通过将负载浆料注入纤维织构制造复合材料零件的方法技术

一种制造复合材料零件的方法包括将纤维织构(10)置于模具(110)中，所述模具(110)在其下部包括由多孔材料制成的零件(130)，织构(10)的第一面(10b)支撑在所述零件(130)上，在压力下将含有耐火陶瓷颗粒粉末的液体(150)注入纤维织构(10)中，排出已经通过纤维织构(10)的液体，该液体通过由多孔材料制成的零件(120)，并且通过由多孔材料制成的所述零件(130)将耐火陶瓷颗粒粉末保持在所述织构内。刚性穿孔元件(140)插入模具(110)的底部(111)和由多孔材料制成的零件(130)之间。

Manufacturing of Composite Parts by Injecting Loaded Size into Fiber Texture

A method for manufacturing composite material parts includes placing a fiber texture (10) in a die (110), which comprises a part (130) made of porous materials at its lower part, and supporting the first side (10b) of the texture (10) on the part (130), injecting a liquid (150) containing refractory ceramic powder into the fiber texture (10) under pressure, and discharging a liquid that has passed through the fiber texture (10). The liquid maintains the refractory ceramic particle powder in the texture by means of a component (120) made of porous material and a component (130) made of porous material. The rigid perforating element (140) is inserted between the bottom (111) of the die (110) and the part (130) made of porous material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过将负载浆料注入纤维织构制造复合材料零件的方法
技术介绍
本专利技术涉及一种制造热结构复合材料零件的方法，所述复合材料特别是氧化物/氧化物或陶瓷基复合材料(CMC)类型的材料，即包括由耐火陶瓷材料纤维制成的纤维增强件，该纤维同样由耐火陶瓷材料制成的基质致密化。由氧化物/氧化物复合材料制成的零件通常通过在模具中覆盖由耐火氧化物纤维制成的多个纤维层来制备，每个纤维层预先用填充有耐火氧化物颗粒的浆料浸渍。然后以这种方式布置的层的组通过模具盖或真空袋并经由高压釜压实。然后对所得的填充预制件进行烧结或进行陶瓷化热处理，以在预制件中形成耐火氧化物基质，并获得氧化物/氧化物复合材料零件。该技术还可用于制造陶瓷基质复合(CMC)材料零件。在这种情况下，纤维层由碳化硅(SiC)纤维或碳纤维制成，并且它们浸渍有填充有碳化物(例如SiC)或硼化物(例如TiB2)的颗粒或氮化物(Si3N4)的颗粒的浆料。然而，这种类型的制备使得仅可获得具有在某些方向上受限的机械特性的氧化物/氧化物复合物或CMC材料零件。特别是，这些材料不能很好地承受分层，并且它们不能很好地承受剪切力。使通过连续经纱和纬纱之间的三维编织获得的纤维织构用于增加材料的机械强度，特别是其承受分层的能力。在这种情况下，同样对于厚的2D纤维织构，只有使用压力梯度的方法，诸如灌注型方法，通过树脂传递模塑(RTM)技术或通过亚微米颗粒抽吸(SPS)的注入模塑才能使填充浆料渗透到厚度可能高达几十毫米的纤维织构，织构的厚度取决于预期的应用。然而，注入填充浆料的纤维织构部分与浆料液体将被抽空的纤维织构的另一部分之间的压力梯度难以控制整个纤维织构。如果压力在面向模具底部的纤维织构的整个区域上不平衡，该区域包括一个或多个排放口，浆料的液相将通过该排放口排出，则在靠近排放口的区域和更远的区域之间建立了压力差。