熔体渗透的陶瓷基复合材料(CMC)制品的致密化制造技术

各种实施方案包括用于使熔体渗透的陶瓷基复合材料(CMC)制品致密化的方法，以及由此形成的致密化熔体渗透的CMC制品。具体实施方案包括一种方法，该方法包括：在浇铸装置的第一区域内提供多孔CMC预成型件；在浇铸装置的第二区域的压头区域内提供熔融致密剂，第一区域和第二区域可操作地连接，并且熔融致密剂包括至少一个硅源；以及向压头内的熔融致密剂施加第一压力，从而用熔融致密剂渗透多孔CMC预成型件内的空隙并形成致密化熔体渗透的CMC制品。另选地，在熔体渗透期间施加两种不同的压力以增加致密化。力以增加致密化。力以增加致密化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】熔体渗透的陶瓷基复合材料(CMC)制品的致密化


[0001]本公开整体涉及陶瓷基复合材料(CMC)制品的致密化，并且更具体地涉及气体涡轮引擎的熔体渗透的CMC部件的致密化。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料(CMC)制品由于例如其耐热性、高温强度和化学稳定性而通常被认为非常适用于涡轮引擎的结构部件。然而，涡轮引擎中的CMC制品可能遭受由于过应力、损坏(例如，断裂)、不适当成形等而引起的损坏。解决CMC制品的易损坏性质的一种技术是致密化。然而，由于致密剂的渗透(例如，硅的渗透)可能出现无数缺陷，因此用于使熔体渗透的CMC致密化的常规技术的成功是有限的。硅渗透中的此类缺陷可能导致例如致密化过程期间的阻塞、裂纹和/或材料渗透减少的区域，并且因此导致所得致密化CMC制品内的弱点。常规致密化CMC制品的这些缺点往往随着CMC制品越厚而加剧。
[0003]用于浇铸部件(例如，金属浇铸)的常规技术包括注塑成型、高压压铸和低压压铸。注塑成型可以介于30毫米/秒至200毫米/秒(mm/s)之间的速度和300巴至800巴的注射压力下注射材料以形成部件。高压压铸可以高于200mm/s的速度和1000巴或更大的注射压力下注射金属材料(例如，铝(A1)合金)以形成部件。低压压铸使用较低的操作参数进行，例如，注射速度10mm/s，注射压力5巴至10巴。然而，这些用于浇铸的常规技术都没有被用于对CMC制品执行致密化过程，因为用于执行这些技术的操作参数可能增加在执行致密化过程时对CMC制品造成损坏的可能性和/或可导致对CMC制品的损坏。

