由用于3-d加強(qiáng)的氧化物/氧化物復(fù)合物材料制造的部件以及制造其的方法
【專利摘要】一種由包括纖維加強(qiáng)(310)的氧化物/氧化物復(fù)合材料制造的部件(300)，該纖維加強(qiáng)包括通過三維編織聯(lián)結(jié)在一起的多層經(jīng)線(312)和緯線(311)，用耐火氧化物(320)的基質(zhì)填充加強(qiáng)線之間的空間。該部件的特征在于纖維加強(qiáng)具有選自下列編織法之一的織物編織：聯(lián)鎖、多層、多緞紋和多斜紋，并且經(jīng)紗和緯紗中的線數(shù)是40和20根線/cm之間。纖維加強(qiáng)還具有40％和51％之間的纖維體積密度。
【專利說明】由用于3-D加強(qiáng)的氧化物/氧化物復(fù)合物材料制造的部件從及 制造其的方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及制造由氧化物/氧化物類型的復(fù)合材料所制造的部件的方法，即，該復(fù) 合物材料包括由耐火氧化物纖維制造的纖維加強(qiáng)，該纖維加強(qiáng)被同樣地由耐火氧化物制造 的基質(zhì)致密。
[0002] 大部分氧化物/氧化物復(fù)合材料部件通過下面兩種方式制備：
[0003] .通過堆疊二維層編織的氧化物纖維織物制造纖維織構(gòu)，W及用含有氧化物
[0004] 填料的懸浮液浸潰織構(gòu)，填充的預(yù)制件然后經(jīng)受燒結(jié);或者
[0005] ?通過纏繞之前已經(jīng)被浸入在含有氧化物填料的懸浮液中的氧化物纖維紗線來 制造纖維織構(gòu)，填充的預(yù)制件然后經(jīng)受燒結(jié)。
[0006] 然而，通過運(yùn)些制備方法所獲得的氧化物/氧化物復(fù)合材料的機(jī)械特征在一些方 向上保持了有限性。特別地，運(yùn)些材料具有低剪切強(qiáng)度。
[0007] 通過在連續(xù)的經(jīng)紗和締紗之間Ξ維編織制造所獲得的纖維織構(gòu)能夠使得材料的 機(jī)械強(qiáng)度被增強(qiáng)。在運(yùn)種情況下，可W引起填充的懸浮液穿入到纖維織構(gòu)中，該纖維織構(gòu)可 W具有達(dá)到幾十毫米的厚度，運(yùn)僅取決于通過利用壓力梯度方法的意欲應(yīng)用，該方法是諸 如稱為樹脂傳遞模成型(RTM)的注射成型類型的方法，或者亞微米粉末吸入法(SPS)。
[000引氧化物/氧化物復(fù)合物材料中纖維的體積分?jǐn)?shù)是將要考慮用于獲得材料的最終機(jī) 械特征的基礎(chǔ)參數(shù)之一。運(yùn)就是為什么當(dāng)制備氧化物/氧化物復(fù)合材料時(shí)，需要使用特定的 工藝裝備壓縮纖維織構(gòu)。在工藝裝備中的干燥步驟期間，基質(zhì)中網(wǎng)絡(luò)形式的裂紋存在于紗 線之間。網(wǎng)絡(luò)裂紋導(dǎo)致脫膜期間浸潰的預(yù)制件膨脹，因此導(dǎo)致最終階段中材料機(jī)械特性的 大大降低。
[0009] -種補(bǔ)救膨脹的已知方法包括添加有機(jī)粘合劑，例如聚乙酸乙締醋(PVA)到最初 的懸浮液中，因此有助于預(yù)制件已經(jīng)干燥后系統(tǒng)的粘合，防止上述膨脹現(xiàn)象。
