用于制备多孔的复合材料部件的方法技术

一种用于制备多孔的复合材料部件的方法包括以下步骤：‑将喷砂掩模(250)定位在预制件(110)上，所述预制件包括浸渍有聚合的陶瓷前体树脂的纤维织构，所述掩模包括与在该预制件(110)中将要形成的孔对应的多个开口(251)；‑将磨料颗粒以高速投射到该掩模(250)的表面上，从而对暴露在所述掩模开口中的该预制件(110)进行穿孔；‑热解该多孔预制件，从而在多孔纤维织构中形成陶瓷基质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及制备多孔的复合材料部件，即部件由通过基质致密化的增强纤维制成并且在其中已经形成多个孔。由复合材料制成的多孔部件特别地在过滤和声学领域找到了特定应用。对于具有声学功能的复合材料部件，通常做法是在其中形成孔，这例如适用于存在于发动机中的声衰减面板的外皮。为了使声波能够穿透到这种面板的内侧并且使其衰减，面板的外皮需要存在多个孔。对于由陶瓷基质复合(CMC)材料制成的部件，需要通过浸渍一种用于与作为陶瓷前体的树脂一起形成该部件的增强部分的纤维织构，通过聚合该树脂，以及通过继续热解该浸渍结构以形成陶瓷基质，制成该部件。孔可以多种方式在由CMC材料制成的部件中形成。特别地，在该浸渍织构处于聚合状态时，这些孔可通过使用钻头对浸渍织构钻孔形成。然而，需要不采用润滑剂实施该加工，以避免降解存在于该浸渍织构中的材料(化学不兼容性)。这导致钻头的过早磨损。此外，切割并不理想，并且使原纤维出现在孔中，该原纤维导致在制备该部件中的后续问题。孔也可通过在聚合状态使用激光对浸渍织构钻孔形成。在这种情况下，织构被干净地切割(没有原纤维)，但热影响区域(TAZ)出现在该织构中。另一解决方案包括将树脂浸渍的织构放置在一个具有表面尖状凸起(spikes)的板上并然后聚合树脂。然而，这种加工非常昂贵，有时很难使用。本专利技术所采用的复合材料部件也可由氧化物/氧化物类型的CMC材料制成，即通过将耐高温氧化物颗粒沉积在一种由氧化纤维制成的纤维织构内，然后烧结颗粒，从而在织构中形成耐火氧化物基质。当在一种包含耐火氧化物颗粒的纤维织构中形成孔时，用于形成孔的技术的上述缺点同样发生。因此，存在对如下解决方案的需求，其可以在复合材料部件中形成多个孔，这样作同时符合被限定用于孔的形状(没有原纤维)，并且生产成本尽可能低。专利技术目的和内容为此，本专利技术提出了一种多孔的复合材料部件的制备方法，所述方法包括以下步骤：·将喷砂掩模定位在预制件上，所述预制件包括浸渍有聚合的陶瓷-前体树脂的纤维织构，所述掩模具有与在该预制件中将要形成的孔对应的多个开口；·将磨料颗粒以高速投射到该掩模的表面上(喷砂)，从而对暴露在所述掩模的所述开口中的该预制件进行穿孔；以及·热解该多孔预制件，从而在多孔纤维织构中形成陶瓷基质。因此，使用喷砂技术能够以准确和便宜的方式使多孔部件由复合材料制成。然而，根据本专利技术，在部件制备的中间阶段形成孔，即在聚合之后以及在通过热解将树脂转换成陶瓷之前。具体地，在其已被热解后，部件的复合材料具有很高的硬度，从而要求长时间和/或用很大的力实施喷砂。在这种情况下，存在破坏喷砂掩模的相当大风险，这意味着不能保证被限定用于孔的形状。本专利技术还提供了一种由复合材料制备多孔部件的方法，所述方法包括以下步骤：·将喷砂掩模定位在预制件上，所述预制件包括含有耐火氧化物颗粒的纤维织构，所述掩模包括与在该预制件中将要形成的孔对应的多个开口；·将磨料颗粒以高速投射到该掩模的表面上(喷砂)，从而对暴露在所述掩模的所述开口中的该预制件进行穿孔；以及·烧结该耐火氧化物颗粒，从而在多孔预制件中形成耐火氧化物基质。如上所述，在复合材料部件制备的中间阶段形成孔，即，在烧结氧化物颗粒之前，此时该部件仍存在与喷砂兼容的硬度水平，此时喷砂在持续时间上和/或在所使用的力上都能够保证喷砂掩模的完整性。在本专利技术方法的一个特定方面，在热解或烧结步骤后，这些方法包括致密化所述多孔纤维织构的步骤，通过碳化硅的化学蒸汽渗透实施所述步骤。除了完成部件的致密化，该步骤可以形成一种碳化硅涂层，该碳化硅涂层保护部件在孔内侧裸露的材料。根据本专利技术的特征，所述磨料颗粒以在45°到60°范围内的角度投射到喷砂掩模的表面上。这可以增加喷砂的效率并缩短其持续时间。附图说明本专利技术的其他特征和优点在参考附图给出的作为非限制性实施例的本专利技术特定实施方式的以下描述中显而易见，其中：·图1是根据本专利技术的一个实施方式，用于形成多孔部件的纤维结构的图解透视图；·图2是使用图1纤维结构获得的预制件的图解透视图；·图3是示出被定位在图2预制件上的喷砂掩模的图解透视图；·图4是用于在图2预制件中形成孔的喷砂机的图解剖面视图；以及·图5是在本专利技术的实施方式中由陶瓷基质复合材料制成的多孔部件的透视图。具体实施方式本专利技术的方法涉及由陶瓷基质复合(CMC)材料制备部件，即部件具有由用基质致密化的耐火纤维(碳纤维或陶瓷纤维)制成的增强部分，所述基质至少部分地为陶瓷。CMC材料的示例为C/SiC复合材料(碳纤维增强部分和碳化硅基质)，C/C-SiC复合材料(碳纤维增强部分，包括通常更接近纤维的碳相以及碳化硅相的基质)，SiC/SiC复合材料(增强纤维和由碳化硅制成的基质)，氧化物/氧化物复合材料(增强纤维和由氧化铝制成的基质)。界面层可插入在增强纤维和基质之间，从而提高材料的机械强度。根据本专利技术，在CMC材料部件制备中的中间阶段通过喷砂形成孔。更准确地，当部件的CMC材料的基质至少部分地使用陶瓷前体树脂形成时，喷砂操作可在聚合树脂的状态实施，即在其热解之前，从而将前体转换成陶瓷。当基质由耐高温氧化物颗粒制成时，作为在氧化物/氧化物类型的CMC材料中，在烧结用于形成耐火氧化物基质的颗粒之前实施喷砂。图5示出了一种包括大量孔11的由CMC材料制成的声学外皮10。例如，声学皮肤10用于与蜂窝状结构组装在一起，从而形成声衰减面板。隔音板的制备通过由耐火纤维制成纤维织构100开始，如碳纤维、陶瓷纤维或氧化物纤维，如图1所示。所使用的纤维织构可以是多种类型和形状，特别地包括：·二维(2D)织物；·通过3D或多层编织获得的三维(3D)织物，特别地如文献WO 2010/061140所描述的；·编织物(braid)；·针织物(knit)；·毡制品(felt)；·纱线的单向(UD)薄片或丝束(tows)或多向(nD)薄片，多向(nD)薄片通过使多个UD薄片在不同方向重叠并将UD薄片粘结在一起(例如通过缝合、通过化学粘结剂，或过针编(needling))获得。还可以使用一种由织物、编织物、针织物、毡制品、薄片、丝束等的多个叠加层组成的纤维结构，所述层粘结在一起，例如通过缝合，通过植入纱线或刚性元件，或通过针编。当由基质的液体前体形成陶瓷基质时，纤维织构通常与用于树脂的溶剂一起浸渍在一种包含树脂的浴液(bath)。可以使用其他已知的浸渍技术，诸如使纤维织构穿过一个连续的浸渍机，通过注入浸渍，或实际上通过树脂传递模塑(RTM)浸渍。有机前体通常为聚合物的形式，诸如可能在溶剂中被稀释的树脂。例如，陶瓷的液体前体，特别地用于SiC的，可以是聚碳硅烷(PCS)类型的树脂、聚硅氧烷(PSX)类型的树脂、聚钛聚碳硅烷(PTCS)类型的树脂、或聚硅氮烷(PSZ)类型的树脂。在已经浸渍并且可能干燥纤维织构之后，聚合树脂，从而固化了纤维织构。当形成氧化物类型的基质时，耐火氧化物颗粒沉积在纤维结构中。一种用于这种沉积的已知技术包括：·在织构的一侧上放置一个滑环(slip)，该滑环包含耐火氧化物颗粒的亚微米粉末；·形成压力差从而使该滑环穿过预制件；以及·过滤已经穿过预制件的液体，从而在预制件内保留耐火氧化物颗粒。根据本专利技术，孔在部件制备的中间阶段形成，即在预制件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备多孔的复合材料部件(10)的方法，所述方法包括以下步骤：·将喷砂掩模(250)定位在预制件(110)上，所述预制件包括浸渍有聚合的陶瓷‑前体树脂的纤维织构(100)，所述掩模具有与在该预制件(110)中将要形成的孔对应的多个开口(251)；·将磨料颗粒以高速投射到该掩模(250)的表面上，从而对暴露在所述掩模的所述开口的该预制件(110)进行穿孔；以及·热解多孔预制件，从而在多孔纤维织构中形成陶瓷基质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.11 FR 14532501.一种制备多孔的复合材料部件(10)的方法，所述方法包括以下步骤：·将喷砂掩模(250)定位在预制件(110)上，所述预制件包括浸渍有聚合的陶瓷-前体树脂的纤维织构(100)，所述掩模具有与在该预制件(110)中将要形成的孔对应的多个开口(251)；·将磨料颗粒以高速投射到该掩模(250)的表面上，从而对暴露在所述掩模的所述开口的该预制件(110)进行穿孔；以及·热解多孔预制件，从而在多孔纤维织构中形成陶瓷基质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在热处理步骤后，它包括使多孔预制件(110)致密化的步骤，所述步骤通过碳化硅的化学蒸气渗透实施。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述磨料颗粒是具有锋利边缘的角形状的碳化硅颗粒。4.根据权利要求1到3任一所述的方法，其特征在于，所述磨料颗粒以在45°到60°范围内...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔·都查莱特，泽维尔·马丁，乔斯林·拉波德，
申请(专利权)人：海瑞克里兹，
类型：发明
国别省市：法国;FR