[发明专利]CMC材料部件

说明书

技术领域

本发明涉及由陶瓷基体复合(CMC)材料制成的部件。

背景技术

术语“CMC材料部件”在本文中用来指由包含纤维增强件的材料制成的部件，所述纤维增强件由碳或陶瓷纤维制成，其已被包含至少大部分的陶瓷的基体致密化。

CMC材料部件在各个应用中使用，特别是在航空和空间领域，它们被用于此是因为它们的热结构性质，即由于它们的机械强度而构成结构部件的能力(特别是远远大于固体陶瓷的弯曲度、牵引力，和抗冲击的能力)，以及它们保持该机械强度直至大大超过1000℃的高温的能力。

在CMC材料中，基体的开裂在实践中是不可避免的，通常从制造开始。

已提出建议在纤维和基体之间设置界面涂层，该涂层能够在基体和纤维之间有效地传递负载并且由能够使到达界面涂层的裂纹转向的材料制成，从而阻止在基体中传播的裂纹到达强化纤维和引起它们开裂，因为这会迅速降低CMC材料的机械性能。文献US 4 752 503和US 5 026 604公开了由热解碳(PyC)或氮化硼(BN)制备界面，其具有层状或由薄片组成的结构。由多孔材料制造裂纹-转向界面也是已知的。

尽管如此，在处于氧化气氛和处于高温的应用条件下，传播直至界面的裂纹提供接近氧的路径，然后PyC或BN界面可以氧化，实际上可以氧化下面的纤维(如果它们由碳制成)，因而降解CMC材料。

用于改进抗氧化的第一个已知的方法在于采用交替的纳米层裂纹-转向(déviatrice de fissures)材料(如PyC或BN)制备序列的界面(interphase séquencée)，且纳米层材料具有氧化保护功能，特别是如碳化硅(SiC)或Si-B-C三元体系的材料能够在氧存在下形成玻璃状的化合物，该化合物能够在CMC材料所暴露的高温下通过转化成浆态使裂纹愈合。关于SiC基体复合材料可以参考文献US 5 738 951，其描述了由脉冲的化学气相渗透(P-CVI)形成这类序列的界面，其中界面的基础层具有10纳米(nm)以下的厚度。

使用P-CVI形成序列的(PyC-SiC)_n类型的界面还描述于下列文献中：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页,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页。

在这两个文献中，描述的复合材料为具有单向增强的微型复合材料或微复合材料。

Takashi NOZAWA等人的文献: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页，也提及了具有单向纤维增强件的微型复合材料和SiC基体，以及(SiC-PyC)_n类型界面，由等温CVI方法制备的复合材料没有进一步的详细说明。

第二个已知方法在于在基体中引入一个或多个表面材料，该表面材料能够在基体上赋予自愈性从而阻止或减缓在基体内的裂纹的传播，其中这些相特别地由碳化硼B₄C或Si-B-C三元体系制成。可以参考文献US 5 965 266，其描述了由与B₄C相或Si-B-C相交替的SiC相制成的基体。