复合材料部件制造技术

本发明专利技术提供一种复合材料制成的部件，其至少包含：‑包含碳化硅纤维的纤维增强体，以原子百分比计，其氧含量小于或等于1％；和‑基质，其存在于纤维增强体的孔中并包含至少一种稀土硅酸盐、莫来石、或莫来石和至少一种稀土硅酸盐的混合物。

Composite Composite Components

The invention provides a component made of a composite material, which comprises at least: (1) a fibre reinforced body containing silicon carbide fibers whose oxygen content is less than or equal to 1% in atomic percentage; and (2) a matrix which exists in the pore of the fibre reinforced body and contains at least one mixture of rare earth silicate, mullite, or mullite and at least one rare earth silicate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合材料部件
技术介绍
本专利技术涉及由复合材料制成的部件，其可在较高的温度、高于或等于1300℃、例如1300℃至1450℃下使用本专利技术还涉及制造这样的部件的方法以及使用其的方法。现有技术中已经提出了各种材料用于制造涡轮发动机部件。特别是，已知使用陶瓷基质复合(CMC)材料，其包括由碳化硅纤维制成的纤维增强体以及通过化学气相渗透(CVI)形成的基于碳化硅的基质。该材料在1300℃或1400℃的温度下具有非常好的寿命特性，但由于使用CVI方法，其具有相对较高的生产成本。已经研发了其它方法以降低由CMC制成的部件的生产成本。在本文中，提出了形成复合材料部件的建议，该复合材料部件包括基于涂覆在界面涂层中的碳化硅的纤维增强体以及通过非反应性或反应性熔体渗透(MI或RMI)形成的基质。然而，这样的材料可能因为基质中存在残留硅而被限制在低于1300℃的温度下使用。还提出了具有氧化物基质的氧化物纤维增强体。该材料具有相对较低的生产成本，但是其也受限于使用温度。因此，需要提供一种材料，其与在高于或等于1300℃、或甚至1450℃的温度下使用相兼容，并且可以通过相对低成本的方法制造。本专利技术旨在满足该需要。专利技术目的和概述为此，在本专利技术的一个方面中，本专利技术提供了一种由复合材料制成的部件，其至少包含:-包含碳化硅纤维的纤维增强体，以原子百分比计，其氧含量小于或等于1％；和-基质，其存在于纤维增强体的孔中并包含至少一种稀土硅酸盐、莫来石(3Al2O3.2SiO2)、或莫来石和至少一种稀土硅酸盐的混合物。本专利技术有利地用于提供一种部件，其与在高于或等于1300℃、或甚至1450℃的温度下使用相兼容，并且可以通过相对有限的生产成本制造。此外，由于部件的基质包含环境阻隔材料，本专利技术的部件可以在氧化性和潮湿的气氛中使用因此，基质包含至少一个硅酸盐相。硅酸盐相可以包含至少一种稀土硅酸盐、莫来石、或可以实际上包含莫来石和至少一种稀土硅酸盐的混合物。在一实施方式中，所述稀土硅酸盐可以具有如下化学式：RE2SiO5或RE2Si2O7，其中RE表示稀土元素。优选地，稀土硅酸盐具有化学式RE2Si2O7。例如，稀土元素RE可以选自：Y(钇)；Er(铒)；Yb(镱)；Lu(镥)；和Dy(镝)。优选地，稀土元素RE可以选自：Y；Yb；和Lu。在一实施方式中，基质可以至少包含第一相和不同于第一相的第二相，所述第一相包含莫来石，所述第二相包含至少一种稀土硅酸盐。从在基质中加入莫来石比加入稀土硅酸盐便宜的角度，使用该基质有利于进一步降低生产部件的成本。在一实施方式中，第一相可以位于碳化硅纤维和第二相之间。换言之，在该情况下，包含莫来石的第一相位于纤维旁边，并且含有稀土硅酸盐的第二相位于部件的外表面旁边。在一实施方式中，所述基质包含：-至少一个硅酸盐相，其包含至少一种稀土硅酸盐、莫来石、或莫来石和至少一种稀土硅酸盐的混合物；以及-不同于硅酸盐相的另一基质相，其由陶瓷材料制成，位于碳化硅纤维和硅酸盐相之间。该另一基质相的存在有利于进一步提高复合材料部件的机械性能。在一实施方式中，所述部件可以构成航空发动机部件。该部件可以是工业涡轮或航空发动机的燃气涡轮的热部件。特别是，所述部件可以构成下述部件的至少一部分：分配器、燃烧室的壁、涡轮环区段、或者涡轮发动机叶片或叶。本专利技术还提供了一种制造如上所述部件的方法，所述方法至少包括在纤维增强体的孔中形成基质的步骤。在一实施方式中，可以通过烧结形成基质的至少一部分。该特征有利于使用降低实施成本的技术来制造部件。在一实施方式中，所有基质都可以通过烧结形成，或者在一变体中，可以通过烧结仅形成基质的一部分。特别是，在烧结期间施加高于或等于1200℃的温度。该特性是有利的，因为这使得可以进行显著的烧结，从而进一步改进所得部件的机械性能。在一实施方式中，可以至少通过进行如下步骤来形成基质：-将莫来石的至少一种粉末或莫来石的至少一种溶胶-凝胶前体的至少一种粉末引入纤维增强体的孔中；-将被引入的莫来石或在溶胶-凝胶前体转化后获得的莫来石进行烧结，以形成包含莫来石的第一基质相；-将稀土硅酸盐的至少一种粉末或稀土硅酸盐的至少一种溶胶-凝胶前体的至少一种粉末引入用第一基质相致密化的纤维增强体的孔中；-将被引入的稀土硅酸盐或在溶胶-凝胶前体转化后获得的稀土硅酸盐进行烧结，以形成包含稀土硅酸盐的第二基质相。这样的方法使得可以制造包含莫来石和稀土硅酸盐的基质，并且其构成了一种能够以特别低的实施成本获得具有所需性能的部件的方案。本专利技术还提供了使用如上所述部件的方法，其中，所述部件在高于或等于1300℃、例如1300℃至1450℃的温度下使用。特别是，该部件可以在氧化性和潮湿的气氛中使用。考虑到用于形成基质的材料的性质，部件可以有利地在使用时不具有环境阻隔涂层。具体来说，基质为部件提供了所需的耐腐蚀性。然而，如果在设置有环境阻隔涂层的同时使用该部件，也不会超出本专利技术的范围。附图简要说明参考附图，通过阅读在下文中通过非限制性标记可以更好地理解本专利技术，其中：-图1显示制造本专利技术部件的方法的第一实施例中的连续步骤；并且-图2显示制造本专利技术部件的方法的第二实施例中的连续步骤。具体实施方式例如，以原子百分比计，氧含量小于或等于1％的碳化硅纤维可以是由日本供应商NGS以“Hi-Nicalon-S”名字提供的纤维。这些纤维在下文中被称为“SiC纤维”。纤维增强体可以通过三维或多层编织制成单件，或者由多个二维纤维层制成，或者实际上由多个一维织物层制成。术语“三维编织”或“3D编织”应当理解为一种编织技术，其中，至少部分经纱与多个纬层上的纬纱互连。在本说明书中，经纱和纬纱之间可以互换角色，并且也应认为被本专利技术权利要求书所覆盖。例如，纤维增强体可以具有多缎纹编织，即，通过用多层纬纱三维编织获得的织物，其中各层的编织与常规的缎纹型编织等同，但是编织的某些点与纬纱层连在一起。在一变体中，纤维增强体具有互锁编织。术语"互锁"应当理解为3D编织，其中经纱的各层与多层纬纱连在一起，其中相同经列中的所有纱线在编织平面中同样地移动。适用于形成纤维增强体的各种多层编织技术具体描述于文件WO2006/136755中。还可以使用纤维织构，如SiC纤维的二维织物或SiC纤维的单向片材，并通过将这种纤维织构铺设在成形机上来获得纤维增强体。这些织构可以可选地彼此连接，例如，通过缝合或通过植入纱线可选地彼此连接，以形成纤维增强体。SiC纤维可以通过存在于SiC纤维和基质之间的中间相进行涂覆。中间相可包括单层或多层。中间相可以包括至少一层热解碳(PyC)、氮化硼(BN)、硅掺杂的氮化硼(BN(Si)，硅的存在量以重量百分比计为5％至40％，余量为氮化硼)或硼掺杂的碳(BC，硼的存在量以原子百分比计为5％至20％，余量为碳)。在该情况下，中间相的作用是通过帮助蔓延穿过基质后到达中间相的任何裂缝进行偏转来为复合材料提供脆性释放(embrittlementrelief)，从而防止或阻止纤维通过这种裂缝破裂。基质通过存在于纤维增强件的孔中而使得增强件致密化。基质包含覆盖纤维增强件纤维的至少一个连续硅酸盐相。SiC纤维存在于基质中。基质可占纤维增强件中的可进入孔的体积的大部分(即，超过50％)。特别是，基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由复合材料制成的部件，其至少包含：‑包含碳化硅纤维的纤维增强体，以原子百分比计，其氧含量小于或等于1％；和‑基质，其存在于纤维增强体的孔中并包含至少一种稀土硅酸盐、莫来石、或莫来石和至少一种稀土硅酸盐的混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.11 FR 16542001.一种由复合材料制成的部件，其至少包含：-包含碳化硅纤维的纤维增强体，以原子百分比计，其氧含量小于或等于1％；和-基质，其存在于纤维增强体的孔中并包含至少一种稀土硅酸盐、莫来石、或莫来石和至少一种稀土硅酸盐的混合物。2.如权利要求1所述的部件，其中，所述稀土硅酸盐具有如下化学式：RE2SiO5或RE2Si2O7，其中RE表示稀土元素。3.如权利要求2所述的部件，其中，RE选自：Y；Yb；和Lu。4.如权利要求1至3中任一项所述的部件，其中，所述基质至少包含第一相和不同于第一相的第二相，所述第一相包含莫来石，所述第二相包含至少一种稀土硅酸盐。5.如权利要求4所述的部件，其中，第一相位于碳化硅纤维和第二相之间。6.如权利要求1至5中任一项所述的部件，其中，所述基质包含：-至少一个硅酸盐相，其包含至少一种稀土硅酸盐、莫来石、或莫来石和至少一种稀土硅酸盐的混合物；以及-不同于所述硅酸盐相的另一基质相，其由陶瓷材料制成，位于碳化硅纤维和硅酸盐相之间。7.如权利要求1至6中任一项所述的部件，所述部件构成涡轮发动机部件。8.如权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·布鲁恩，A·科莱拉姆伯格，L·宾，D·马萨尔，
申请(专利权)人：赛峰航空陶瓷技术公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR