置于反应室中，由引入反应室的气相形成碳化硅，所述气相包含试剂化合物，该试剂化合物是碳化硅的前体，并具有下式：其中：‑n是等于0或1的整数；‑m是1‑3范围内的整数；‑p是0‑2范围内的整数，并且m+p＝3；和‑R表示‑H或‑CH₃；引入的气相中碳原子数与硅原子数之比C/Si在2至3的范围内。

发明背景

本发明涉及一种化学气相渗透或沉积的方法，其中碳化硅(SiC)形成在多孔基材的孔中或基材的表面上。

利用具有碳化硅陶瓷基质的复合材料在航空和航天领域中是已知的。这种复合材料具有良好的机械性能，使它们适合于构成结构元件，并且有利的是它们在高温下保持这些性能。

这种材料可以通过使用气体技术(称为化学气相渗透(CVI))，使用碳化硅基质对纤维预制件致密化来制造。在这种技术中，将用于致密化的预制件放置在致密化炉中，其中引入包括碳化硅前体的气相。通常用于形成化学计量碳化硅基质的前体是甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃或MTS)。选择MTS是合理的，因为在MTS分子本身中，碳和硅以相同的比例存在，如同在所寻找的化学计量碳化硅中的一样。这种CVI致密化方法特别可靠，但是该方法可能在所得沉积产率方面存在限制，这可能导致处理周期延长并因此导致相对高的性能方面的代价。具体地，一部分MTS前体可能被消耗掉而在炉入口处产生无价值的富硅沉积物。以这种方式消耗的硅不能再用于在炉的工作区域中存在的预制件内形成碳化硅基质，从而限制了沉积产率。

此外，当用于致密化的预制件较厚时，如上所述的CVI方法可能无法使那些预制件中的孔得到良好填充。

因此，需要具有可用的方法，其能够通过气体技术形成化学计量碳化硅，并且具有提高的产率。

还需要具有可用的CVI方法，其使得化学计量碳化硅能够在多孔硅内部形成，并且具有改善的孔的填充分数。

发明目的和概述

为此，在第一方面，本发明提供了一种化学气相渗透或沉积的方法，该方法至少包括以下步骤：

-在多孔基材的孔中或在基材的表面上形成碳化硅，将基材置于反应室中，由引入反应室的气相形成碳化硅，所述气相包含试剂化合物，该试剂化合物是碳化硅的前体，并具有下式：

其中：

-n是等于0或1的整数；

-m是1-3范围内的整数；

-p是0-2范围内的整数，并且m+p＝3；和

-R表示-H或-CH₃；

引入的气相中碳原子数与硅原子数之比C/Si在2至3的范围内。

使用具有上式的前体(下文称为“前体A”)有利地以比使用MTS时更快的生长速率形成碳化硅。使用这种前体还可以在渗透多孔基材的同时获得更好的孔填充。本发明人还观察到，即使前体A对于每个硅原子呈现多个碳原子，也可以使用前体A获得化学计量碳化硅。获得这样的化学计量沉积物是通过使C/Si比值(即[引入的气相中碳的原子含量]/[引入的气相中硅的原子含量])在2-3范围内而限制引入的气相中碳含量的结果。

在一个实施方式中，R可以表示-H。

这种特性是有利的，因为其有助于进一步降低所用气相中的碳含量。

在一个实施方式中，n可以等于0。

这种特性是有利的，因为其有助于进一步降低所用气相中的碳含量。