[发明专利]包含铝掺杂氮化硼的中间相层的复合材料部件

说明书

本发明提供一种复合材料部件(1)，其包括由碳或陶瓷纱线(12)制成的纤维增强件和主要为陶瓷的基质(16)，该部件还包括覆盖纱线并存在于纱线和基质之间的第一中间相层(14)，所述第一中间相层是掺杂有铝的氮化硼层，并且铝的原子含量在5％至15％的范围内。

发明背景

本发明涉及一种复合材料部件，其具有主要为陶瓷的基质(陶瓷基质复合(CMC)部件)，该部件包括插入在纤维增强件和主要为陶瓷的基质相之间的铝掺杂氮化硼中间相层。

本发明的应用领域是制造复合材料，该复合材料可用于制造在涡轮发动机(特别是航空涡轮发动机)的热部分中使用的结构部件，例如涡轮机的部件，后体的部件或辅助喷嘴的部件。

已知CMC部件包括由碳化硅(SiC)纤维制成的纤维增强件，存在于纱线上的氮化硼(BN)中间相涂层，以及主要为陶瓷的基质。

制造这种CMC材料部件可以包括第一步骤，在该第一步骤期间，通过三维编织SiC纱线获得形状接近待制造部件的形状的纤维预制件。

在第二步骤中，可以通过化学气相渗透(CVI)在SiC纱线上形成BN中间相涂层。在该步骤期间，通过工具或成形器将预制件保持在期望的形状。BN中间相可以由反应气相在SiC纱线上通过CVI形成，所述反应气相包含三氯化硼BCl₃、氨NH₃和二氢(dihydrogen)H₂。举例来说，CVI过程可以在相对低的温度(例如大约700℃)和在相对低的压力(例如约1.3千帕斯卡(kPa))下进行，特别是为了获得在纱线和中间相之间提供相对强的结合的BN中间相。这种强结合使得可以利用SiC纱线的弹性变形能力，以获得具有高弹性变形极限因此不太可能在负载下破裂的CMC材料。BN中间相通过使朝向纤维进行传播的裂缝被偏转而充当机械保险丝，从而增加材料的寿命。

在第三步骤中，主要是陶瓷的基质在纤维预制件的残余孔中形成，所述纤维预制件包括由BN中间相涂覆的纱线，从而获得CMC材料部件。

CMC材料不可避免地经受开裂，即使它不显著影响材料的机械性能，仍然可以使周围的气体进入材料的芯部。制造材料时可能存在裂纹或微裂纹，或者可能在使用时出现裂纹或微裂纹。遗憾的是，这种材料更特别地用于在高温下在氧化气氛(空气)中的应用，特别是在航空和航天领域。

为了保证良好的寿命，因此，期望形成防止周围气氛对纤维增强件或中间相产生腐蚀作用的屏障，这是因为否则该材料的机械性质会降低。氮化硼氧化形成液体氧化物B₂O₃，其作为对氧的扩散屏障。尽管如此，在存在水分的情况下，液体B₂O₃氧化物在高温下以挥发性氢氧化物H_xB_yO_z的形式蒸发。这种蒸发导致氮化硼层的氧化和腐蚀消耗。这会导致材料的机械性能降低。

本发明试图提出一种解决方案，用于提高CMC部件在高温下耐受氧化和腐蚀的能力。

发明目的和概述

为此，在第一方面，本发明提供一种复合材料部件，其包含由碳或陶瓷纱线制成的纤维增强件和主要为陶瓷的基质，该部件还包括覆盖纱线并存在于纱线和基质之间的第一中间相层，所述第一中间相层是掺杂有铝的氮化硼层，并且铝的原子含量在5％至15％的范围内。

下面，术语“B(Al)N中间相层”或“第一中间相层”用于表示上述由掺杂铝的氮化硼制成的第一中间相层。