用于纤维预制件气相化学渗透的成型设备和设施制造技术

本发明专利技术涉及用于纤维预制件化学气相渗透的成型设备(100)，其包括：由支撑件(140、170)形成的结构封壳，所述支撑件各自具有多穿孔区(141；171)。支撑件(140、170)在其内表面上包含未封闭区域(143；173)，所述未封闭区域(143；173)包括多穿孔区。成型设备(100)还包括第一和第二成型模具功能元件(120、150)，各成型模具功能元件分别存在于支撑件的未封闭区域中。各成型模具功能元件具有第一面(120a；150a)和第二面(120b；150b)，该第一面(120a；150a)具有与待生产部件的形状相对应的确定形状，该第二面(120b；150b)保持成使其面向支撑件内表面。各功能元件包括多个穿孔(121；151)，并且穿孔的数量、穿孔的尺寸或穿孔的几何形状不同于存在于面对的支撑件上的穿孔的数量、尺寸或几何形状。

Molding equipment and facilities for vapor chemical infiltration of fibre preforms

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于纤维预制件气相化学渗透的成型设备和设施专利技术背景本专利技术涉及用复合材料制造部件，更具体地，涉及在通过纤维预制件化学气相渗透进行固结和/或致密化期间使用的成型工具，所述纤维预制件将形成复合材料部件的增强物。本专利技术申请的领域是由热结构性的复合材料制备部件，即，由这样的复合材料制备的部件，所述复合材料呈现出使其适合构建结构部件的机械性质并在直至高温下保持这些性质的能力。热结构复合材料的常规示例是碳/碳(C/C)复合物和陶瓷基质复合物(CMC)，碳/碳(C/C)复合物具有由被热解碳基质致密化的碳纤维制成的加强织构，所述陶瓷基质复合物(CMC)具有由被陶瓷基质致密化的耐火纤维(碳或陶瓷)制成的加强织构。用于使纤维预制件固结或致密化以制造C/C或CMC复合部件的熟知的方法是化学气相渗透(CVI)。将用于固结或致密化的纤维预制件置于多穿孔成型工具中，所述成型工具本身放置在反应器或烘箱中进行加热。将反应物气体引入反应器中，所述反应物气体含有一种或多种构成基质的材料的气态前体。对反应器中的温度和压力进行调整以使得反应物气体通过成型器中的穿孔在预制件的孔中扩散，并且通过使得反应物气体的一种或多种组分分解、或通过多种组分之间的反应在预制件的孔中形成构成基质的材料的沉积物，这些组分形成基质的前体。中间相材料也可以通过该方法与基质一起沉积。然而，固结和/或致密化技术在某些情况下可能导致在纤维预制件厚度方向上出现基质沉积梯度，并且导致在预制件表面出现局部额外厚度或“泡”。特别是，在预制件表面和芯部之间，所沉积的基质厚度或质量可以以5倍系数变化。这些缺陷主要是由于纤维预制件的特征(预制件的厚度、纤维的性质、织法等)与成型器的结构特征(穿孔的数量、尺寸和穿孔的形状等)之间的不匹配。专利技术目的和概述因此，本专利技术的一个目的是为成型工具提供一种解决方案，其中，结构特性可以限定为待固结和/或致密化的纤维预制件的函数(function)。该目的通过用于纤维预制件化学气相渗透的成型工具来实现，该工具包括由至少第一支撑件和第二支撑件形成的结构封壳，所述第一支撑件具有由第一接触平面围绕的第一多穿孔区，并且所述第二支撑件具有由第二接触平面围绕的第二多穿孔区，该第一支撑件和第二支撑件通过第一和第二接触区保持彼此相对，该工具的特征在于，第一支撑件在其内表面上包括第一外露区，所述第一外露区包括第一多穿孔区，第二支撑件在其内表面中包括第二外露区，所述第二外露区包括第二多穿孔区，并且成型工具还至少包括分别存在于第一和第二支撑件的第一和第二外露区中的第一和第二成型模具功能元件，各成型模具功能元件具有第一面和第二面，所述第一面具有对应于待制造部件形状的确定形状，所述第二表面保持面向支撑件的内表面，各成型模具功能元件具有多个穿孔并且呈现出至少一种与存在于面对的支撑件中的穿孔数量、穿孔尺寸、穿孔形状不同的穿孔数量、穿孔尺寸、穿孔形状。因此，本专利技术的成型工具具有可拆卸的成型模具功能元件，其中，穿孔的尺寸、数量和/或形状可以限定为待固结或致密化的纤维预制件的特征的函数，以使得待沉积的基质和/或中间相以更均匀的方式沉积在所讨论的预制件中。因此，可以制备机械性质得以改进的复合材料部件。本专利技术的成型工具可以非常灵活地进行适配，同时限制该适配的成本。具体来说，当使成型工具适应特定纤维预制件时，仅需要改变成型模具功能元件，同时保持工具的主要部分，即，形成结构封壳的支撑件。根据本专利技术的成型工具的第一特征，将多孔消耗层(porousdepletionlayer)插入结构封壳的各支撑件的内表面和成型模具功能元件的第二面之间，所述第二面被保持为面对支撑件内表面。通过在气相到达纤维预制件之前消耗掉消耗层中的一部分气相前体气体来减少沉积在纤维预制件表面上的基质量，从而避免预制件表面处的孔被快速堵塞并使孔阵列保留更长的时间，使得气相能够流到预制件的芯部。因此，由此获得在整个预制件厚度上更均匀的基质沉积物，并且预制件内的沉积梯度受到限制。特别是，多孔消耗层可以选自以下织构之一：碳垫、二维碳织物、碳毡。根据本专利技术成型工具的第二特性，支撑件和成型模具元件由选自以下材料的至少一种材料制成：石墨、碳/碳(C/C)复合材料和陶瓷基质复合材料(CMC)。本专利技术还提供一种用于放置在用于通过化学气相渗透进行致密化的装置中的装料(charge)，所述装料包括保持在本专利技术成型工具中的纤维预制件。如上所述，用本专利技术的成型工具制成的这种装料不仅用于用更均匀的基质或中间相沉积物使预制件固结或致密化，而且还用于避免在预制件的表面形成局部的额外厚度或“泡”。根据本专利技术的装料的具体方面，纤维预制件是用于航空发动机部件的预制件。本专利技术还提供了一种组件，该组件包括用于通过化学气相渗透使纤维预制件致密化的装置，所述装置包括反应室、位于反应室的第一端并通向预热区的反应物气体进料管以及位于第二端附近的排出管；并且还包括位于装置反应室中的至少一种本专利技术装料。本专利技术还提供了一种制造复合材料部件的方法，所述方法包括：-将纤维预制件置于本专利技术的成型工具中；-通过化学气相渗透用基质使得纤维预制件固结；以及-使得固结的纤维预制件致密化。附图说明本专利技术的其它特点和优势通过下文关于本专利技术具体实施方式的描述并参照附图而显见，所述具体实施方式以非限制示例的形式给出，附图中：-图1是显示在本专利技术一实施方式中成型工具如何组装并填装纤维预制件的分解图；-图2是图1工具一旦组装后从上方看到的视图；-图3是参照III时图2工具的截面视图；-图4是参照IV时图2工具的截面视图；-图5显示出成型器模块元件的变体实施方式；以及-图6是用于用于通过化学气相渗透进行致密化的装置的示意性透视图，该装置包括由图1的工具和纤维预制件构成的装料。具体实施方式本专利技术应用于用复合材料制造部件，特别是用热结构复合材料制造部件。更具体地，本专利技术发现在通过化学气相渗透使纤维预制件固结和/或致密化的步骤中有益的应用。图1显示根据本专利技术实施方式的装料的制备，包括：将纤维预制件10安装在成型工具100中。一旦制成，将装料插入工业化学气相渗透装置的反应室。在当前所述的示例中，工具100用于接收板形式的纤维预制件，其特别用于特征化复合材料。本专利技术的成型工具可以用于接收纤维预制件和使之成型，以制造各种形状的部件，例如，用于航空发动机的叶片或可移动喷嘴襟翼(nozzleflap)。纤维预制件10对应于“干燥”的纤维织构，即，没有用树脂等浸渍。纤维织构可以由多种类型的纤维制成，特别是由陶瓷纤维(例如，碳化硅纤维)或碳纤维制成。所用的纤维织构可具有多种类型和形状，具体例如为如下：-·二维(2D)织物；-·三维(3D)织物，其通过3D织法或多层织法获得，具体见述于文件WO2010/061140，其内容通过引用纳入本文；-编织束；-针织物；-毡；和-·纱线或丝束的单向(UD)片材，或通过以不同方向重叠多个单向(UD)片材并将UD片材结合在一起(例如，通过缝合、通过化学粘结剂或通过针织)而获得的多向(nD)片材。还可以采用由织物、编织束、针织物、毡、片材、丝束等的多个重叠层制成的纤维织构，其中多层通过以下方式结合在一起：例如缝合，植入纱线或刚性元件，或针刺。成型工具100包括在该示例中通过第一支撑件140本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于纤维预制件的化学气相渗透的成型工具(100)，所述工具包括至少由第一支撑件(140)和第二支撑件(170)形成的结构封壳，所述第一支撑件(140)具有第一多穿孔区(141)，并且所述第二支撑件具有第二多穿孔区(171)，所述第一支撑件和第二支撑件保持彼此相对，该工具的特征在于，第一支撑件(140)在其内表面(140a)上包括第一外露区(143)，所述第一外露区(143)包括第一多穿孔区(141)，第二支撑件在其内表面(170a)中包括第二外露区(173)，所述第二外露区(173)包括第二多穿孔区(172)，并且成型工具(100)还至少包括在第一和第二支撑件(140、170)的第一和第二外露区(143、173)中分别存在的第一和第二成型模具功能元件(120、150)，各成型模具功能元件具有第一面(120a；150a)和第二面(120b；150b)，所述第一面(120a；150a)具有对应于待制造部件形状的确定形状，所述第二面(120b；150b)保持面对支撑件的内表面，各成型模具功能元件具有多个穿孔(121；151)并且具有与存在于所面对的支撑件中的穿孔数量、穿孔尺寸或穿孔形状不同的至少一种穿孔数量、穿孔尺寸或穿孔形状。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.07 FR 16620401.一种用于纤维预制件的化学气相渗透的成型工具(100)，所述工具包括至少由第一支撑件(140)和第二支撑件(170)形成的结构封壳，所述第一支撑件(140)具有第一多穿孔区(141)，并且所述第二支撑件具有第二多穿孔区(171)，所述第一支撑件和第二支撑件保持彼此相对，该工具的特征在于，第一支撑件(140)在其内表面(140a)上包括第一外露区(143)，所述第一外露区(143)包括第一多穿孔区(141)，第二支撑件在其内表面(170a)中包括第二外露区(173)，所述第二外露区(173)包括第二多穿孔区(172)，并且成型工具(100)还至少包括在第一和第二支撑件(140、170)的第一和第二外露区(143、173)中分别存在的第一和第二成型模具功能元件(120、150)，各成型模具功能元件具有第一面(120a；150a)和第二面(120b；150b)，所述第一面(120a；150a)具有对应于待制造部件形状的确定形状，所述第二面(120b；150b)保持面对支撑件的内表面，各成型模具功能元件具有多个穿孔(121；151)并且具有与存在于所面对的支撑件中的穿孔数量、穿孔尺寸或穿孔形状不同的至少一种穿孔数量、穿孔尺寸或穿孔形状。2.如权利要求1所述的工具，其中，将多孔消耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·泰鲍德，A·戴尔坎普，S·波特兰德，S·戈贾德，
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