[发明专利]具有单峰孔径分布和低纤维体积分数的陶瓷基质复合物

说明书

本发明公开了陶瓷基质复合物制品（10），包括例如在具有单峰孔径分布的基质（30）中的纤维丝束（20）的多个单向阵列，以及约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。制品可通过方法（100）形成，例如，其包括提供成形预制件（110），该成形预制件包括纤维丝束的单向阵列的预浸料带叠层、基质前体和成孔剂，固化成形预制件（120）以热解基质前体并烧尽成孔剂，使得成形预制件包括纤维丝束的单向阵列和具有单峰孔径分布的多孔基质，并且使固化的成形预制件经历化学气相渗透（130）以使多孔基质致密化，使得陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。

本申请是与母案发明名称相同的分案申请，母案的中国申请号是201710180235.7，申请日是2017年3月23日。

技术领域

本公开内容一般涉及陶瓷基质复合物，并且更具体而言，涉及用于形成具有单峰孔径分布和最佳纤维体积分数的陶瓷基质复合物制品的制品和方法。

背景技术

陶瓷基质复合物(CMCs)一般包括嵌入陶瓷基质材料中的陶瓷纤维增强材料。在基质破裂的情况下，增强材料充当CMC的负载承受组成成分，而陶瓷基质保护增强材料，维持其纤维的方向，并且作用于消散对增强材料的负载。高温应用（例如，在燃气涡轮机中）特别感兴趣的是硅基复合物（silicon-based composites），其包括碳化硅(SiC)作为基质和/或增强材料。

在形成CMC中已采用了不同的加工方法。例如，一种方法包括化学气相渗透(CVI)。CVI是通过在高温下使用反应性气体使基质材料渗透到纤维预制件中以形成纤维增强复合物的过程。例如，由CVI形成的常规的基于布的CMC通常具有10百分比至20百分比的孔隙率、35百分比至40百分比的纤维体积分数、以及1 ksi至3 ksi的层间拉伸(ILT)强度，如通过标准的1英寸直径按钮拉力测试测量的。CVI复合物基质通常不具有游离硅相，并且因此具有良好的抗蠕变性和在2,570华氏度以上的温度下操作的可能性。

另一种方法包括熔体渗透(MI)，其使用熔融硅渗透到含纤维的预制件内。例如，由MI形成的常规单向带基CMC通常具有3百分比以下的孔隙率、20百分比至33百分比的纤维体积分数、以及5 ksi至9 ksi的层间拉伸(ILT)强度。MI复合物的基质包含将CMC的使用限制至硅或硅合金的熔点以下或约2,550华氏度至2,570华氏度的游离硅相（即元素硅或硅合金）。此外，游离硅相使MI SiC基质具有相对较差的抗蠕变性。

另一种方法采用部分CVI过程，随后为MI过程，并且一般被称为“浆料浇铸MI”。该方法通常获得通常为约6百分比的在MI复合物和CVI复合物之间的中间孔隙率、35百分比至40百分比的纤维体积分数、2 ksi至4 ksi的层间拉伸(ILT)强度，并且还含有在复合物基质内残余的游离硅相。

发明内容

通过在一个实施例中提供用于形成陶瓷基质复合物制品的方法，克服了现有技术的缺点并提供了另外的优点。该方法包括例如提供成形预制件，该成形预制件包括纤维丝束的单向阵列的预浸料带叠层、基质前体和成孔剂，使成形预制件固化以热解基质前体并烧尽成孔剂，使得成形预制件包括纤维丝束的单向阵列和具有单峰孔径分布的多孔基质骨架，并且使固化的成形预制件经历化学气相渗透以使多孔基质骨架致密化，使得陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。

在另一个实施例中，用于形成陶瓷基质复合物制品的方法包括例如提供成形预制件，所述成形预制件包括纤维丝束的单向阵列的预浸料带叠层、用于形成陶瓷基质的基质前体、颗粒填料和成孔剂，使成形预制件固化以热解基质前体并烧尽成孔剂，使得成形预制件包括纤维丝束的单向阵列和具有单峰孔径分布的多孔陶瓷基质骨架，所述单峰孔径分布具有约1微米至约30微米的中值孔径，和使固化的成形预制件经历使用气态陶瓷的化学气相渗透、部分化学气相渗透和熔体渗透，或部分化学气相渗透、浆料浇铸和熔体渗透，以使多孔陶瓷基质骨架致密化，使得陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。