用于烧结高温涂层的接触焦耳加热制造技术

本发明专利技术题为用于烧结高温涂层的接触焦耳加热。一种用于形成高温涂层的方法包括在陶瓷复合材料基底上形成预烧结陶瓷涂层。该预烧结陶瓷涂层包括多个陶瓷颗粒。该方法还包括通过使用焦耳加热将预烧结陶瓷涂层的至少一部分加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度来烧结预烧结陶瓷涂层的该部分。烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。(℃)。(℃)。

【技术实现步骤摘要】
用于烧结高温涂层的接触焦耳加热


[0001]本公开涉及复合材料的高温涂层和界面。

技术介绍

[0002]碳
‑
碳(C
‑
C)复合材料可被用于高温应用中。例如，航空航天工业采用C
‑
C复合材料部件作为商用和军用飞行器的摩擦材料，诸如制动器摩擦材料。在高温应用中，C
‑
C复合材料可能易受氧或层离的影响，这可能导致物理机械特性的恶化。

技术实现思路

[0003]本公开描述了用于陶瓷复合材料基底的高温涂层，该高温涂层进行保护以免受在高温下和将基底粘结在一起的陶瓷复合材料基底的高温界面处的氧化，以及用于使用焦耳加热制造其的技术。
[0004]在一个示例中，方法包括在陶瓷复合材料基底上形成预烧结陶瓷涂层。该预烧结陶瓷涂层包括多个陶瓷颗粒。该方法还包括通过使用焦耳加热将预烧结陶瓷涂层的至少一部分加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度来烧结预烧结陶瓷涂层的该部分。烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。
[0005]在另一个示例中，用于形成高温陶瓷涂层的系统包括封闭室和一个或多个接触元件。封闭室被构造成容纳制品并且在封闭室中维持惰性或真空气氛。制品包括在陶瓷复合材料基底上的预烧结陶瓷涂层，并且预烧结陶瓷涂层包括多个陶瓷颗粒。一个或多个接触元件被构造成接触制品的一部分，并且生成焦耳热以将预烧结陶瓷涂层的一部分加热到多个陶瓷颗粒的烧结温度以烧结预烧结陶瓷涂层的该部分。烧结温度大于约1000℃。
[0006]本公开的一个或多个示例的细节在以下附图和说明书中阐述。本公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
[0007]图1是示出包括根据本公开的技术形成的复合材料制动盘的示例性飞行器制动器组件的示意图，复合材料制动盘包括高温涂层。
[0008]图2是根据本公开的技术形成的包括高温涂层的示例性制品的示意性侧视图。
[0009]图3是根据本公开的技术形成的包括高温接合部的示例性制品的示意性侧视图。
[0010]图4A是示出根据本公开的技术的用于使用接触加热元件来形成高温涂层的示例性系统的概念侧视图。
[0011]图4B是示出根据本公开的技术的用于使用接触电元件来形成高温涂层的另一个示例性系统的概念侧视图。
[0012]图4C是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件来形成高温涂层的示例性技术的流程图。
[0013]图5A是示出根据本公开的技术的用于使用非接触辐射加热元件来形成高温涂层
的示例性系统的概念侧视图。
[0014]图5B是示出根据本公开的技术的图5A的示例性系统的概念侧视图。
[0015]图5C是示出根据本公开的技术的用于使用非接触辐射加热元件来形成高温涂层的示例性技术的流程图。
[0016]图6A是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和负载来形成高温涂层的示例性系统的概念图。
[0017]图6B是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和负载来形成高温涂层的示例性系统的概念图。
[0018]图6C是示出根据本公开的技术的用于使用接触元件和负载来形成高温涂层的示例性技术的流程图。
[0019]图7A是示出根据本公开的技术的用于形成高温接合部的示例性系统的概念图。
[0020]图7B是示出根据本公开的技术的用于形成高温接合部的示例性技术的流程图。
[0021]图8A是在碳化硅/碳化硅(SiC/SiC)复合材料基底上的预烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。
[0022]图8B是在SiC/SiC复合材料基底上的部分烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。
[0023]图8C是在SiC/SiC复合材料基底上的烧结高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。
[0024]图8D是在SiC/SiC复合材料基底上的熔融高温陶瓷涂层的横截面视图的显微照片。
[0025]图9是在SiC/SiC复合材料基底上的包括SiC纤维的烧结高温陶瓷界面的横截面视图的显微照片。
