陶瓷基复合材料制品及其形成方法技术

本公开内容涉及陶瓷基复合材料制品及其形成方法。该陶瓷基复合材料制品包括化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部，该基部包括在具有0％至5％游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。所述陶瓷基复合材料制品还包括熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，该覆盖部分包括在具有比基部更大百分比的游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷基复合材料制品及其形成方法
本公开总体上涉及陶瓷基复合材料(CMC)，更具体地，涉及陶瓷基复合材料制品和用于形成陶瓷基复合材料制品的方法。
技术介绍
陶瓷基复合材料通常包括嵌入陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。在基体开裂的情况下，增强材料充当CMC的承载成分，而陶瓷基体保护增强材料，保持其纤维的取向，并用于将载荷分散到增强材料。对诸如燃气涡轮的高温应用特别感兴趣的是硅基复合材料，它包括碳化硅(SiC)作为基体和/或增强材料。在形成CMC时采用了不同的处理方法。例如，一种方法包括熔融浸渗(MI)，其使用熔融硅浸渗到含纤维的预成型件中。通过预浸料MI形成的CMC通常是完全致密的，例如，残余孔隙率通常为零或小于3体积％。这种非常低的孔隙率赋予复合材料理想的机械性质，例如高比例极限强度和层间拉伸和剪切强度、高热导率和良好的抗氧化性。然而，MI复合材料的基体包含游离硅相(即元素硅或硅合金)，该游离硅相将系统的使用温度限制到低于硅或硅合金的熔点，或者约2550华氏度至2570华氏度。此外，游离硅相导致MISiC基体具有相对差的抗蠕变性。形成CMC的另一种方法是化学气相浸渗(CVI)。CVI是一种通过在高温下使用反应气体将基体材料浸渗到纤维预成型件中以形成纤维增强复合材料的工艺。通常，通过使反应物扩散到预成型件中并使副产物气体从预成型件扩散出而引入的缺陷导致复合材料中在约10％和约15％之间的相对高的残余孔隙率。特别地，通常在使用CVI形成CMC时，由CVI形成的复合材料的内部部分通常具有比复合材料的外部部分的孔隙率更高的孔隙率。相对于MICMC，这种孔隙率的存在降低CVICMC的面内和贯穿厚度的机械强度、导热性和抗氧化性。然而，CVI复合材料基体通常不具有游离硅相，因此具有比MI基体更好的抗蠕变性，并且有可能在2570华氏度以上的温度下操作。然而，需要另一种陶瓷基复合材料(CMC)，更具体地，制品和用于形成陶瓷基复合材料制品的方法。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将部分地在下面的描述中提出，或者可以由该描述显而易见，或者可以通过实施本专利技术来了解。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种陶瓷基复合材料制品。陶瓷基复合材料制品包括化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部，该基部包括在具有0％到5％之间的游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。陶瓷基复合材料制品还包括熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，该覆盖部分包括在具有比化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部更大百分比的游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。在某些示例性实施例中，化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部具有基本上0％的游离硅。在某些示例性实施例中，熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分基本上完全围绕化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的至少一部分。在某些示例性实施例中，制品被构造用于燃气涡轮发动机中。例如，在某些示例性实施例中，制品是喷嘴，其中熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分包括形成喷嘴的径向内带的第一熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分和形成喷嘴的径向外带的第二熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，并且其中化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部形成喷嘴的翼型件区段。例如，在某些示例性实施例中，制品是护罩，其中当安装在燃气涡轮发动机中时，化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部暴露于由燃气涡轮发动机限定的核心空气流动路径。例如，在某些示例性实施例中，制品是衬套，其中衬套包括热侧和相对的冷侧，热侧被构造成当安装在燃气涡轮发动机中时暴露于由燃气涡轮发动机限定的核心空气流动路径，并且其中化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部形成热侧，熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分形成冷侧。例如，在某些示例性实施例中，制品是翼型件，其中翼型件包括第一区段和单独形成的第二区段，其中第一区段和第二区段中的每一个各自包括化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部和熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，并且其中当翼型件的第一区段和第二区段接合时，第一区段和第二区段的熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分基本上完全封闭在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部内。例如，在某些示例性实施例中，化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部被构造成当安装在燃气涡轮发动机中时至少部分地暴露于由燃气涡轮发动机限定的核心空气流动路径。在某些示例性实施例中，化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部与熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分分开形成，使得化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的基本上所有表面在形成期间暴露于一种或多种反应气体。例如，在某些示例性实施例中，在形成化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部之后，熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分形成在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部上。在某些示例性实施例中，化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部限定在约5％和约30％之间的孔隙率，并且其中熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分限定小于化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的孔隙率的孔隙率。