[发明专利]用于制造CMC组件的方法

说明书

提出了用于制造CMC组件(6)的方法，所述方法至少包括以下步骤：使由纤维(15)增强热塑性材料(14)制成的生坯(1、10)热解(2)；和通过液态碳化物形成物质(31)对经热解的生坯进行浸润(4)。生坯(1、10)的纤维(15)被布置成一条或数条股线(16)，这些股线(16)各自具有主延伸方向。每条股线(16)的纤维(15)的长度大于生坯(1、10)沿该股线(16)的主延伸方向的总长度(L)。

技术领域

本发明涉及一种用于制造陶瓷基复合材料(ceramic matrix composite，CMC)组件的方法以及根据这种方法制造的CMC组件。CMC材料由包埋在陶瓷基体中的纤维组成，并且可用于各种技术领域，特别地用于医疗技术、航空航天和电站开发。

背景技术

纤维增强陶瓷材料，也称为陶瓷基复合材料(CMC)材料，被用于各种应用和技术领域。CMC材料将陶瓷材料的优点与纤维在机械或热机械负荷方面的耐性相结合，从而创造出具有新的优异特性的材料。通过纤维来增强陶瓷材料的主要目的是为了为否则为脆性的陶瓷材料提供结构鲁棒性(robustness)。CMC材料具有独特的特性，例如高温稳定性、高耐热冲击性、高硬度、高耐蚀性、轻质性和多功能性，提供了独特的工程解决方案。这些特征的结合使得陶瓷基复合材料成为传统加工工业材料(例如超级合金和难熔金属)的有吸引力的替代品。

存在数种不同的方法来制造CMC材料。一种常用的方法是使含纤维的聚合物热解。然后用液态硅对热解之后获得的高孔隙度基体进行浸润，以反应生成碳化硅。

在DE 199 57 906中，公开了纤维增强复合材料制品的制造，其中使纤维增强塑料材料热解。

DE 10 2014 200 510公开了用于制造陶瓷复合材料的方法，其中将纤维增强热塑性材料以颗粒形式注塑成型以形成生坯，随后使其热解并转化为最终CMC组件。由于纤维增强热塑性材料的颗粒形式，使用该方法仅可以实现最终产品的有限的结构鲁棒性。

DE 101 64 231提出了由通过短纤维增强的陶瓷材料制造制动盘和离合器片。将导电的纤维增强块(mass)填充到压模中，随后在压力下硬化为生坯。然后使生坯碳化并用液态金属进行浸润。

EP 1 340 733公开了用于制造具有单向排列的增强纤维的陶瓷复合材料的方法。在该方法中，首先用牺牲聚合物包裹增强纤维，然后通过添加粘合剂树脂进行处理，之后使其碳化。由于牺牲聚合物的使用，可以避免平行纤维的彼此收缩。然后用液态硅对这种经碳化组件的孔进行浸润。由于纤维的单向布置，用该方法仅可以对具有比较简单的具有平坦表面的三维结构的组件实现高的结构鲁棒性。

Reichert,F.，A.M.Pérez-Mas，D.Barreda，C.Blanco，R.Santamaria，C.Kuttner，A.Fery，N.Langhof和W.Krenkel在Journal of the European Ceramic Society,2017.37(2):第523-529页中的标题为Influence of the carbonization temperature on themechanical properties of thermoplastic polymer derived C/C-SiC composites的文章研究了碳化温度对热塑性聚合物衍生的C/C-SiC复合材料的机械特性的影响。它进一步公开了在碳化之后用液态硅对复合材料进行浸润。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于制造CMC组件的方法，所述CMC组件可以具有比较复杂的三维结构和/或表面，但是仍然具有高的结构鲁棒性。

该目的通过如权利要求1所述的方法得以解决。在从属权利要求2至12中提供了所述方法的另一些实施方案。在权利要求13中要求保护的是根据这种方法制造的CMC组件，以及在从属权利要求14和15中提供了该CMC组件的另一些实施方案。