在这种情况下，难以除去液相，因为它需要从织构中取出而不会干扰已经由浆料沉积的固体颗粒(耐火氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等)的分布。具体地说，当它被排出时，液相可以带有颗粒和/或可以改变纤维织构内颗粒的分布，从而导致由于在某些地方缺乏基质而在最终材料中出现大孔。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是弥补上述缺点并提出解决方案，该解决方案使得可以用复合材料，特别是氧化物/氧化物或CMC类型材料制造零件，同时还使用厚的纤维织构和/或复杂形状的纤维织构，并且以快速和可靠的方式这样做，同时提供对纤维织构内的固体颗粒的沉积和分布的良好控制，以便获得没有任何大孔隙的材料。为此，本专利技术提供了一种制造复合材料零件的方法，该方法包括以下步骤：-由耐火陶瓷纤维形成纤维织构；-将纤维织构放置在模具中，所述模具在其底部包括由多孔材料制成的零件，所述织构的第一面支撑在所述零件上；-用面向纤维织构的第二面布置的模具盖或盖子封闭模具；-在压力下将液体注入纤维织构中，该液体含有耐火陶瓷颗粒的粉末或耐火陶瓷前体颗粒的粉末；-经由多孔材料零件排出液体，该液体已经通过纤维织构，而所述多孔材料零件将耐火陶瓷颗粒的粉末或耐火陶瓷前体颗粒的粉末保留在所述织构内，以便获得填充有耐火陶瓷颗粒或耐火陶瓷前体颗粒的纤维预制件，该液体经由存在于模具底部的至少一个排放口排出，穿孔的刚性元件插入模具的底部和多孔材料零件之间；-干燥纤维预制件；-脱模纤维预制件；和-对纤维预制件中存在的耐火陶瓷颗粒或耐火陶瓷前体颗粒进行热处理，以便在所述预制件中形成耐火陶瓷基质；穿孔的刚性元件插入模具的底部和多孔材料零件之间；该方法的特征在于，穿孔的刚性元件在其底面包括与模具底部的内表面接触的凹口或切口。通过使用多孔材料零件来排出浆料的液体，本专利技术的方法使得可以消除引入纤维织构中的液体而不消除也存在于织构中的耐火陶瓷固体颗粒或耐火陶瓷前体颗粒。另外，通过在模具的底部和多孔材料零件之间插入穿孔的刚性元件，可以在多孔材料零件的底面上获得平衡的压力，液体通过该面排出。由于在模具底部和多孔材料零件之间存在穿孔的刚性元件，液体可以在多孔材料零件和模具的底部之间流动并且可以容易地到达排放口，而不管液体在哪里离开多孔材料零件。另外，在穿孔的刚性元件的底面中与模具底部的内表面接触的凹口或切口用于促进液体朝向排放口的流动。利用本专利技术的方法，通过不会干扰在纤维织构内颗粒分布的排放而消除液体，因此，可以获得在整个纤维增强材料中具有均匀分布的基质的复合材料零件。因此，热结构复合材料零件具有改善的机械性能。在本专利技术方法的第一个特定方面，穿孔的刚性元件具有多个孔眼，每个孔眼呈现矩形形状或圆形形状，所述矩形形状的边延伸距离小于或等于5毫米(mm)，所述圆形形状的直径小于或等于5mm。在本专利技术方法的第二个特定方面，该穿孔的刚性元件具有约1mm的厚度。在本专利技术方法的第四个特定方面，该穿孔的刚性元件由选自以下材料的材料制成：聚四氟乙烯(PTFE)；金属材料；聚合物等等。在本专利技术方法的一种实施方式中，其中放置纤维织构的模具包括浸渍室，该浸渍室在其底部包括多孔材料零件，所述织构的第一面支撑在所述多孔材料零件上，该浸渍室在其顶部用面向纤维织构的第二面放置的可变形不可渗透的隔膜封闭，所述隔膜将该浸渍室与压实室分开，含有耐火陶瓷颗粒或耐火陶瓷前体颗粒的液体被注入纤维织构的第二面和隔膜之间的浸渍室中，压实流体被注入压实室中，该流体在隔膜上施加压力以迫使含有耐火陶瓷颗粒粉末或耐火陶瓷前体颗粒粉末的填充液体穿过纤维织构。在形成纤维织构的步骤期间，纱线可以采用三维编织或多层编织来编织。纤维织构同样可以通过堆叠使用二维编织而编织的层来制造，该织构具有至少0.5mm的厚度，优选至少1mm。预制件的纱线可以由以下材料中的一种或多种构成的纤维制成：氧化铝；莫来石；二氧化硅；硅酸铝；硼硅酸盐；碳化硅和碳。耐火陶瓷颗粒可以由选自以下的材料制成：氧化铝；莫来石；二氧化硅；硅酸铝；磷酸铝；氧化锆；碳化物；硼化物和氮化物。在一种实施方式中，所得到的复合材料零件可以构成涡轮发动机叶片或实际上是后体零件、燃烧室、襟翼或加力燃烧室臂等。附图说明根据作为非限制性实施例给出的本专利技术特定实施方式的以下描述，并参考附图，本专利技术的其他特征和优点显而易见，其中：-图1是根据本专利技术的实施方式的工具的示意性分解透视图；-图2是用位于其中的纤维织构封闭的图1所示的工具的示意性剖视图；-图3是图2工具中用填充浆料浸渍纤维织构的步骤的示意性剖视图；-图4是根据本专利技术另一个实施方式的工具的示意性分解透视图；-图5是用位于其中的纤维织构封闭的图4所示的工具的示意性剖视图；和-图6和7是在图5的工具中用填充的浆料浸渍纤维织构的步骤的示意性剖视图。具体实施方式根据本专利技术的用于制造复合材料，特别是氧化物/氧化物或CMC类型的复合材料的方法，首先制造纤维织构，以形成零件的加强件。纤维织构通过使用提花型织机以已知的方式进行编织而制成，该提花织机具有布置成多层的经纱或股线的束，经纱通过纬纱相互连接，或反之亦然。纤维织构可以通过堆叠通过二维(2D)编织获得的层来制成。纤维织构也可以通过三维(3D)编织直接制成单个零件。术语“二维编织”在本文中用于表示传统的编织技术，其中每根纬纱在单层经纱中从一侧穿过到另一侧纱线，或反之亦然。本专利技术的方法特别适合于使填充的浆料能够被引入到2D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造复合材料零件的方法，该方法包括以下步骤：‑由耐火陶瓷纤维形成纤维织构(10)；‑将纤维织构(10)放置在模具(110)中，所述模具(110)在其底部包括由多孔材料制成的零件(130)，所述织构(10)的第一面(10b)支撑在所述零件(130)上；‑用面向纤维织构(10)的第二面(10a)放置的模具盖或盖子(120)封闭模具；‑在压力下将液体(150)注入纤维织构(10)中，该液体含有耐火陶瓷颗粒的粉末或耐火陶瓷前体颗粒的粉末；‑经由多孔材料零件(120)排出液体，该液体已经通过纤维织构(10)，而所述多孔材料零件(130)将耐火陶瓷颗粒的粉末或耐火陶瓷前体颗粒的粉末保留在所述织构内，以便获得填充有耐火陶瓷颗粒或耐火陶瓷前体颗粒的纤维预制件(15)，该液体经由存在于模具底部的至少一个排放口排出；‑干燥纤维预制件(15)；‑脱模纤维预制件(15)；和‑对纤维预制件中存在的耐火陶瓷颗粒或耐火陶瓷前体颗粒进行热处理，以便在所述预制件中形成耐火陶瓷基质；穿孔的刚性元件(140)插入模具(110)的底部(111)和多孔材料零件(130)之间；该方法的特征在于，穿孔的刚性元件(140)在其底面(140b)包括与模具(110)的底部(111)的内表面(111a)接触的凹口或切口(1420，1430)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.25 FR 16536351.一种制造复合材料零件的方法，该方法包括以下步骤：-由耐火陶瓷纤维形成纤维织构(10)；-将纤维织构(10)放置在模具(110)中，所述模具(110)在其底部包括由多孔材料制成的零件(130)，所述织构(10)的第一面(10b)支撑在所述零件(130)上；-用面向纤维织构(10)的第二面(10a)放置的模具盖或盖子(120)封闭模具；-在压力下将液体(150)注入纤维织构(10)中，该液体含有耐火陶瓷颗粒的粉末或耐火陶瓷前体颗粒的粉末；-经由多孔材料零件(120)排出液体，该液体已经通过纤维织构(10)，而所述多孔材料零件(130)将耐火陶瓷颗粒的粉末或耐火陶瓷前体颗粒的粉末保留在所述织构内，以便获得填充有耐火陶瓷颗粒或耐火陶瓷前体颗粒的纤维预制件(15)，该液体经由存在于模具底部的至少一个排放口排出；-干燥纤维预制件(15)；-脱模纤维预制件(15)；和-对纤维预制件中存在的耐火陶瓷颗粒或耐火陶瓷前体颗粒进行热处理，以便在所述预制件中形成耐火陶瓷基质；穿孔的刚性元件(140)插入模具(110)的底部(111)和多孔材料零件(130)之间；该方法的特征在于，穿孔的刚性元件(140)在其底面(140b)包括与模具(110)的底部(111)的内表面(111a)接触的凹口或切口(1420，1430)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该穿孔的刚性元件(140)具有多个孔眼(141)，每个孔眼呈现矩形形状或圆形形状，所述矩形形状的边延伸距离小于或等于5mm，所述圆形形状的直径小于或等于5mm。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该穿孔的刚性元...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·波德哥尔斯基，布鲁诺·丹伯林，艾杜·鲁伊斯，
申请(专利权)人：赛峰集团，
类型：发明
国别省市：法国,FR