[发明专利]对由多孔复合材料制造的部件进行局部处理的方法

说明书

背景技术

已知热结构复合材料具有良好的机械性质以及它们能够在高温下保有这些性质的能力。它们包括碳/碳(C/C)复合材料(其是由通过碳基质致密化的碳纤维加固物构成的)以及陶瓷基质复合(CMC)材料(其是由耐火(碳或陶瓷)纤维制得的加固物形成的，所述耐火(碳或陶瓷)纤维被基质致密化，所述基质至少部分是陶瓷)。CMC材料的例子是C/SiC复合物(碳纤维加固物和碳化硅基质)，C/C-SiC复合物(碳纤维加固物和基质，所述基质包含碳相(通常更靠近纤维)和碳化硅相)，以及SiC/SiC复合物(由碳化硅制造的增强纤维和基质)。可以在增强纤维和基质之间插入中间相层，从而改善材料的机械强度。

获得热结构复合材料部件的常用方法是采用液体技术的方法和采用气体技术的方法。

液体技术方法由如下构成：制造纤维预成形件，所述纤维预成形件基本上是待制造的部件的形状，并且所述纤维预成形件是用于构成复合材料的加固物，以及用含用于基质材料的前体的液体组合物浸渍预成形件。前体通常是聚合物(例如树脂)的形式，可能地稀释于溶剂中。在消除溶剂(如果存在的话)，并使得聚合物固化之后，通过热处理将前体转变成耐火相。可以进行多个连续的浸渍循环，从而实现所需的致密化程度。例如，用于碳的液体前体可以是具有较高焦炭含量的树脂，例如酚类树脂，而用于陶瓷(特别是SiC)的液体前体可以是多碳硅烷(PCS)或者多钛碳硅烷(PTCS)或者多硅氮烷(PSZ)类型的树脂。

气体技术方法由化学气相渗透(CVI)构成。将对应于待制造的部件的纤维预成形件置于烘箱中，向所述烘箱引入反应气体。对烘箱中存在的压力和温度以及气体的组成进行选择，从而实现气体扩散进入预成形件的孔中，从而通过沉积固体材料与纤维接触来形成基质，所述材料是由气体分解的组分得到的或者是由多个组分之间的反应得到的。例如，用于碳的气体前体可以是通过裂解给出碳的烃类(例如甲烷)，或者用于陶瓷(特别是SiC)的气体前体，该前体可以是甲基三氯硅烷(MTS)，其通过(在可能存在氢的情况下)MTS的分解给出SiC。

还存在同时使用液体技术和气体技术的结合方法。

由于它们的性质，此类热结构复合材料用于各种领域的应用，目的是制造经受高水平热机械应用的部件，例如，用于航空、航天或者核领域。

但是，无论使用何种致密化方法，由热结构复合材料制造的部件总是存在开放的(即与部件外部连通的)内部孔隙度。该孔隙度来自于不可避免的纤维预成形件的致密化的不完整特性。这导致存在相互连通的或大或小尺度的孔。

尽管存在这些孔，但是此类部件通常具有非常令人满意的机械强度。但是，在某些情况下，复合材料制造的部件可能局部地经受非常大的机械应力，发生于例如航空发动机叶片的根部，其中，对于叶片所经受的破碎和压缩力是集中的。

以这种方式承受应力化的部件的部分中存在的孔会使得部件的机械强度局部弱化。因此，需要对热结构复合材料部件进行局部增强。

这同样适用于由热结构复合材料制造的部件的如下部分，其中此类部分构成了与其他部件(特别是由金属制造的部件)进行固定或摩擦的部分，因此经受了大于部件的余下部分的机械作用力。

发明目的和概述

本发明的一个目的是通过一种解决方案，实现对多孔复合材料部件进行局部增强。

该目的是通过对由复合材料制造的部件的一部分进行局部处理实现的，所述复合材料包含被基质致密化的纤维加固物，所述材料存在内孔，所述方法包括如下步骤：

确定渗透组合物的量与待处理的所述部件的部分的体积的关系，所述渗透组合物至少包含硅；

使得确定量的渗透组合物与待处理的所述部件的部分的表面中开放的孔接触；以及

在大于或等于渗透组合物的熔化温度的温度施加热处理，从而用处理组合物浸渍所述部分并对所述部分中存在的孔进行填充。

因此，通过本发明的方法，可以仅对部件需要增强的一个或多个部分进行处理。因此，可以对部件在确定的部分中进行增强，相比于部件的余下部分，所述确定的部分经受大的机械应力。渗透组合物通过毛细管作用仅仅渗透进入目标部分并且不会超过目标部分，因为确定了所使用的渗透组合物的量与待渗透的部分的体积的关系。因此，相比于通过熔融或浆料浇铸类型的方法对部件的所有材料进行渗透，这限制了部件的重量的增加。

在本发明的方法的第一个方面，渗透组合物包含硅或者其合金中的一种，例如，具体是SiTi、SiMo或者SiNB。