[發明專利]具有單峰孔徑分布和低纖維體積分數的陶瓷基質復合物

有效

• 申請號: 202110061423.4
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN112694341B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: G.S.科曼;J.H.維弗;K.L.盧思拉
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B38/06;C04B35/65;F01D5/28;F01D9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃希貴

本發明公開了陶瓷基質復合物制品（10），包括例如在具有單峰孔徑分布的基質（30）中的纖維絲束（20）的多個單向陣列，以及約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。制品可通過方法（100）形成，例如，其包括提供成形預制件（110），該成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、基質前體和成孔劑，固化成形預制件（120）以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔基質，并且使固化的成形預制件經歷化學氣相滲透（130）以使多孔基質致密化，使得陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。

本申請是與母案發明名稱相同的分案申請，母案的中國申請號是201710180235.7，申請日是2017年3月23日。

技術領域

本公開內容一般涉及陶瓷基質復合物，并且更具體而言，涉及用于形成具有單峰孔徑分布和最佳纖維體積分數的陶瓷基質復合物制品的制品和方法。

背景技術

陶瓷基質復合物(CMCs)一般包括嵌入陶瓷基質材料中的陶瓷纖維增強材料。在基質破裂的情況下，增強材料充當CMC的負載承受組成成分，而陶瓷基質保護增強材料，維持其纖維的方向，并且作用于消散對增強材料的負載。高溫應用（例如，在燃氣渦輪機中）特別感興趣的是硅基復合物（silicon-based composites），其包括碳化硅(SiC)作為基質和/或增強材料。

在形成CMC中已采用了不同的加工方法。例如，一種方法包括化學氣相滲透(CVI)。CVI是通過在高溫下使用反應性氣體使基質材料滲透到纖維預制件中以形成纖維增強復合物的過程。例如，由CVI形成的常規的基于布的CMC通常具有10百分比至20百分比的孔隙率、35百分比至40百分比的纖維體積分數、以及1 ksi至3 ksi的層間拉伸(ILT)強度，如通過標準的1英寸直徑按鈕拉力測試測量的。CVI復合物基質通常不具有游離硅相，并且因此具有良好的抗蠕變性和在2,570華氏度以上的溫度下操作的可能性。

另一種方法包括熔體滲透(MI)，其使用熔融硅滲透到含纖維的預制件內。例如，由MI形成的常規單向帶基CMC通常具有3百分比以下的孔隙率、20百分比至33百分比的纖維體積分數、以及5 ksi至9 ksi的層間拉伸(ILT)強度。MI復合物的基質包含將CMC的使用限制至硅或硅合金的熔點以下或約2,550華氏度至2,570華氏度的游離硅相（即元素硅或硅合金）。此外，游離硅相使MI SiC基質具有相對較差的抗蠕變性。

另一種方法采用部分CVI過程，隨后為MI過程，并且一般被稱為“漿料澆鑄MI”。該方法通常獲得通常為約6百分比的在MI復合物和CVI復合物之間的中間孔隙率、35百分比至40百分比的纖維體積分數、2 ksi至4 ksi的層間拉伸(ILT)強度，并且還含有在復合物基質內殘余的游離硅相。

發明內容

通過在一個實施例中提供用于形成陶瓷基質復合物制品的方法，克服了現有技術的缺點并提供了另外的優點。該方法包括例如提供成形預制件，該成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、基質前體和成孔劑，使成形預制件固化以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔基質骨架，并且使固化的成形預制件經歷化學氣相滲透以使多孔基質骨架致密化，使得陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。

在另一個實施例中，用于形成陶瓷基質復合物制品的方法包括例如提供成形預制件，所述成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、用于形成陶瓷基質的基質前體、顆粒填料和成孔劑，使成形預制件固化以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔陶瓷基質骨架，所述單峰孔徑分布具有約1微米至約30微米的中值孔徑，和使固化的成形預制件經歷使用氣態陶瓷的化學氣相滲透、部分化學氣相滲透和熔體滲透，或部分化學氣相滲透、漿料澆鑄和熔體滲透，以使多孔陶瓷基質骨架致密化，使得陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。