用于使由ＣＭＣ材料制备的部件的表面平滑的方法技术

本发明专利技术涉及一种使由陶瓷基体复合材料制备的部件的起皱、粗糙的表面平滑的方法。根据本发明专利技术，通过如下步骤的方法在该部件的表面形成陶瓷涂层，即：在该部件的表面上涂覆（２０）液体组合物，所述组合物包含陶瓷前体聚合物和固体耐火填料；交联（４０）该聚合物；以及通过热处理的方法将该经交联的聚合物转化（５０）为陶瓷。该方法还包括用液体金属组合物浸渍该陶瓷涂层（６０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及陶瓷基体复合材料部件。更特别地，本专利技术涉及改进该部件的表面状态。
技术介绍
在航空发动机中，且特别是在该发动机的燃气涡轮或涡轮机中，通常通过铸造和局部机械加工(local machining)的方法用金属合金制备呈航空动力学形状的部件(如叶片)。对降低航空发动机中的比燃料消耗、消除污染等的现在和未来的需求正导致其重量的显著增加，特别是涡轮的低压段重量的显著增加。叶片构成低压段重量的重要部分。为了显著减轻重量并适应现在的金属合金可承受的操作温度以上的温度，一种解决方案是使用陶瓷基体复合材料来制备叶片。陶瓷基体复合材料(CMC)是所谓特别的“热结构”复合材料，即具有优良的机械性能以及在高温下保持那些性能的能力的复合材料。此外，与使用普通金属合金制备的部件相比，由CMC制备的部件(如叶片)呈现出显著的重量节约。在熟知的方法中，通过由耐火纤维(碳纤维或陶瓷纤维)制备的纤维增强体形成 CMC部件，通过陶瓷基体(特别是碳化物、氮化物、耐火氧化物的基体)将该增强体致密化。 CMC材料的典型例子为C-SiC材料(碳纤维增强体和碳化硅基体)、SiC-SiC材料以及C-C/ SiC材料(包含碳和碳化硅的混合物的基体)。CMC复合材料部件的制造是熟知的。可使用液体技术(用陶瓷基体前体树脂浸渍，并通过固化和热解将该树脂转变为陶瓷，该过程可被重复进行)或者通过气体技术(化学气相渗透)而使纤维增强体致密化。尽管如此，CMC部件呈现起伏的且相对粗糙的表面外观，可发现该表面外观与部件如叶片所需要的空气动力学性能不相容。表面起伏是由纤维增强体造成的，而粗糙度与“封闭层(seal-coat) ”陶瓷基体(特别是在通过化学气相渗透(CVI)沉积该基体时)相关。相反，由金属合金和相关方法制备的部件呈现平滑的表面外观，其粗糙度非常小 (1微米(μπι)的等级)。一种改进CMC部件表面状态的解决方案在于，将液体组合物涂覆于部件表面，该组合物包含陶瓷前体聚合物(例如碳化硅前体)以及以颗粒形式的耐火固体填料，以形成陶瓷涂层。陶瓷涂层用于平整部件表面存在的起伏。继该步骤后通过持续时间近似为约30 小时(h)的化学气相渗透进行陶瓷(例如SiC)沉积，从而使耐火填料的颗粒结合到一起。 此CMC部件的表面处理方法在文件US 2006/0141154中描述。虽然该方法使得有可能通过消除起伏和通过降低表面粗糙度值至40微米以下而显著地改进CMC部件的表面状态，但是对在陶瓷涂层形成之后的额外的化学气相渗透的需要导致了该部件的成本及其制造时间的可观的增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供获得具有受控的表面状态的CMC部件但不存在上述缺陷的方法，并且特别提供了获得具有与需要航空动力学性能的应用相容的表面状态的部件的方法。为此，本专利技术提供了使由陶瓷基体复合材料制备的呈现起伏和粗糙的表面的部件表面平滑的方法，该方法包括，在部件表面上形成陶瓷涂层，该涂层通过将液体组合物涂覆于该部件表面而制备，该组合物包含陶瓷前体聚合物和耐火固体填料，固化该聚合物，并通过热处理将经固化的聚合物转变为陶瓷，在该方法中，根据本专利技术，用液体金属组合物浸渍该陶瓷涂层。因此，通过用液体金属组合物浸渍陶瓷涂层，该方法使得有可能显著地改进CMC 部件的表面状态，并且该改进是通过比化学气相渗透快得多且更便宜的处理而进行的。用金属组合物浸渍也使得有可能通过将固体填料的颗粒和/或陶瓷涂层的颗粒结合到一起而稳定和增强陶瓷涂层。本专利技术还提供了根据本专利技术的方法改进其表面状态的CMC部件，该CMC部件还具有包含陶瓷相和固体填料的陶瓷涂层，在该陶瓷涂层可及表面(accessible surface)上还存在金属组合物。