具有单峰孔径分布和低纤维体积分数的陶瓷基质复合物制造技术

本发明专利技术公开了陶瓷基质复合物制品（10），包括例如在具有单峰孔径分布的基质（30）中的纤维丝束（20）的多个单向阵列，以及约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。制品可通过方法（100）形成，例如，其包括提供成形预制件（110），该成形预制件包括纤维丝束的单向阵列的预浸料带叠层、基质前体和成孔剂，固化成形预制件（120）以热解基质前体并烧尽成孔剂，使得成形预制件包括纤维丝束的单向阵列和具有单峰孔径分布的多孔基质，并且使固化的成形预制件经历化学气相渗透（130）以使多孔基质致密化，使得陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。百分比的纤维体积分数。百分比的纤维体积分数。

【技术实现步骤摘要】
具有单峰孔径分布和低纤维体积分数的陶瓷基质复合物
[0001]本申请是与母案专利技术名称相同的分案申请，母案的中国申请号是201710180235.7，申请日是2017年3月23日。


[0002]本公开内容一般涉及陶瓷基质复合物，并且更具体而言，涉及用于形成具有单峰孔径分布和最佳纤维体积分数的陶瓷基质复合物制品的制品和方法。

技术介绍

[0003]陶瓷基质复合物(CMCs)一般包括嵌入陶瓷基质材料中的陶瓷纤维增强材料。在基质破裂的情况下，增强材料充当CMC的负载承受组成成分，而陶瓷基质保护增强材料，维持其纤维的方向，并且作用于消散对增强材料的负载。高温应用（例如，在燃气涡轮机中）特别感兴趣的是硅基复合物（silicon
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based composites），其包括碳化硅(SiC)作为基质和/或增强材料。
[0004]在形成CMC中已采用了不同的加工方法。例如，一种方法包括化学气相渗透(CVI)。CVI是通过在高温下使用反应性气体使基质材料渗透到纤维预制件中以形成纤维增强复合物的过程。例如，由CVI形成的常规的基于布的CMC通常具有10百分比至20百分比的孔隙率、35百分比至40百分比的纤维体积分数、以及1 ksi至3 ksi的层间拉伸(ILT)强度，如通过标准的1英寸直径按钮拉力测试测量的。CVI复合物基质通常不具有游离硅相，并且因此具有良好的抗蠕变性和在2,570华氏度以上的温度下操作的可能性。
[0005]另一种方法包括熔体渗透(MI)，其使用熔融硅渗透到含纤维的预制件内。例如，由MI形成的常规单向带基CMC通常具有3百分比以下的孔隙率、20百分比至33百分比的纤维体积分数、以及5 ksi至9 ksi的层间拉伸(ILT)强度。MI复合物的基质包含将CMC的使用限制至硅或硅合金的熔点以下或约2,550华氏度至2,570华氏度的游离硅相（即元素硅或硅合金）。此外，游离硅相使MI SiC基质具有相对较差的抗蠕变性。
[0006]另一种方法采用部分CVI过程，随后为MI过程，并且一般被称为“浆料浇铸MI”。该方法通常获得通常为约6百分比的在MI复合物和CVI复合物之间的中间孔隙率、35百分比至40百分比的纤维体积分数、2 ksi至4 ksi的层间拉伸(ILT)强度，并且还含有在复合物基质内残余的游离硅相。