具体实施方式
[0026]本公开描述了用于高温(例如，大于1000摄氏度(℃))和/或超高温(例如，大于1500℃)应用的陶瓷复合材料制品的高温涂层和接合界面。陶瓷复合材料部件可以提供良好的机械特性，并且相对于其他材料(诸如金属合金)具有低质量密度。然而，在高温下，陶瓷复合材料部件可能易受氧化、环境侵蚀和物理机械特性降解的影响。
[0027]基于陶瓷的抗氧化剂涂层可以改善在航空航天应用中经历的高温下(诸如飞行器制动器(例如，高达1600℃的温度或甚至更高的温度))对氧化和/或环境侵蚀的抗性。为了形成这些抗氧化剂涂层，可将施加到高温基于陶瓷复合材料的基底的表面，诸如在浆料中，并且在高温下烧结陶瓷颗粒以使陶瓷颗粒在陶瓷颗粒的熔点下熔合。这种高温加热可加热涂层和基底两者，并且对于大部件，可能需要大型炉。
[0028]在一些示例中，制品包括陶瓷复合材料基底和基底上的高温涂层。为了在基底上形成高温涂层，可将包括陶瓷颗粒的混合物施加到基底的表面并且预处理以形成预烧结(例如，“绿色”或“棕色”)陶瓷涂层。为了烧结预烧结陶瓷涂层，可将陶瓷颗粒加热到烧结温度并且维持在烧结温度持续一段时间，直到陶瓷颗粒的陶瓷材料跨颗粒迁移以将陶瓷颗粒熔合在一起。用于使陶瓷材料移动的烧结温度可相对较高，并且如果维持在烧结温度持续长时间段，则涂层下面的基底可能被损坏。例如，用于烧结陶瓷涂层的基底和陶瓷涂层的整
体加热可在周围气氛达到烧结温度的同时使基底暴露于高温持续长时间段。在一些情况下，整体加热炉甚至可能甚至无法实现烧结超高温陶瓷材料所需的温度或无法容纳大陶瓷复合材料基底。
[0029]根据本公开的各种实施例，可使用快速、局部焦耳加热来烧结本文所述的高温涂层。焦耳加热可从流过一个或多个导体的电流中产生传导热或辐射热。与整体加热不同(其可通过将环境维持在整体温度而对涂层进行对流加热)，焦耳加热可定位至预烧结陶瓷涂层的一个或多个部分。这种局部加热可快速烧结相对较薄的陶瓷涂层，诸如在几秒或几分钟内，使得与整体加热方法相比，下面的基底可接收减小的热量。局部热量也可离散地并且在没有大加热环境的情况下施加，使得可使用相对少量的能量将大基底涂覆有高温烧结涂层。另外，此类局部加热可以能够实现非常高的温度(例如，高达2500℃)，该温度可能无法使用常规炉获得。
[0030]在一些情况下，可使用一个或多个接触加热元件来烧结本文所述的高温涂层。接触加热元件可接触预烧结陶瓷涂层的一部分并且在接触加热元件中生成焦耳热以传导加热预烧结陶瓷涂层的接触部分。接触加热元件可使用相对少量的能量来快速加热到烧结温度。因此，可仅将表面附近的下面基底的一小部分加热到烧结温度。
[0031]在一些情况下，可使用一个或多个接触电元件来烧结本文所述的高温涂层。接触电元件可直接或间接地(例如，通过涂层)接触下面的基底的一部分并且在下面基底中生成焦耳热以加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：在陶瓷复合材料基底上形成预烧结陶瓷涂层，其中所述预烧结陶瓷涂层包括多个陶瓷颗粒；以及通过使用焦耳加热将所述预烧结陶瓷涂层的至少一部分加热到所述多个陶瓷颗粒的烧结温度来烧结所述预烧结陶瓷涂层的所述部分，其中所述烧结温度大于约1000摄氏度(℃)。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：使所述预烧结陶瓷涂层的所述部分与一个或多个接触加热元件接触；以及为所述一个或多个接触加热元件供电以加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。3.根据权利要求2所述的方法，还包括在加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分时压缩所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。4.根据权利要求3所述的方法，其中压缩所述预烧结陶瓷涂层的所述部分包括使用辊来压缩所述预烧结陶瓷的所述部分，其中所述方法还包括推进所述辊以加热所述预烧结陶瓷涂层的另一个部分。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：使所述预烧结陶瓷涂层的所述部分与一个或多个接触电元件接触；以及将电流通过所述一个或多个接触电元件递送到所述基底以加热所述预烧结陶瓷涂层的所述部分。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个陶瓷颗粒包括碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷或稀土二硅酸盐陶瓷中的至少一者。7.一种用于形成高温陶瓷涂层的系统，包括：封闭室，所述封闭室被构造成：容纳制品，所述制品包括在陶瓷复合材料基底上...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈赫拉德，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：