该部件可特别为涡轮机的叶片。 附图说明本专利技术的其它特征和优点通过对本专利技术的具体实施方式(作为非限制性实施例给出)的以下描述，并参照附图而显现，其中图1是显示未经额外表面处理的部分CMC部件的表面状态的三维视图；图2是显示在图1中的部分部件中测定的尺寸偏差的曲线；图3是显示在用于制备航空发动机中的叶片的金属材料表面测定的尺寸偏差的曲线；图4是显示根据本专利技术的实施方式中的连续步骤的流程图；图5是显示根据本专利技术的方法获得的CMC材料的显微照片；和图6是涡轮机叶片的透视视图。具体实施例方式本专利技术提供使呈现起伏和粗糙的表面的陶瓷基体复合材料(CMC)部件的表面平滑的方法。从提供纤维结构开始制造CMC部件，纤维预成型体由该纤维结构形成，从而具有与待制造部件的形状接近的形状。该纤维结构可为多种形式，如二维 QD)织物；通过3D织造或通过多层织造而获得的三维(3D)织物；编织物；针织物；毡；和纱或丝束的单向(UD)片材，或者通过在不同方向上叠加多个UD片材并将该UD片4材结合在一起(例如通过缝合、通过化学粘合剂或通过针刺)而获得的多向(nD)片材。还可能使用由多个叠加的机织物、编织物、针织物、毡、片材等的层制成的纤维结构，其中的层相互结合(例如通过缝合、通过植入纱或刚性元件或通过针刺)。组成纤维结构的纤维为耐火纤维，即陶瓷纤维(例如碳化硅(SiC)纤维，特别是例如来自供货商Nippon Carbon Co. Ltd.的Nicalon SiC纤维或来自供货商COI Ceramics Inc.的Sylramic SiC纤维)、碳纤维或者实际上为耐火氧化物(例如氧化铝(Al2O3))的纤维。纤维结构一旦构成，就通过用包含陶瓷前体固结树脂的液体组合物浸渍而使其固结。为此目的，将纤维结构浸没在包含树脂并通常包含该树脂的溶剂的浴中。浙干后，在窑中进行干燥。干燥可伴随树脂的预固化或部分固化。由于该预固化提供了额外的刚度，在其进行时，必须限制预固化以保持在其上已形成第一界面层的纤维结构的足够的可塑性。可使用其它已知的浸渍技术，如通过使纤维结构连续地经过浸渍机、浸剂浸渍 (infusion impregnation)或实际上通过树脂传递成型(RTM)浸渍而制备预浸渍结构。选择固结树脂以使得其在热解后留下的陶瓷残渣足以提供后续制备的纤维预成型体的固结。例如，陶瓷前体树脂可以是作为碳化硅(SiC)的前体的聚碳硅烷树脂、或作为 SiCO的前体的聚硅氧烷树脂、或作为SiCNB的前体的聚硼碳硅氧烷树脂或者实际上为SiCN 的前体的聚硅氮烷树脂。在浸渍后，通过使用支撑(supporting)模具成型纤维结构来成型用于组成待制备部件的纤维增强件的纤维预成型体，并且该纤维预成型体具有实质上与所述部件的形状相符的形状。优选地，纤维预成型体的成型伴随着压紧该纤维结构，以增加纤维在待制备部件的复合材料中的体积比。在预成型体已成型后，将树脂固化，或如果已进行预固化的则将固化完成，其中该预成型体置于模具中。此后，通过用于热解树脂的热处理完成固结。例如，在大约900°C至1000°C的温度下进行热解。也可通过化学气相渗透(CVI)进行固结。在此固结之后，继而用陶瓷基体使纤维预成型体致密化。有利地，通过化学气相渗透(CVI)进行致密化，CVI过程的参数和反应气体的性质与待形成的基体的性质相适应。因此，有可能在相同的烘箱中相继进行热解固结树脂和致密化的操作。通过CVI形成的陶瓷基体可为SiC基体、基于硅如氮化硅(Si3N4)的基体、或至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种使由陶瓷基体复合材料制备的呈现起伏且粗糙的表面的部件的表面平滑的方法，该方法包括，在所述部件的所述表面上形成陶瓷涂层，所述涂层通过将液体组合物涂覆于所述部件的所述表面而制备，所述组合物包含陶瓷前体聚合物和耐火固体填料，固化所述聚合物，并通过热处理使所述经固化的聚合物转变为陶瓷，该方法的特征在于其进一步包括用液体金属组合物浸渍所述陶瓷涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·布永，
申请(专利权)人：斯奈克玛动力部件公司，
类型：发明
国别省市：FR