例如，在某些示例性实施例中，熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分限定小于约3％的孔隙率。在本公开的示例性方面，提供了一种用于形成陶瓷基复合材料制品的方法。该方法包括：形成化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部，其中形成化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部包括使化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的基本上所有表面暴露于一种或多种反应气体；以及在形成化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部之后，在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的外表面的一部分上提供熔融浸渗陶瓷基复合材料部分。在某些示例性方面，在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的外表面的一部分上提供熔融浸渗陶瓷基复合材料部分包括在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的外表面的一部分上形成熔融浸渗陶瓷基复合材料部分。例如，在某些示例性方面，在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部上形成熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分包括在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的外表面的一部分上铺叠一层或多层预浸料和执行一层或多层预浸料的熔融浸渗。在某些示例性方面，将化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的基本上所有表面暴露于一种或多种反应气体包括在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的陶瓷基体材料中形成陶瓷纤维增强材料，该陶瓷基体材料具有0％到5％之间的游离硅，并且其中提供熔融浸渗陶瓷基复合材料部分包括形成熔融浸渗陶瓷基复合材料部分，以在游离硅百分比大于化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的陶瓷基体材料中包括陶瓷纤维增强材料。在某些示例性方面，化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部具有基本上0％的游离硅。在某些示例性方面，化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部被构造成当安装在燃气涡轮发动机中时至少部分地暴露于由燃气涡轮发动机限定的核心空气流动路径。在某些示例性方面，在化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的外表面的一部分上提供熔融浸渗陶瓷基复合材料部分包括将熔融浸渗陶瓷基复合材料部分固结到化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的外表面的一部分上。技术方案1.一种陶瓷基复合材料制品，包括：化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部，其包括在具有0％至5％游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料；和熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，其包括在具有比所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部更大百分比的游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。技术方案2.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料制品，其中，所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部具有大致0％的游离硅。技术方案3.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料制品，包括：化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部，其包括在具有0％至5％游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料；和熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，其包括在具有比所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部更大百分比的游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。

【技术特征摘要】
2017.09.21 US 15/710,9541.一种陶瓷基复合材料制品，包括：化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部，其包括在具有0％至5％游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料；和熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，其包括在具有比所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部更大百分比的游离硅的陶瓷基体材料中的陶瓷纤维增强材料。2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料制品，其中，所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部具有大致0％的游离硅。3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料制品，其中，所述熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分基本上完全围绕所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部的至少一部分。4.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料制品，其中，所述制品被构造用于燃气涡轮发动机中。5.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料制品，其中，所述制品是喷嘴，其中，所述熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分包括形成所述喷嘴的径向内带的第一熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分和形成所述喷嘴的径向外带的第二熔融浸渗陶瓷基复合材料覆盖部分，且所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部形成所述喷嘴的翼型件区段。6.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料制品，其中，所述制品是护罩，当安装在所述燃气涡轮发动机中时，所述化学气相浸渗陶瓷基复合材料基部暴露于由所述燃气涡轮发动机限定的核心空气流动路径。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·苏布拉马尼安，M·E·诺艾，J·D·斯蒂贝尔，J·D·夏皮罗，B·A·雷诺兹，K·C·蒙哥马利，J·H·韦弗，D·G·邓恩，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US