[發明專利]CMC材料部件

有效

• 申請號: 201280061337.2
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN104053638A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: F·拉穆魯;S·貝特朗;S·雅克;C·盧謝
• 申請（專利權）人: 赫拉克勒斯公司;國家科學研究中心
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/565;C04B35/80;C04B35/628
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;周玉梅

技術領域

本發明涉及由陶瓷基體復合(CMC)材料制成的部件。

背景技術

術語“CMC材料部件”在本文中用來指由包含纖維增強件的材料制成的部件，所述纖維增強件由碳或陶瓷纖維制成，其已被包含至少大部分的陶瓷的基體致密化。

CMC材料部件在各個應用中使用，特別是在航空和空間領域，它們被用于此是因為它們的熱結構性質，即由于它們的機械強度而構成結構部件的能力(特別是遠遠大于固體陶瓷的彎曲度、牽引力，和抗沖擊的能力)，以及它們保持該機械強度直至大大超過1000℃的高溫的能力。

在CMC材料中，基體的開裂在實踐中是不可避免的，通常從制造開始。

已提出建議在纖維和基體之間設置界面涂層，該涂層能夠在基體和纖維之間有效地傳遞負載并且由能夠使到達界面涂層的裂紋轉向的材料制成，從而阻止在基體中傳播的裂紋到達強化纖維和引起它們開裂，因為這會迅速降低CMC材料的機械性能。文獻US?4?752?503和US?5?026?604公開了由熱解碳(PyC)或氮化硼(BN)制備界面，其具有層狀或由薄片組成的結構。由多孔材料制造裂紋-轉向界面也是已知的。

盡管如此，在處于氧化氣氛和處于高溫的應用條件下，傳播直至界面的裂紋提供接近氧的路徑，然后PyC或BN界面可以氧化，實際上可以氧化下面的纖維(如果它們由碳制成)，因而降解CMC材料。

用于改進抗氧化的第一個已知的方法在于采用交替的納米層裂紋-轉向(déviatrice?de?fissures)材料(如PyC或BN)制備序列的界面(interphase?séquencée)，且納米層材料具有氧化保護功能，特別是如碳化硅(SiC)或Si-B-C三元體系的材料能夠在氧存在下形成玻璃狀的化合物，該化合物能夠在CMC材料所暴露的高溫下通過轉化成漿態使裂紋愈合。關于SiC基體復合材料可以參考文獻US?5?738?951，其描述了由脈沖的化學氣相滲透(P-CVI)形成這類序列的界面，其中界面的基礎層具有10納米(nm)以下的厚度。

使用P-CVI形成序列的(PyC-SiC)_n類型的界面還描述于下列文獻中：Sébastien?BERTRAND等人:Influence?of?strong?fiber/coating?interfaces?on?the?mechanical?behavior?and?lifetime?of?Hi-Nicalon/(PyC-SiC)n/SiC?minicomposites,Journal?of?the?American?Ceramic?Society,Blackwell?Publishing,MALDEN,MA,US,第84卷,第4期,2011年4月1日(2001-04-01),第787-794頁,以及Roger?NASLAIN等人:Processing?of?ceramic?matrix?composites?by?pulsed-CVI?and?related?techniques,Key?Engineering?Materials,Trans?Tech?Publications?Ltd.,STAFA-ZURICH,CH,第159-160卷,1999年1月1日(1999-01-01),第359-365頁。

在這兩個文獻中，描述的復合材料為具有單向增強的微型復合材料或微復合材料。

Takashi?NOZAWA等人的文獻:Tensile,flexural,and?shear?properties?of?neutron?irradiated?SiC/SiC?composites?with?different?fiber-matrix?interfaces,STP/ASTM?International,ASTM?International,WEST?CONSHOHOCKEN,PA.,2001,US,第1475卷STP,2004年1月1日(2004-01-01),第392-404頁，也提及了具有單向纖維增強件的微型復合材料和SiC基體，以及(SiC-PyC)_n類型界面，由等溫CVI方法制備的復合材料沒有進一步的詳細說明。

第二個已知方法在于在基體中引入一個或多個表面材料，該表面材料能夠在基體上賦予自愈性從而阻止或減緩在基體內的裂紋的傳播，其中這些相特別地由碳化硼B₄C或Si-B-C三元體系制成。可以參考文獻US?5?965?266，其描述了由與B₄C相或Si-B-C相交替的SiC相制成的基體。