技术实现思路

[0004]公开了用于使熔体渗透的陶瓷基复合材料(CMC)制品致密化的方法以及由此形成的致密化CMC制品。在本公开的第一方面，用于使熔体渗透的CMC制品致密化的方法包括：在浇铸装置的第一区域内提供多孔CMC预成型件；在浇铸装置的第二区域的压头区域内提供熔融致密剂，第一区域和第二区域可操作地连接，并且熔融致密剂包括至少一个硅源；以及向压头内的熔融致密剂施加第一压力，从而用熔融致密剂渗透互连的多孔CMC预成型件内的空隙并形成致密化熔体渗透的CMC制品。
[0005]在本公开的第二方面，用于使熔体渗透的CMC制品致密化的方法包括：在浇铸装置的第一区域内提供多孔CMC预成型件；在浇铸装置的第二区域的压头区域内提供熔融致密剂，第一区域和第二区域可操作地连接，并且熔融致密剂包括至少一个硅源；在第一时间段内向压头内的熔融致密剂施加阶段一压力，阶段一压力足以建立跨越多孔CMC预制件的第一深度的熔融致密剂的第一渗透速度；以及在第二时间段内向压头内的熔融致密剂施加阶段二压力，阶段二压力不同于阶段一压力，并且足以建立跨越多孔CMC预制件的第二深度的熔融致密剂的第二渗透速度，第二深度不包括第一深度。
[0006]在本公开的第三方面，致密化熔体渗透的CMC制品包括：多孔陶瓷基体，其中至少渗透有硅；以及嵌入陶瓷基体中的陶瓷纤维，其中致密化熔体渗透的CMC制品具有基本上均
匀的密度。
附图说明
[0007]从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
[0008]图1描绘了用于形成本公开的致密化熔体渗透的陶瓷基复合材料(CMC)制品(包括预渗透布置和后渗透布置)的示例性浇铸装置的示意图。
[0009]图2描绘了用于形成本公开的致密化熔体渗透的CMC制品的另一个示例性浇铸装置的示意图。
[0010]图3描绘了用于形成本公开的致密化熔体渗透的CMC制品的又一个示例性浇铸装置的示意图。
[0011]图4描绘了与用于形成本公开的致密化熔体渗透的CMC制品的平面内渗透相关联的相对速度和深度。
[0012]图5描绘了与用于形成本公开的致密化熔体渗透的CMC制品的横向平面渗透相关联的相对速度和深度。
[0013]应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
[0014]本公开整体涉及陶瓷基复合材料(CMC)制品的致密化，并且更具体地涉及气体涡轮引擎的熔体渗透的CMC部件的致密化。如上所述，由于致密剂的渗透(例如，硅的渗透)可能出现无数缺陷，并且这继而导致致密化过程期间的阻塞(没有渗透)和/或断裂，因此用于使熔体渗透的CMC致密化的常规技术的成功是有限的。因此，此类常规技术提供具有不均匀密度(例如，干点、孔隙率)和其中有弱化位置的致密化CMC制品，这两者可随着CMC制品的厚度增加(例如，密度的极端不均匀和/或弱化位置增加)而恶化。与常规相反，本公开的各个方面包括通过在渗透期间产生熔融硅源的压头并使用浇铸装置实现渗透来使熔体渗透的CMC制品致密化的方法。根据本公开的方法产生的致密化熔体渗透的CMC制品可具有基本上均匀的密度，即使CMC制品的厚度增加。为了便于理解，下文将参考图1至图5讨论本公开的用于使熔体渗透的CMC制品致密化的方法。
[0015]在实施方案中，本公开的用于使熔体渗透的CMC制品致密化的方法包括首先提供多孔CMC预成型件。如本文所用，“CMC”是指陶瓷基复合材料，其中陶瓷纤维嵌入陶瓷基体中。CMC制品可包括用陶瓷纤维连续或不连续地强化的陶瓷基体。陶瓷基体可包括碳(C)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和/或硅酸铝(Al2O3‑
SiO2)。陶瓷纤维可包括碳(C)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和/或硅酸铝(Al2O3‑
SiO2)。陶瓷基体和陶瓷纤维可由相同的材料构成或者它们可为不同的。例如，当陶瓷基体和陶瓷纤维由相同材料构成时，CMC制品可为例如碳化硅纤维强化碳化硅(SiC/SiC)制品。当陶瓷基体和陶瓷纤维由不同材料构成时，CMC制品可为例如碳纤维强化碳化硅(C/SiC)制品。通常，CMC制品可由本领域已知的任何合适的制造工艺制成，诸如例如注塑成型、粉浆浇铸、流延成型、渗透
方法(例如化学气相渗透、熔体渗透等)和各种其他合适的方法和/或工艺。本公开涉及使熔体渗透的CMC制品致密化。因此，如本文所用，“CMC预成型件”是指在用致密剂熔体渗透之前的CMC制品。
[0016]参照图1，在浇铸装置100的第一区域120内提供CMC预成型件110。CMC预成型件110为如上所述的预渗透CMC制品。图1包括浇铸装置100的预渗透布置(箭头左侧)和后渗透布置(箭头右侧)两者的描绘。
[0017]本公开的方法还包括在浇铸装置100的第二区域140的压头区域内提供熔融致密剂130。在第二区域140中提供熔融致密剂130可在第一区域120中提供多孔CMC预成型件110之前、之后或同时进行。装置100的第一区域120和第二区域140可操作地彼此连接，使得熔融致密剂130可施加到CMC预成型件110。熔融致密剂130可包括能够增加多孔CMC预成型件110的密度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使熔体渗透的陶瓷基复合材料(CMC)制品致密化的方法，所述方法包括：在浇铸装置的第一区域内提供多孔CMC预成型件；在所述浇铸装置的第二区域的压头区域内提供熔融致密剂，所述第一区域和所述第二区域可操作地连接，并且所述熔融致密剂包括至少一个硅源；以及向所述压头内的所述熔融致密剂施加第一压力，从而用所述熔融致密剂渗透所述多孔CMC预成型件内的空隙，并且形成致密化熔体渗透的CMC制品。2.根据权利要求1所述的方法，其中施加到所述熔融致密剂的所述第一压力为大气压，并且所述浇铸装置的所述第一区域和所述第二区域彼此取向，使得所述压头区域内的所述熔融致密剂的重量允许用所述熔融致密剂渗透所述多孔CMC预成型件。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述浇铸装置的所述第一区域包括包含所述多孔CMC预成型件的模具组，所述模具组具有至少两个部分，所述至少两个部分能够相对于彼此移动并且在其间产生模具开口。4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括在所述第一压力的施加期间调节所述模具开口的开口宽度。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述调节所述模具开口的所述开口宽度包括将所述开口宽度调节至选定的开口宽度，所述选定的开口宽度减小或抑制对所述多孔CMC预成型件的所述多孔基体的损坏。6.根据权利要求1所述的方法，其中施加到所述熔融致密剂的所述第一压力大于大气压，并且所述浇铸装置的所述第一区域和所述第二区域可操作地彼此联接，使得在大于大气压的所述第一压力下执行用所述熔融致密剂渗透所述多孔CMC预成型件，而不损坏所述多孔CMC预成型件的所述多孔基体。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述浇铸装置的所述第一区域和所述第二区域中的至少一者包括用于使所述熔融致密剂通过到所述多孔CMC预成型件的入口，所述入口被配置成在与所述多孔CMC预成型件接触时降低所述熔融致密剂的速度。8.根据权利要求1所述的方法，其中在其中具有所述多孔CMC预成型件的所述浇铸装置的所述第一区域具有小于大气压的第二压力，并且所述浇铸装置的所述第一区域和所述第二区域彼此取向，使得小于大气压的所述第二压力允许用所述熔融致密剂渗透所述多孔CMC预成型件。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述浇铸装置的所述第一区域包括用于将所述第二压力设定为选定的第二压力的压力设定设备，所述选定的第二压力小于大气压，同时还大于发生对所述多孔CMC预成型件的所述多孔基体的损坏的最小压力。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述浇铸装置包括第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：