低厚度热结构复合材料部件和制造方法技术

本发明专利技术涉及一种低厚度热结构复合材料部件，其包括具有由碳或陶瓷制成的纤维的纤维增强件，所述纤维增强件由至少部分薄的基体α致密化，其中：所述部件的厚度为2毫米以下，或者甚至为1毫米以下；所述纤维增强件由单一厚度的多层织物制成，所述多层织物由铺展的纱制成，所述纱具有至少等于200tex的支数；所述纤维体积百分比为25％至45％之间；且多层织物的层数与所述部件以毫米计的厚度之间的比例至少等于4。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热结构复合材料部件，并且更确切地涉及这样的部件其中存在具有小厚度，即2毫米(mm)以下的厚度的至少一部分。本专利技术更特别地应用于航空和空间应用的结构部件，特别是用于燃气涡轮航空发动机、喷口排气锥(divergents de tuyeres)等的后体部件。
技术介绍
对于这些部件，已经提议使用热结构复合材料，即具有使其适合用于构成结构元件的机械性质并且具有在高温下保持那些性质的能力的复合材料。这种热结构材料特别地由碳/碳(C/C)复合材料(碳纤维增强件和碳基体)构成，以及由陶瓷基体复合(CMC)材料构成，例如C/SiC材料(具有碳化硅基体的碳纤维增强件)、C/C-SiC材料(具有碳与碳化硅混合基体的碳纤维增强件)或者甚至SiC/SiC材料。C/C或CMC材料部件的制造通常包括制备纤维预成型体，所述纤维预成型体的形状对应于待获得且待构成所述复合材料的纤维增强件的部件的形状，以及随后用所述复合材料的基体将所述纤维预成型体致密化。为了赋予所述复合材料所需的机械性质，并同时留下足够的通向所述复合材料的孔的通道以使得所述复合材料能够用基体致密化，纤维体积比例(即部件的体积百分数，或者被纤维占据的纤维增强件的表观体积百分数)通常为25%至45%。所述纤维预成型体可通过悬垂(drapage)纤维层(例如单向纱或多向纱的织物层或片材)而获得，有可能重叠多个层并将它们结合在一起(例如通过针织)。所述纤维预成型体还可由纤维结构获得，所述纤维结构通过三维(3D)织造或者通过多层织造(通过纬纱将多个经纱层连接在一起)而获得。可通过使用液体技术或者通过化学气相渗透(CVI)而用碳基体或陶瓷基体将所述纤维预成型体致密化。通过液体技术的致密化包括用包含树脂的液体组合物浸溃所述纤维预成型体，所述树脂为碳前体或陶瓷前体，并随后聚合和热解所述树脂以获得碳残留物或陶瓷残留物，其中有可能进行多次连续的浸溃、聚合和热解循环。CVI致密化如下进行将所述纤维预成型体置于密封容器(enceinte)中，并使反应气体在确定条件下(特别是压力和温度)进入所述密封容器，从而使所述气体扩散至所述预成型体中，并且能够由于所述气体的一种或多种成分分解或者由于所述气体的多种成分之间的反应而获得基体材料的沉积物。对于具有特殊形状的部件，特别是具有复杂形状的部件，可进行通过液体技术的初始固结步骤，同时使用合适的工具以使所述纤维预成型体保持所需的形状，随后继续进行致密化而无需工具协助(例如通过CVI)。以上技术是公知的，并且已经被提议以制造用于航空和空间应用的在运行中暴露于高温的部件，特别是航空发动机的涡轮叶片、航空发动机的后体部分(如第二喷口)、 用于旁路润轮的混合器、排气锥或喷口调节片(volets de tuyere)以及用于火箭发动机的喷口。可特别地参照本申请人名下的以下文献WO 2010/007308、WO 2010/061139、WO2010/061140 和 WO 2008/104692。当部件或部件的一部分较薄时，存在制备纤维预成型体的问题，所述纤维预成型体适于获得待制造部件所需的性质。在于通过将重叠的层针织在一起而形成纤维预成型体的已知技术几乎是不适合的，这是由于为了获得薄的且具有均匀特性的纤维预成型体，需要起始于制备具有大得多的厚度的纤维结构，并随后仅使用其中心部分，由此造成材料的大量损失。 在于通过多层机织结构而形成纤维预成型体的已知技术也存在缺陷。甚至当使用具有最小市售重量的碳纱或陶瓷纱时，制备薄的部件仍需要减少多层织物中的层数，例如对于O. 75毫米的厚度仅有两层(如文献WO 2008/104692中所示)，而这可能影响所述部件的机械强度。另外，多层织造会产生不规则的表面状态，并产生微孔(纱内)和大孔(纱之间)的缔合。对于旨在用于航空和空间应用的部件，例如气流混合器或喷口，优选获得平滑表面状态以避免干扰流体流动。使用具有高度不规则的表面状态的预成型体会得到(甚至在致密化之后)表现出显著的表面起伏的部件。确实有可能进行表面加工以改进这种状况，然而，这会导致纤维被破坏或暴露，这是不合意的。另外，大孔的存在使得致密化之后将不可避免地存在残留的不规则孔隙率。文献WO 94/12708公开了二维经纱和纬纱织物，其适合用于制备用于复合材料部件的增强织物组织，所述织物经受其中构成所述织物的纱通过振动而被铺展开的操作，从而提高了纤维体积比例。文献EPO 302 449中也描述了通过振动而铺展二维织物以消除织物中的孔洞，并由此提高了纤维体积比例。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种热结构复合材料部件，其适合用于上述应用，并同时确保所述部件的至少一部分显示小的厚度，所述热结构复合材料部件具有通过多层织造而获得的纤维增强件，所述织造使用相对较大数量的层，包括小厚度部分。此目标通过如下的部件而实现，在所述部件的至少一部分中·所述部件的厚度为2毫米以下； 所述纤维增强件由单一厚度的多层织物构成，所述多层织物由铺展的纱制成，所述纱的重量为至少200tex ；·纤维体积比例为25%至45% ;和·所述多层织物的层数与所述部件以毫米计的厚度之间的比例不少于4。在所述部件的所述部分中，厚度甚至可为I毫米以下。优选地，所述织物中的纱的层数不少于3。术语“层数”在本文用于意指经纱的层数。所述多层织物可具有多层平纹、多层哔叽或多层缎纹类型的织法。所述基底可至少部分地由陶瓷制成，特别是当所述部件构成用于燃气涡轮航空发动机的后体部件时。在另一个特定应用中，所述部件构成火箭发动机排气锥的至少一部分，其中所述基体可由碳或陶瓷制成。本专利技术还提供一种获得这种部件的方法，所述方法包括制备碳或陶瓷纤维预成型体，并用基体将所述预成型体致密化，在所述方法中，为了制备具有2毫米以下的厚度的预成型体的至少一部分，进行以下步骤·制备纱重量不少于200tex的多层织物；·使所述织物经受铺展所述纱的操作，从而减少所述多层织物的厚度；和·由所述铺展的多层织物制备所述预成型体部分，所述预成型体部分的厚度由单一厚度的铺展的织物构成，所述铺展的织物具有不少于4的所述织物的层数与所述预成型体部分以毫米计的厚度之间的比例；选择在织造过程中的所述多层织物的线支数，从而在所述纤维预成型体中获得25 %至45 %的体积纤维比例。 优选地，所述多层织物的层数不少于3。优选用多层平纹、多层哔叽或多层缎纹类型的织法进行所述多层织造。本专利技术的出众之处在于，通过铺展所述多层织物的纱，有可能产生具有小的厚度的纤维预成型体，所述纤维预成型体使得薄的部件或部件部分(即厚度为2毫米以下或者甚至为I毫米以下)能够由复合材料制得，并同时保持足够数量的纱层的存在以获得良好的机械性质。所预期的目标并不是具有一种纤维预成型体，所述纤维预成型体具有高于现有技术的纤维体积比例。因此，当制备纤维预成型体时，需要改变所述多层织物的线支数，从而在铺展之后具有所需的纤维体积比例。铺展所述多层织物的纱的有利之处还在于其有可能减少所述多层织物的大孔隙率(纱之间的间隔)，这有利于将所述预成型体致密化。所获得的另一个优势在于降低了所述多层织物的表面起伏，由此有可能在所得部件上获得改进的表面状态以用于航空领域中的应用。附图说明参照附图，通过阅读以非限制性指示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.30 FR 09576761.一种由热结构复合材料制成的部件，所述热结构复合材料包括由基体致密化的碳或陶瓷纤维增强件，所述部件的特征在于，在所述部件的至少一部分中 所述部件的厚度为2毫米以下； 所述纤维增强件由单一厚度的多层织物构成，所述多层织物由铺展的纱制成，所述纱的重量为至少200tex ； 纤维体积比例为25%至45% ;和 所述多层织物的层数与所述部件以毫米计的厚度之间的比例不少于4。2.根据权利要求I所述的部件，其特征在于至少在所述部件的所述部分中，所述部件的厚度为I毫米以下。3.根据权利要求I或权利要求2所述的部件，其特征在于所述多层织物的层数不少于3。4.根据权利要求I至3中任一项所述的部件，其特征在于所述多层织物具有多层平纹、多层哔叽或多层缎纹类型的织法。5.根据权利要求I至4中任一项所述的部件，其特征在于所述基体至少部分由陶瓷制成。6.根据权利要求5所述的部件，其构成燃气涡轮...

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