[发明专利]一种由自蔓延高温合成制造复合材料部件的方法

说明书

背景技术

本发明涉及制造由陶瓷基质复合材料制成的部件的方法，并且涉及可通过这种方法获得的部件。

众所周知，涂敷有热解碳(PyC)型中间相的基于SiC的纤维，该热解碳(PyC)型中间相通过自愈碳化基质被保护免于氧化，也实施机械载荷转移功能的。这些材料某些的弹性极限可相对很低，例如60兆帕(MPa)数量级。超出弹性极限，裂缝网可在基质中形成，其可导致中间相和纤维的氧化。基于通过氧化SiBC系统中的碳化相形成玻璃，这种材料的自愈特性使它们能够在受损时操作。然而，很难合成可在低温下被氧化的碳化相。因此，由于在结构增强件(由纤维和PyC中间相组成)的氧化速度和愈合玻璃的生产速度之间的不利折衷，一些这种材料在约450℃可具有缺点。这可限制这些材料的性能以及因此限制使用它们的应用范围。

也已知的是，通过实施熔体渗透方法制造陶瓷基质复合材料。这些方法依赖于合成具有高弹性极限和高导热系数的材料的原理。该材料可包括通过SiC类型的碳化相和/或Si₃N₄相涂敷的BN(或掺有硅的BN)中间相，这些相使用气体技术制成。通过将陶瓷和/或碳填料插入到纤维预制件内，然后用硅基的熔融合金浸渍获得该基质，该反应在1420℃的最低温度下发生。这种方法可需要使用在高温下稳定的纤维，例如由日本供应商NGS以商标名“Hi-Nicalon S”供应的这些。更准确地，在熔体渗透方法和反应熔体渗透方法之间作出区分，在熔体渗透方法中所插入的填料仅是SiC，在反应熔体渗透方法中插入有包括碳的填料的混合物，从而由于以下反应导致与硅合金一起的反应浸渍：

Si+C→SiC

除了能产生B₂O₃玻璃的BN中间相之外，通过熔体渗透获得的材料可具有一种在不足以在裂化域(cracked domain)中操作的数量中的自愈系统。此外，这种材料对于在相对长的持续时间上受到复杂组合压力的部件也可具有在非裂化域中的操作极限。此外，可在直到约800℃的范围内确保由BN中间相施加的抗氧化保护，由于BN的氧化速率在该温度范围中仍很低。在该温度以上，BN到B₂O₃的氧化可开始变得很明显，这导致材料寿命的相当大的下降。

此外，通过熔体渗透获得的材料也可对湿蚀(wet corrosion)现象很敏感。

此外，通过实施熔体渗透方法或反应熔体渗透方法制造的材料可受到基质中存在的残余游离硅的限制。这可导致将所讨论部件的利用温度限制到约1300℃。

也已知的是通过化学蒸气渗透(CVI)制成陶瓷基质。这种方法可具有相对漫长并且实施很昂贵的缺点。同样，通过浸渍和热解聚合物的循环以形成致密化纤维结构的基质的致密化方法可能需要实施多个浸渍和热解循环，以获得令人满意的孔隙度。实施多个循环增加了实施该方法的持续时间和成本。

因此需要具有可用于制造快速和廉价地实施的复合材料部件的方法，特别地，其中限制了对用于形成基质的化学蒸气渗透方法的任何依赖。

也需要获得一种陶瓷基质复合材料，其中，所述基质具有低含量的残余游离硅，这种材料的利用温度从而不被限制到1300℃。

也需要获得一种抗氧化和抗腐蚀的陶瓷基质复合材料，其与具有基于SiC和基于Si基质的复合材料相比更好。

也需要具有可用于制造与使用PyC和BN中间相以及与所有类型增强纤维兼容的复合材料部件的方法。

发明目的和内容

为此，在第一方面，本发明提供了一种制造由陶瓷基质复合材料制成的部件的方法，所述方法包括以下步骤：

a)通过在纤维结构的孔隙中形成陶瓷基质制造所述部件，所述陶瓷基质通过自蔓延高温合成由存在于所述纤维结构的孔隙中的粉末组合物形成。

在本发明的上下文中实施的自蔓延高温合成方法的缩写SHS也是已知的。

据发明人所知，这种方法从未用于制造具有纤维结构的陶瓷基质复合材料。在该方法中，所实施的反应放热足够用于其自保持，从而存在沿纤维结构的反应前沿的自我蔓延。这种方法由沿纤维结构的高温度波的自保持蔓延所表征。

实施自蔓延高温合成方法有利地可以获得相对纯净、具有特别短的反应时间的材料。本发明的方法可以相对简单、便宜且快速的方式制备陶瓷基质复合材料。特别地，与通过浸渍和热解聚合物的循环的致密化方法相比，自蔓延高温合成方法能够有利地可以通过基质在单一步骤中获得致密化，而通过浸渍和热解聚合物的循环的致密化可能需要实施多个浸渍和热解循环，以获得令人满意的孔隙。