一种由CMC材料制造部件的方法技术

本发明专利技术涉及制造复合材料部件，包括如下步骤：制备加固的纤维预成型体，所述预成型体的纤维为涂布于界面中的碳或陶瓷纤维，所述界面由热解碳(PyC)或掺硼碳(BC)的至少一层形成；获得部分致密化的加固的纤维预成型体，其中部分致密化包括在所述界面上形成第一基体相，所述第一基体相包括与PyC或BC的一个或多个层交替的自愈合材料的多个层；以及通过在所述部分致密化的加固的预成型体内分散碳粉末和/或陶瓷粉末以及通过渗透熔融硅或大部分由硅形成的液体组合物而继续致密化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种由CMC材料制造部件的方法
本专利技术涉及由在下文称为CMC材料的具有基体的复合材料制备部件，所述基体为陶瓷或至少部分为陶瓷。本专利技术的应用领域为制备特别是航空航天领域中的在操作中暴露于氧化气氛中的高温的部件，具体地为用于航空涡轮发动机的热部的部件，应了解本专利技术可应用于其他领域，例如工业燃气轮机领域。
技术介绍
CMC材料具有良好的热结构性质(即，使得它们适用于构成结构部件的强的机械性质)以及在高温下保持那些 性质的能力。因此，已推荐使用CMC材料而非金属材料用于在操作中暴露于高温的部件，特别因为CMC材料具有比它们所代替的金属材料的密度显著更小的密度。由CMC材料制造部件的一种公知的方法包括，由织造纤维结构制备纤维预成型体，所述预成型体通过化学气相渗透(CVI)而由陶瓷基体加固(consolid6e)和致密化。举例而言，可参考文献W02010/066140、W02010/116066和W02011/080443，所述文献涉及由CMC材料制造用于航空涡轮发动机的部件。第二种公知的方法包括由纤维层片制备预成型体，其中通过CVI在氮化硼BN的层中涂布碳化硅基纤维，所述氮化硼BN的层被覆盖于碳或碳化物的层(特别是碳化硅SiC的层)中。用含有碳粉末或陶瓷粉末和有机粘结剂的组合物预浸溃纤维层片，或者在一个变体中，在已形成预成型体之后用这种组合物浸溃纤维层片。一旦已消除粘结剂，则通过渗透熔融硅(其可能富集硼)而进行致密化，其中这种致密化过程称为熔体渗透(MI)过程。举例而言，可参考文献US4889686、US4944904或US5015540。以公知的方式，涂布纤维预成型体的BN界面材料在复合材料中行使脆化消除功能，并同时在MI过程中从熔融硅中分离纤维。CVI致密化过程能够获得具有均匀的厚度和受控的组成的基体相，特别是由具有转移裂纹或自愈合的特定功能的材料制得的基体相，由此赋予在高温和氧化气氛下的长的寿命。术语“自愈合”在本文用于表示一种材料，其在氧的存在下形成玻璃质组合物，所述玻璃质组合物能够在某些温度范围内转化成糊状或流体状态，由此修复在材料内出现的裂纹。自愈合材料的例子为S1-B-C三元体系或能够形成硼硅酸盐型玻璃的碳化硼体系。尽管如此，CVI致密化过程相对冗长且昂贵。相反，通过MI过程致密化不能形成具有受控厚度和组成的基体相，然而，其相比于CVI致密化更快且更容易进行，就此而言其可具有吸引力。尽管如此，在裂纹的存在下，通过上述第二种方法获得的部件自约800°c的温度起在氧化气氛下显示较短的寿命，因为界面涂层的BN材料氧化成B203，所述B203在湿气的存在下形成挥发性氧化物，从而导致BN材料消耗，并因此导致脆化消除功能逐渐消失。不幸地，由于CMC材料在操作中所经受的热循环，CMC材料实际上不可避免地遭受裂化。此外，通过CVI形成BN是复杂的，并利用NH3和bci3或bf3型的前体气体，因此需要复杂的设备，特别是为了以工业规模处理流出物。此外，在界面涂层的BN材料上沉积SiC的层对于在渗透熔融硅时保护涂层可能具有有限的效果，因为通过CVI获得的SiC沉积物通常显示柱状结构，熔融硅可渗透至所述柱状结构中。
技术实现思路
本专利技术的一个特定目的在于提供一种不具有上述已知方法的缺点的方法。该目的通过一种制造复合材料部件的方法实现，所述方法包括如下步骤:?制备纤维结构，所述纤维结构的纤维为碳纤维或陶瓷纤维；?在所述纤维上形成界面涂层，所述涂层由热解碳(PyC)或掺硼碳(BC)的至少一层形成；?通过成形工具使所述纤维结构成形，以获得待制造的部件的预成型体；?在所述成形工具中加固所述纤维预成型体；?在所述界面上形成第一基体相，所述第一基体相包括与选自热解碳(PyC)和掺硼碳(BC)的材料的一个或多个层交替的自愈合材料的多个层，所述自愈合材料的多个层和PyC或BC的层通过CVI获得，以获得部分致密化的加固的预成型体；以及?在从所述成形工具中移出所述预成型体之后，通过在所述部分致密化的加固的预成型体内分散碳粉末和/或陶瓷粉末以及通过渗透熔融硅或大部分由硅形成的液体组合物而继续致密化。在该实施例中，PyC或BC界面具有用于得自PyC或BC的片结构的复合材料的脆化消除的常规功能，所述常规功能增强了在基体中传播之后到达界面的裂纹的偏转，由此防止或减慢了由这种裂纹所导致的纤维断裂。对于掺硼碳或BC，这意味着组合物含有5%的B至20%的B，余量为碳。这种组合物显示乱层结构，即未对齐堆叠的堆叠片，由此增强了脆化消除功能，使用BN难以获得这种结构。本专利技术的方法的显著之处特别地在于，其提供了制备连续基体相，所述连续基体相具有与PyC或BC裂纹偏转材料的一个或多个层交替的自愈合材料的多个层，所述连续基体相插入界面涂层与通过MI过程获得的基体相之间。