技术实现思路

[0007]通过在一个实施例中提供用于形成陶瓷基质复合物制品的方法，克服了现有技术的缺点并提供了另外的优点。该方法包括例如提供成形预制件，该成形预制件包括纤维丝束的单向阵列的预浸料带叠层、基质前体和成孔剂，使成形预制件固化以热解基质前体并烧尽成孔剂，使得成形预制件包括纤维丝束的单向阵列和具有单峰孔径分布的多孔基质骨架，并且使固化的成形预制件经历化学气相渗透以使多孔基质骨架致密化，使得陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。
[0008]在另一个实施例中，用于形成陶瓷基质复合物制品的方法包括例如提供成形预制件，所述成形预制件包括纤维丝束的单向阵列的预浸料带叠层、用于形成陶瓷基质的基质前体、颗粒填料和成孔剂，使成形预制件固化以热解基质前体并烧尽成孔剂，使得成形预制件包括纤维丝束的单向阵列和具有单峰孔径分布的多孔陶瓷基质骨架，所述单峰孔径分布具有约1微米至约30微米的中值孔径，和使固化的成形预制件经历使用气态陶瓷的化学气相渗透、部分化学气相渗透和熔体渗透，或部分化学气相渗透、浆料浇铸和熔体渗透，以使多孔陶瓷基质骨架致密化，使得陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。
[0009]在另一个实施例中，陶瓷基质复合物制品包括例如在具有单峰孔径分布的基质中的纤维丝束的多个单向阵列，并且其中所述陶瓷基质复合物制品包含约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。
[0010]技术方案1：一种用于形成陶瓷基质复合物制品的方法，该方法包括：提供成形预制件，该成形预制件包括纤维丝束的单向阵列的预浸料带叠层、基质前体和成孔剂；固化成形预制件以热解基质前体并烧尽成孔剂，使得成形预制件包括纤维丝束的单向阵列和具有单峰孔径分布的多孔基质骨架；和使固化的成形预制件经历化学气相渗透以使多孔基质骨架致密化，使得该陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。
[0011]技术方案2：根据技术方案1所述的方法，该陶瓷基质复合物制品具有约15百分比至约30百分比的纤维体积分数。
[0012]技术方案3：根据技术方案1所述的方法，该多孔基质骨架包含均匀的空间孔隙率分布。
[0013]技术方案4：根据技术方案1所述的方法，该多孔基质骨架包含陶瓷。
[0014]技术方案5：根据技术方案4所述的方法，该多孔基质骨架包含碳化硅。
[0015]技术方案6：根据技术方案4所述的方法，该多孔基质骨架包含来源于基质前体的热解的陶瓷。
[0016]技术方案7：根据技术方案1所述的方法，该基质前体是基于聚碳硅烷和/或聚硅氮烷的化学。
[0017]技术方案8：根据技术方案1所述的方法，经历包括使固化的成形预制件经历沉积碳化硅的气态混合物。
[0018]技术方案9：根据技术方案5所述的方法，使固化的成形预制件经历化学气相渗透包括使固化的成形预制件经历沉积碳化硅的气态混合物。
[0019]技术方案10：根据技术方案1所述的方法，该陶瓷基质复合物制品包含超过约6 ksi的层间拉伸强度。
[0020]技术方案11：根据技术方案1所述的方法，该固化预制件的单峰孔径分布的中值为约1微米至约30微米。
[0021]技术方案12：根据技术方案1所述的方法，该固化预制件的单峰孔径分布的中值为约1微米至约20微米。
[0022]技术方案13：根据技术方案1所述的方法，化学气相渗透包括部分化学气相渗透，
并且还包括使部分化学气相渗透致密化陶瓷基质复合物制品经历熔体渗透。
[0023]技术方案14：根据技术方案13所述的方法，熔体渗透包括硅、硅合金或氧化物。
[0024]技术方案15：根据技术方案13所述的方法，在陶瓷基质复合物制品经历熔体渗透之后，该陶瓷基质复合物制品包含小于约5百分比的孔隙率。
[0025]技术方案16：根据技术方案1所述的方法，化学气相渗透包括部分化学气相渗透，并且还包括使部分化学气相渗透致密化陶瓷基质复合物制品经历浆料浇铸和熔体渗透。
[0026]技术方案17：根据技术方案16所述的方法，浆料浇铸包括包含碳化硅、碳化硼、一种或多种氧化物和/或其组合的浆料。
[0027]技术方案18：根据技术方案1所述的方法，该固化的成形预制件包含约35百分比至约65百分比的体积孔隙率。
[0028]技术方案19：根据技术方案1所述的方法，该陶瓷基质复合物制品包含约5百分比至约20百分比的体积孔隙率。
[0029]技术方案20：根据技术方案1所述的方法，该陶瓷基质复合物制品包括具有第一纤维体积百分比的至少一个第一部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基质复合物制品，所述陶瓷基质复合物制品包括：在具有单峰孔径分布的基质中的纤维丝束的多个单向阵列；和其中所述陶瓷基质复合物制品包含约15百分比至约35百分比的纤维体积分数。2.根据权利要求1所述的陶瓷基质复合物制品，其中所述陶瓷基质复合物制品包含约15百分比至约30百分比的纤维体积分数。3.根据权利要求1所述的陶瓷基质复合物制品，其中所述基质包含均匀的空间孔隙率分布。4. 根据权利要求1所述的陶瓷基质复合物制品，其中所述陶瓷基质复合物制品包含超过6 ksi的层间拉伸强度。5.根据权利要求1所述的陶瓷基质复合物制品，其中所述陶瓷基质复合物制品包含约5百分比至约20百分比的体积孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：GS科曼，JH维弗，KL卢思拉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：