一种用于由(例如CVD)原丝形成多条纤维的方法和设备，包括：适于使得多条单根纤维生长的反应器；和多个独立可控的激光器，所述多个激光器中的每个激光器使得各条纤维生长。一种高性能纤维(HPF)结构，包括：配置在所述结构内的多条纤维；设置在所述纤维之间的基质；其中，沿着所述纤维中的至少一些的表面设置多层涂层，所述多层涂层具有：具有片状强度的内层区；和外层区，具有微粒状强度，使得从所述基质朝向所述外层传播的任何裂纹沿着所述外层传播并且返回进入所述基质中，由此防止所述裂纹接近所述纤维。一种用于在具有多条SiC纤维的陶瓷基质复合材料中形成间相的方法，该方法通过使得纤维到纤维的桥接最小化来使得韧性最大，包括：使得多条SiC纤维配置成预成型件；可选择地从所述纤维的表面去除(例如蚀刻)硅，在所述纤维上形成多孔碳层；用间相层(例如氮化硼)代替所述多孔碳层，所述间相层涂覆所述纤维，由此使得在所述预成型件中的纤维到纤维的桥接最小化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种用于由(例如CVD)原丝形成多条纤维的方法和设备，包括：适于使得多条单根纤维生长的反应器；和多个独立可控的激光器，所述多个激光器中的每个激光器使得各条纤维生长。一种高性能纤维(HPF)结构，包括：配置在所述结构内的多条纤维；设置在所述纤维之间的基质；其中，沿着所述纤维中的至少一些的表面设置多层涂层，所述多层涂层具有：具有片状强度的内层区；和外层区，具有微粒状强度，使得从所述基质朝向所述外层传播的任何裂纹沿着所述外层传播并且返回进入所述基质中，由此防止所述裂纹接近所述纤维。一种用于在具有多条SiC纤维的陶瓷基质复合材料中形成间相的方法，该方法通过使得纤维到纤维的桥接最小化来使得韧性最大，包括：使得多条SiC纤维配置成预成型件；可选择地从所述纤维的表面去除(例如蚀刻)硅，在所述纤维上形成多孔碳层；用间相层(例如氮化硼)代替所述多孔碳层，所述间相层涂覆所述纤维，由此使得在所述预成型件中的纤维到纤维的桥接最小化。【专利说明】关于政府权利的声明基于由NASA授予的N0.:NNX11⑶80P号合同，以及由国家科学基金会(NSF)授予的授予识别证明N0.:1046412号合同，本专利技术的某些方面得到了美国政府的支持。因此，美国政府在本专利技术中具有某些权利。关联申请的交叉引用本申请要求下面三个(3个)在先提交的美国临时专利申请的优先权:2012年I月20日提交的N0.61/588，733美国临时申请，题目为“METHOD ANDAPPARATUS FOR LARGE SCALE MANUFACTURING OF HIGH STRENGTH CERAMIC FIBERS USINGA PLURALITY OF CONTROLLABLE LASERS”( “用于使用多个可控激光器大规模制造高强度陶瓷纤维的方法和设备”);2012年I月20日提交的N0.61/588，765美国临时申请，题目为“NON-BRIDGINGIN-SITU BORON NITRIDE COATING OF SILICON CARBIDE FIBERS IN CERAMIC MATRIXCOMPOSITE MATERIALS” ( “在陶瓷基质复合材料中的碳化硅纤维的未桥接的原位氮化硼涂层，，);和2012年I月20日提交的N0.61/588，788美国临时申请，题目为“NAN0C0ATINGSYSTEMS FOR HIGH PERFORMANCE FIBERS FOR DIRECTING MICRO-CRACKS AND ENDOWINGMATRIX COMPOSITES WITH AN IMMUNE RESPONSE TO MICRO-CRACKING AND OXIDAT1N”(“用于引导微裂纹并且使得基质复合物具有对微裂纹和氧化的免疫响应的用于高性能纤维的纳米涂层系统”)。上面提到的每个临时申请均以其整体通过弓I用由此并入本文中。
本专利技术涉及独特的陶瓷基质复合材料、高性能的陶瓷以及其它无机纤维以及它们的制造方法。
技术介绍