通过MI过程获得的基体相以与单块陶瓷类似的方式遭受裂化，而含有自愈合材料和裂纹偏转材料的连续基体相有效用于对抗裂纹传播至界面涂层，并因此有效用于对抗界面涂层在氧化环境中暴露。因此，尽管PyC或BC界面涂层的可氧化性质，但由界面涂层所提供的脆化消除功能得以保持。由于存在所述连续基体相，因此不需要形成涉及如上困难的BN界面涂层，同时确保了在高温下(特别是在高于800°C的温度下)经受氧化气氛的能力。另外，所述连续基体相也有助于在MI过程中保护界面涂层免于经受熔融硅或硅基液体组合物。有利地，所述第一基体相中的自愈合材料的每个层的材料可选自S1-B-C三元体系和碳化硼，并优选为无定形材料。所述第一基体相中的自愈合材料的多个层加上PyC或BC的一个或多个层全部的总厚度可在500纳米(nm)至30微米(y m)的范围内。 在本专利技术的一个实施中，所述第一基体相由不含硼的陶瓷材料的层结束，所述层在自愈合材料的最后一层上形成。所述不含硼的陶瓷材料的层可具有至少500nm的厚度。所述不含硼的陶瓷材料的层可特别地由碳化硅(SiC)或氮化硅(Si3N4)制得。在一个实施中，制备加固的纤维预成型体包括通过使所述纤维结构成形而形成纤维预成型体，并通过化学气相渗透在所述预成型体的纤维上形成界面涂层，然后形成所述第一基体相，所述界面涂层和所述第一基体相形成为具有足以加固所述预成型体的总厚度。举例而言,足以加固所述预成型体的这种厚度不小于500nm。在另一实施中，在所述预成型体的纤维上形成界面包括形成第一界面层的第一步骤和形成第二界面层的第二步骤，所述第一和第二步骤由加固所述纤维预成型体的步骤分隔，所述预成型体的加固包括用含有碳或陶瓷前体树脂的液体组合物浸溃、在成形工具中使所述预成型体成形、聚合所述树脂，以及将所述树脂转化为碳或陶瓷，所述预成型体在所述成形工具中保持形状至少直至树脂已聚合。所述第一界面层可通过化学气相渗透形成而具有不超过300nm的厚度。在一个实施中，所述纤维预成型体由纤维结构形成，所述纤维结构通过三维或多层编织作为单片制得。通过用在水中的悬浮体中含有粉末的水性釉浆(barbotine)浸溃，使碳粉末和/或陶瓷粉末可分散于所述加固的纤维预成型体内。碳粉末和/或陶 瓷粉末在所述加固的纤维预成型体内的分散也可借助含有分散于碳或陶瓷前体树脂中的碳和/或陶瓷粉末的液体组合物进行。大部分由硅形成的液体组合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由具有基体的复合材料制造部件的方法，所述基体至少部分由陶瓷制得，所述方法包括如下步骤：·制备纤维结构，所述纤维结构的纤维为碳纤维或陶瓷纤维；·在所述纤维上形成界面涂层，所述涂层由热解碳(PyC)或硼掺杂的碳(BC)的至少一层形成；·通过成形工具使所述纤维结构成形，以获得待制造的部件的预成型体；·在所述成形工具中加固所述纤维预成型体；·在所述界面上形成第一基体相，所述第一基体相包括与选自热解碳(PyC)和掺杂硼的碳(BC)的材料的一个或多个层交替的自愈合材料的多个层，所述自愈合材料的多个层和PyC或BC的层通过CVI获得，以获得部分致密化的加固的预成型体；以及·在从所述成形工具中移出所述预成型体之后，通过在所述部分致密化的加固的预成型体内分散碳粉末和/或陶瓷粉末以及通过渗透熔融硅或大部分由硅形成的液体组合物而继续致密化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.30 FR 11609411.一种由具有基体的复合材料制造部件的方法，所述基体至少部分由陶瓷制得，所述方法包括如下步骤: ?制备纤维结构，所述纤维结构的纤维为碳纤维或陶瓷纤维； ?在所述纤维上形成界面涂层，所述涂层由热解碳(PyC)或硼掺杂的碳(BC)的至少一层形成； ?通过成形工具 使所述纤维结构成形，以获得待制造的部件的预成型体； ?在所述成形工具中加固所述纤维预成型体； ?在所述界面上形成第一基体相，所述第一基体相包括与选自热解碳(PyC)和掺杂硼的碳(BC)的材料的一个或多个层交替的自愈合材料的多个层，所述自愈合材料的多个层和PyC或BC的层通过CVI获得，以获得部分致密化的加固的预成型体；以及 ?在从所述成形工具中移出所述预成型体之后，通过在所述部分致密化的加固的预成型体内分散碳粉末和/或陶瓷粉末以及通过渗透熔融硅或大部分由硅形成的液体组合物而继续致密化。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一基体相中的自愈合材料的每个层的材料选自S1-B-C三元体系和碳化硼。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在所述第一基体相中的自愈合材料的多个层加上PyC或BC的一个或多个层的总厚度在500nm至30 y m范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一基体相由不含硼的陶瓷材料的至少一个层结束，所述层在自愈合材料的最后一层上形成。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述不含硼的陶瓷材料的层具有至少500nm的厚度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·布伊隆，E·菲利佩，A·拉丰，F·拉穆鲁，
申请(专利权)人：赫拉克勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR