本发明专利技术涉及一种制造热结构复合材料部件的方法以及由此获得的部件。所述方法包含：使用化学气相渗透以在由耐火纤维组成的纤维结构的纤维（３０）上形成第一连续界面（３２），该界面具有不多于１００纳米的厚度；用包含碳或陶瓷前体树脂的固结组合物浸渍所述纤维结构；通过成形浸渍的纤维结构并使用热解以将所述树脂转化为碳或陶瓷的不连续固体残留物（３４）来形成固结的纤维预成型体；使用化学气相渗透以形成第二连续界面层（３６）；以及用耐火基体（３８）将所述预成型体致密化。该方法保持了纤维结构变形的能力，从而能够获得具有复杂形状的纤维预成型体，并同时仍然保证纤维和基体之间连续界面的存在。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制造由热结构复合材料制成的部件。本专利技术的应用领域为制造用于航空和航天领域的发动机或推力器组件的结构部件领域。
技术介绍
热结构复合材料由于其机械性能和在高温下保持这些机械性能的能力而显著。众所周知的热结构复合材料为包含由碳基体致密化的碳纤维增强件的碳/碳(c/c)复合材料，以及包含由陶瓷基体或由基本上为陶瓷的基体致密化的耐火纤维(碳或陶瓷纤维)组成的纤维增强件的陶瓷基体复合(CMC)材料。在CMC材料中，公知介于纤维增强件的纤维和基体之间的防脆(embrittlement-relief)界面的存在大大减少了材料对裂化的敏感度并增加了材料经受冲击的能力。所述界面由能够解除裂缝底部的应力(所述应力穿过基体传递至界面)，并由此能够避免或延迟裂缝穿过纤维的传递的材料组成。裂纹穿过纤维的这种传递导致纤维破裂，从而妨碍其使得CMC材料较不脆性。构成所述界面的材料可由例如通过化学气相渗透(CVl)沉积至纤维增强件的纤维上的热解碳(PyC)或氮化硼(BN)构成，特别如文献US 4 752 503所描述。另一适用于防脆界面的材料为掺硼碳(BC)。在C/C材料中，纤维增强件的纤维与碳基体之间的界面(所述界面为除了碳之外的材料)的存在也能特别用于改进氧化行为，例如若使用含硼界面，如BN或BC。此外，为了制造形状复杂的热结构复合材料部件，公知由制造纤维预成型体开始，所述纤维预成型体通过将纤维结构成形并通过固结(consolidation)使其保持在所需的形状而构成部件的纤维增强件。固4结包括利用固结基体相将纤维预成型体部分致密化，充分、且优选仅刚刚充分地进行所述部分致密化以保证能处理所述预成型体并同时保持其形状而无须支撑工具的协助。这使得固结的预成型体的致密化能够继续而无需工具，这特别有利，特别是当致密化通过在烘箱中的CVI继续时，否则工具将占据烘箱的可用体积的主要部分。所述纤维预成型体可通过CVI固结。然后所述预成型体在通过工具保持所需形状时被置于烘箱，在其中有可能接连形成涂布在纤维上的界面并通过部分致密化将它们固结。然而，这回到占据烘箱的可用空间的工具的上述缺点。此外，众所周知地，CVI法即使对于仅仅部分的致密化而言也是漫长的。因此通过液体技术进行固结是有利的，所述液体技术涉及从纤维结构成形纤维预成型体，所述纤维结构已用含有树脂的液体固结组合物浸渍，所述树脂为碳或陶瓷固结基体相的前体，随后将树脂通过热解转化为固体碳或陶瓷残留物。然而，为了实现防脆功能，显示足够厚度的界面涂层在纤维结构的纤维上的在先形成对纤维结构的变形能力具有有害的影响，且这能使得不可能将纤维预成型体成为所需形状，特别是当待制部件具有相对复杂的形状时。为了解决这个困难，文献US 5 486 379提出在纤维预成型体通过液体技术固结之后并在继续致密化之前放入界面。然而，由于固结相的存在，不可能保证界面将在纤维预成型体的纤维上连续形成，特别是当热解固结树脂的固体残留物牢固粘附于纤维时，正如例如热解在SiC纤维上的为碳化硅(SiC)前体的树脂的残留物所发生的那样。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够通过使用液体技术成形和固结纤维预成型体并同时确保连续界面存在于纤维和基体之间而制造形状复杂的热结构复合材料部件的方法。该目的通过包含如下连续步骤的方法实现 使用化学气相渗透以在由耐火纤维组成的纤维结构的纤维上形成第一连续界面层，所述第一界面层具有不多于100纳米的厚度； 通过将具有所述第一界面层并用包括碳或陶瓷前体树脂的固结组合物浸渍的纤维结构成形来形成固结的纤维预成型体； 通过热解将所述树脂转化为由碳或陶瓷颗粒形成的不连续固体残留物； 、 然后使用化学气相渗透以形成覆盖所述第一界面层和所述固体热解残留物颗粒的第二连续界面层；以及 然后用耐火基体将所述预成型体致密化。这保证了连续且足够的界面存在于纤维和基体之间，而同时确保 制造预成型体的纤维结构保持其变形的能力。优选地，所述第一界面层由选自热解碳、氮化硼或惨硼碳的材料 组成。相同的可应用于所述第二界面层，且第一和第二界面层的材料 不必需相同。在一个变体中，所述第二界面层可通过使例如PyC、 BN 或BC的防脆层与例如SiC的陶瓷层交替而顺序形成。连续界面的制造 特别描述于文献US 5 738 951中。有利地，所述第一界面层具有不多于50纳米的厚度。优选地，所述第一界面层具有至少10纳米的厚度。所述第二界面层的厚度优选不少于100纳米。在该方法的一个特别的实施方案中，通过热解将树脂转化为碳或 陶瓷的固体残留物的操作，以及形成第二界面层的操作在相同的烘箱 内连续进行。本专利技术也提供一种能由上述方法获得的热结构复合材料部件。 根据本专利技术，包含通过化学气相渗透获得的由耐火基体致密化的 耐火纤维的纤维增强件，并具有介于纤维增强件的纤维和基体之间的 界面的这种部件具有包含涂布纤维增强件的纤维并具有不多于100纳 米的厚度的第一连续界面层以及第二连续界面层的界面，所述第二界 面层覆盖第一界面层和由热解树脂得到的固体碳或陶瓷残留物的不连 续颗粒，所述颗粒介于第一和第二界面层之间。优选地，所述第一界面层由选自热解碳(PyC)、氮化硼(BN)， 或掺硼碳(BC)的材料组成。所述第二界面层也可由选自PyC、 BN 或BC的材料组成，两个界面层的材料不必需相同。在一个变体中，所 述第二界面可为通过在例如PyC、 BN或BC的防脆材料与例如SiC的 陶瓷材料交替的连续层制得的顺序界面。6所述第一界面层可具有不多于50纳米的厚度，且优选具有至少10 纳米的厚度，而所述第二界面层具有优选不小于100纳米的厚度。所述复合材料部件可特别为CMC材料部件，其中热解的固体残留 物颗粒和基体由陶瓷组成。附图说明本专利技术能通过阅读非限制性的表示并参照附图的如下描述更好地理解，其中图1显示本专利技术的方法的一个实施方案中的连续步骤；图2为显示界面和基体在根据本专利技术获得的复合材料部件中的纤维上的形成的高度图示；以及 -图3绘制了显示根据本专利技术和根据现有技术获得的复合材料的样品的伸长行为的曲线。所述方法的第一步(10)包括提供制造纤维预成型体的纤维结构， 该纤维结构适于制造具有给定形状的复合材料。所述纤维结构可具有 多种形式，如二维(2D)织物； 通过3D编织或多层编织获得的三维(3D)织物； 织带； 针织； 毛毡；禾B 一 纱或纤维束的单向(UD)片，或者通过在不同方向上重叠多个 UD片并例如通过缝合、通过化学粘结剂或通过针刺将所述UD片粘结 在一起而获得的多向(nD)片。也可能使用由多个重叠的织物、织带、针织、毛毡、片等的层组 成的纤维结构，所述层例如通过缝合、通过植入纱或刚性元件，或通 过针刺粘结在一起。构成纤维结构的纤维为耐火纤维，即由陶瓷组成的纤维，例如由 碳化硅(SiC)、碳纤维，或耐火氧化物的真正纤维(例如氧化铝(A1203))组成的纤维。在步骤12中，小厚度的第一界面层在纤维结构的纤维上形成。为了保持纤维结构的可变形性，选择所述第一界面层的厚度为不多于100 纳米(nm)，且优选不多于50nm。为了保持如下详述的第一界面层的 功能，其厚度优选不小于10nm。所述第一界面层的材料有利地选自热解碳(PyC)、氮化硼(BN)， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造热结构复合材料部件的方法，该方法包含如下连续步骤： .使用化学气相渗透以在由耐火纤维组成的纤维结构的纤维上形成第一连续界面层，所述第一界面层具有不多于１００纳米的厚度； .通过将所述纤维结构与所述第一界面层成形并用包括碳 或陶瓷前体树脂的固结组合物浸渍来形成固结的纤维预成型体； .通过热解将所述树脂转化为由碳或陶瓷颗粒形成的不连续固体残留物； .然后使用化学气相渗透以形成覆盖所述第一界面层和固体热解残留物颗粒的第二连续界面层；以及 .然后用 耐火基体将所述预成型体致密化。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：E菲利普，E布永，
申请(专利权)人：斯奈克玛动力部件公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]
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