为了在许多特定的应用中扩展用途，提出了高性能纤维(HPFs)，这些特定的应用例如为军事和航空航天(涡轮机、火箭、高级构造)、汽车、生物医学、能量以及需要具有异常的强度、硬度、抗热性和/或耐化学性的高级材料的其它的应用。当需要结合由现存的金属丝或者由碳、玻璃、植物或者矿物纤维不能满足的极端材料属性时，寻求到了 HPFs。HPF复合物系统通常包括分布在“基质”内的多根涂层纤维。 在当前的大多数情况下,都是通过使得液体原丝(precursor)穿过喷丝头来实现纤维的形成。例如，图1是喷丝头的示意图，板具有小孔图案，液体原丝供应穿过小孔。一旦出来，涌出的图案凝胶体就变成了称为“原纤维”的细丝。但是，本专利技术人已经推断出一种更好的方法，该方法包括从围绕液体原丝周围产生纤维的地方激光聚焦提取出纤维。激光聚焦在纤维尖端，由此使得纤维加热到原丝游离并且发生化学气相沉积(CVD)的温度。纤维在长度上生长，并且以生长速度被拉出反应区，导致产生了任意长度的单丝纤维。该加工技术由图2示出。图2示出了典型方法，包括如下:反应器10 ;反应器腔20的放大剖视图；生长区30的放大视图。自播种纤维50朝向接近的同轴激光器60生长，并且通过挤压微管40被抽取。CVD原丝从挤压微管被注入到反应区内，在反应区周围形成小的高浓度热柱，该反应区繁殖并且对流地提高了生长。该热柱被嵌入在同轴流动的惰性气体中，该惰性气体防护了该反应并且携带走了稀释的副产品。该反应器设计建立在对于激光诱导化学气相沉积(LCVD)纤维生长的理解上。它提供了独特且有价值的材料科学研究室，适合于专业细丝的快速实验发展。但是，它可能不适合于大规模制造。 因为在微电子学制造工业中，其中要使用光学(照相平版印刷)的方法大规模地复制零件，所以本文中提出了纤维生长的大规模复制。用于纤维生长的纯光学平行化是大规模生产纤维的一种方法。例如，可以进行图2示出的加工技术的平行化。 但是，在寻求大规模生产的目的时，图2方法的有些特征应该被保护，例如: .特征I一对流增强高压原丝流，其已经被示出用于使得单纤维生长最优化。 ?特征2—在特定波长上对副产品成像(例如，在656nm波长上对氢成像)，其提供了纤维生长的直接可观察性并且已经被用于加工控制。 ?特征3和4分别是一无容器和材料不可知，其形成了能够处理各种材料的平台技术的基础。 激光器焦点增殖(laser foci multiplicat1n)的合理方法是衍射光栅。衍射光栅提出了一种好确定的技术，在例如激光指示器的消费品上具有均匀性，因为它们能够产生多种图案。但是，如果产生规定图案是平凡的事，那么本专利技术所指的产生大量高质量、均匀分布的焦点就是更加比较难的问题。
技术实现思路
本专利技术解决了已有技术的缺陷，并且提供了附加的优点，在一个方面中，本专利技术是用于由原丝形成多条纤维的方法和设备，其包括:适于使得多条各纤维生长的反应器；和多个独立可控的激光器，所述多个激光器中的每个激光器使得多条纤维中的各条纤维生长。反应器和激光器可根据激光诱导化学气相沉积使得纤维生长。在一个实施例中，多个激光器包括量子阱混合(QWI)激光器。 在下面进一步讨论的另一方面，本专利技术在一个方面是高性能纤维(HPF)结构，包括:配置在结构中的多条纤维；设置在纤维之间的基质；其中多层涂层沿着至少一些纤维的表面设置。多层涂层包括:具有片状强度的内层区；和外层区，具有微粒状强度，使得从基质开始朝向外层传播的任何裂纹沿着外层传播并且回到基质中，由此防止裂纹接近纤维。 在下面进一步讨论的另一方面，本专利技术在一个方面是用于在具有多条SiC纤维的陶瓷基质复合材料中形成间相(interphase)的方法，其通过使得纤维到纤维的桥接最小化来使得韧性最大，包括:使得多条SiC纤维配置成预成型件；可选择地去除(例如蚀刻)纤维的表面的硅，在纤维上形成多孔碳层；并且用间相层(例如氮化硼)代替多孔碳层，该间相层覆盖纤维，由此使得在预成型件中纤维到纤维的桥接最小化。 通过本专利技术的技术实现了附加的特征和优势。本专利技术的其它实施例和方面在本文中具体地进行说明，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于由原丝形成多条纤维的方法，包括：提供适于使得多条单根纤维生长的反应器；和使用多个独立可控的激光器，所述多个激光器中的每个激光器使得所述多条纤维中的各条纤维生长。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·佩尼亚，J·施奈特，K·威廉斯，R·古德古琴塔，
申请(专利权)人：自由形态纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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