[發明專利]陶瓷基復合材料制品及其形成方法

有效

• 申請號: 201811099999.4
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109534835B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: S·蘇布拉馬尼安;M·E·諾艾;J·D·斯蒂貝爾;J·D·夏皮羅;B·A·雷諾茲;K·C·蒙哥馬利;J·H·韋弗;D·G·鄧恩
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/622;C04B35/84;F01D9/02;F01D11/08;F01D5/28
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

本公開內容涉及陶瓷基復合材料制品及其形成方法。該陶瓷基復合材料制品包括化學氣相浸滲陶瓷基復合材料基部，該基部包括在具有0％至5％游離硅的陶瓷基體材料中的陶瓷纖維增強材料。所述陶瓷基復合材料制品還包括熔融浸滲陶瓷基復合材料覆蓋部分，該覆蓋部分包括在具有比基部更大百分比的游離硅的陶瓷基體材料中的陶瓷纖維增強材料。

技術領域

本公開總體上涉及陶瓷基復合材料(CMC)，更具體地，涉及陶瓷基復合材料制品和用于形成陶瓷基復合材料制品的方法。

背景技術

陶瓷基復合材料通常包括嵌入陶瓷基體材料中的陶瓷纖維增強材料。在基體開裂的情況下，增強材料充當CMC的承載成分，而陶瓷基體保護增強材料，保持其纖維的取向，并用于將載荷分散到增強材料。對諸如燃氣渦輪的高溫應用特別感興趣的是硅基復合材料，它包括碳化硅(SiC)作為基體和/或增強材料。

在形成CMC時采用了不同的處理方法。例如，一種方法包括熔融浸滲(MI)，其使用熔融硅浸滲到含纖維的預成型件中。通過預浸料MI形成的CMC通常是完全致密的，例如，殘余孔隙率通常為零或小于3體積％。這種非常低的孔隙率賦予復合材料理想的機械性質，例如高比例極限強度和層間拉伸和剪切強度、高熱導率和良好的抗氧化性。然而，MI復合材料的基體包含游離硅相(即元素硅或硅合金)，該游離硅相將系統的使用溫度限制到低于硅或硅合金的熔點，或者約2550華氏度至2570華氏度。此外，游離硅相導致MI SiC基體具有相對差的抗蠕變性。

形成CMC的另一種方法是化學氣相浸滲(CVI)。CVI是一種通過在高溫下使用反應氣體將基體材料浸滲到纖維預成型件中以形成纖維增強復合材料的工藝。通常，通過使反應物擴散到預成型件中并使副產物氣體從預成型件擴散出而引入的缺陷導致復合材料中在約10％和約15％之間的相對高的殘余孔隙率。特別地，通常在使用CVI形成CMC時，由CVI形成的復合材料的內部部分通常具有比復合材料的外部部分的孔隙率更高的孔隙率。相對于MI CMC，這種孔隙率的存在降低CVI CMC的面內和貫穿厚度的機械強度、導熱性和抗氧化性。然而，CVI復合材料基體通常不具有游離硅相，因此具有比MI基體更好的抗蠕變性，并且有可能在2570華氏度以上的溫度下操作。

然而，需要另一種陶瓷基復合材料(CMC)，更具體地，制品和用于形成陶瓷基復合材料制品的方法。

發明內容

本發明的方面和優點將部分地在下面的描述中提出，或者可以由該描述顯而易見，或者可以通過實施本發明來了解。

在本公開的一個示例性實施例中，提供了一種陶瓷基復合材料制品。陶瓷基復合材料制品包括化學氣相浸滲陶瓷基復合材料基部，該基部包括在具有0％到5％之間的游離硅的陶瓷基體材料中的陶瓷纖維增強材料。陶瓷基復合材料制品還包括熔融浸滲陶瓷基復合材料覆蓋部分，該覆蓋部分包括在具有比化學氣相浸滲陶瓷基復合材料基部更大百分比的游離硅的陶瓷基體材料中的陶瓷纖維增強材料。

在某些示例性實施例中，化學氣相浸滲陶瓷基復合材料基部具有基本上0％的游離硅。

在某些示例性實施例中，熔融浸滲陶瓷基復合材料覆蓋部分基本上完全圍繞化學氣相浸滲陶瓷基復合材料基部的至少一部分。

在某些示例性實施例中，制品被構造用于燃氣渦輪發動機中。

例如，在某些示例性實施例中，制品是噴嘴，其中熔融浸滲陶瓷基復合材料覆蓋部分包括形成噴嘴的徑向內帶的第一熔融浸滲陶瓷基復合材料覆蓋部分和形成噴嘴的徑向外帶的第二熔融浸滲陶瓷基復合材料覆蓋部分，并且其中化學氣相浸滲陶瓷基復合材料基部形成噴嘴的翼型件區段。

例如，在某些示例性實施例中，制品是護罩，其中當安裝在燃氣渦輪發動機中時，化學氣相浸滲陶瓷基復合材料基部暴露于由燃氣渦輪發動機限定的核心空氣流動路徑。