[发明专利]用于制造含有陶瓷基质的复合部件的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造复合材料部件的方法，所述复合材料部件包括由陶瓷基质致密的颗粒增强体，所述方法包括以下步骤：通过将包含粘合剂、用于形成所述部件的颗粒增强物的第一陶瓷或碳颗粒以及不同于所述第一颗粒的第二陶瓷或碳颗粒的混合物成形来形成要制造的部件的毛坯；去除或热解所述毛坯中存在的粘合剂以获得所述部件的多孔预制件；以及通过包含金属的熔融组合物渗透所述预制件的孔隙，以获得所述部件。

发明背景

本发明涉及制造由陶瓷基复合材料制成的部件的方法的一般领域。

陶瓷基复合材料(CMC)以其良好的机械性能而著称，使其适合用作结构元件并在高温下保持这些性能，是替代传统金属部件的可行选择。与金属同类产品相比，它们的质量降低，使其成为航空领域应对提高效率和减少发动机污染排放问题的理想选择。

CMC部件可以包括机织织物形式的通常连续的纤维增强体，该纤维增强体由陶瓷基质致密化。因此，纤维增强体包括通常连续长纤维，其取向可以在使用过程中适应部件的主要应力方向。形成纤维增强体的预制件必须使用合适的织机从连续纤维编织到部件的尺寸(例如，通过二维或三维编织)。编织步骤是一个漫长而昂贵的过程，这不是制造小部件的最佳方法。

因此，需要一种易于实施且成本较低的制造小部件的陶瓷基复合材料部件的制造方法。

发明内容

因此，本发明的主要目的是通过提出一种制造复合材料部件的方法来弥补这些缺点，所述复合材料部件包括由陶瓷基质致密的颗粒增强体，所述方法包括以下步骤：

通过将包含粘合剂、用于形成所述部件的颗粒增强体的第一陶瓷或碳颗粒以及不同于第一颗粒的第二陶瓷或碳颗粒的混合物成形来形成要制造的部件的毛坯，

去除或热解所述毛坯中存在的粘合剂以获得所述部件的多孔预制件，以及

通过包含金属的熔融组合物渗透所述预制件的孔隙，以获得所述部件。

因此，根据本发明的方法使得可以通过熔体渗透法生产CMC部件而无需编织纤维增强体。由于使填充有第一颗粒和第二颗粒的混合物成形并且然后通过去除或热解粘合剂而获得多孔预制件的步骤，根据本发明的方法使得可以省去编织纤维增强体的步骤。这对于制造不受高热机械应力影响的小部件特别有利，这意味着可以节省制造时间和成本。也可以从本发明的方法中获得具有复杂形状和所需尺寸的部件，而无需额外的机械加工。

粘合剂和颗粒之间的混合物可以均匀且紧密。

在一示例性实施方式中，熔融组合物可包括金属间化合物。在一个示例性实施方式中，熔融组合物可包括硅。

熔融组合物可以由纯熔融硅组成，或者可替代地为硅与一种或多种其他成分的熔融合金的形式。熔融组合物可以主要包括硅，即，具有按质量计50％以上的硅含量。熔融组合物可以例如具有按质量计大于或等于75％的硅含量。硅合金中存在的成分可以选自B、Al、Mo、Ti及其混合物。特别地，熔融组合物可以包括二硅化钼(MoSi 2)。在渗透过程中，熔融组合物与多孔预制件中存在的碳(例如，热解残留物)之间可能发生化学反应，从而形成碳化硅(反应熔体渗透过程)。

在一个示例性实施方式中，可以加热混合物以使粘合剂流化并促进成形步骤以形成毛坯。混合物也可以在成形之前经受真空以去除混合物中存在的任何气泡。毛坯的尺寸可以大于或等于最终部件的尺寸，以便在去除或热解粘合剂后在毛坯内部留下多孔网络。粘合剂的去除或热解步骤(也称为“脱粘”)优选可以在惰性气体，例如氩气下进行，以避免毛坯的氧化，氧化会降低毛坯在最终部件的不同加工步骤之间的机械强度。在下文中，当提到“粘合剂去除”步骤时，总是被理解为是指“粘合剂去除或热解”步骤，其中热解包括去除粘合剂并留下残留物。

在示例性实施方式中，第一颗粒可以是短纤维。换句话说，第一颗粒可以具有大体上圆柱形的形状。