[0010] 為了在單個(gè)浸潰步驟中獲得高機(jī)械特性，必須使用具有足夠體積百分比填料的崩 料。在運(yùn)種情況下，添加有機(jī)粘合劑改變了崩料的特性。它的特性從是牛頓特性(獨(dú)立于流 速的粘性)改變到剪切稀化特性(依賴于流速的粘性）。當(dāng)使用通過SPS技術(shù)制備時(shí)，運(yùn)種現(xiàn) 象導(dǎo)致在材料內(nèi)組份中的不均勻外觀。
[0011] 更精確地，考慮材料作為整體時(shí)，對纖維織構(gòu)內(nèi)懸浮液流動的差控制導(dǎo)致跨越材 料厚度的組份梯度(纖維/基質(zhì)比率)的外觀。一旦通過燒結(jié)已經(jīng)穩(wěn)定了填料，材料內(nèi)更局部 地不受控制的尺寸和分布的孔就會形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是補(bǔ)救上述缺陷，并且提出一種方案，該方案可W在單個(gè)浸潰步驟 中具有由使用SI^技術(shù)所制備的氧化物/氧化物復(fù)合材料制造的部件，不需要使用附加的有 機(jī)粘合劑，該部件包括通過Ξ維編織所獲得的加強(qiáng)W及具有相對于現(xiàn)有技術(shù)部件改進(jìn)的機(jī) 械特性。
[0013] 為此，本發(fā)明提出了一種由包括纖維加強(qiáng)的氧化物/氧化物復(fù)合材料所制造的部 件，該纖維加強(qiáng)由通過Ξ維編織互連的多個(gè)經(jīng)紗層和締紗層構(gòu)成，同時(shí)用耐火氧化物基質(zhì) 填充加強(qiáng)紗線之間具有的空間；
[0014] 部件的特征在于纖維加強(qiáng)具有選自下列編織法的編織法:聯(lián)鎖；多平紋;多鍛紋； 多斜紋;并且經(jīng)線和締線數(shù)范圍是每厘米4根紗線(紗線/cm)到20根紗線/cm,并且其特征在 于纖維加強(qiáng)具有范圍在40%到51%的纖維體積分?jǐn)?shù)。
[0015] 關(guān)于具有上述特征的纖維加強(qiáng)，并且考慮調(diào)整對選定織構(gòu)變體的纖維體積分?jǐn)?shù)， 加強(qiáng)的紗線之間存在的空間具有比纖維加強(qiáng)的紗線的最大部分小5倍的維度。通過W運(yùn)種 方式限制紗線之間存在的空間的尺寸，限制了材料中存在的基質(zhì)塊的尺寸，W致于每個(gè)基 質(zhì)塊不具有大于加強(qiáng)纖維的最大部分5倍的任何維度。通過W運(yùn)種方式限制氧化物/氧化物 材料中基質(zhì)塊的尺寸，已經(jīng)觀察到了特性，可W防止裂紋出現(xiàn)在其中。因此，氧化物/氧化物 復(fù)合材料部件具有改進(jìn)的機(jī)械特性。
[0016] 在本發(fā)明部件的特定方面，在單調(diào)牽引中，在室溫W及在經(jīng)線方向上，它具有：
[0017] ?范圍在120G帕斯卡(G化巧ljl70G化的彈性模數(shù)；
[0018] ?不小于0.35%的破裂變形；W及
[0019] ?大于250兆帕斯卡(MPa)的破裂應(yīng)力；
[0020] 纖維加強(qiáng)的紗線可W由一種或多種下列材料所構(gòu)成的纖維制造:氧化侶;莫來石； 娃石;娃酸侶;和娃酸棚。
[0021 ]基質(zhì)的材料可W選自：氧化侶；莫來石;娃石;娃酸侶；和憐酸侶?；|(zhì)可選地可W 滲雜有一種或多種材料，用于給部件的最終材料增加特定的功能。
[0022] 本發(fā)明也提供了一種制造氧化物/氧化物復(fù)合材料部件的方法，該方法包括下列 步驟：
[0023] ?通過耐火氧化物紗線的Ξ維編織形成纖維織構(gòu)；
[0024] ?壓縮纖維織構(gòu)；
[0025] ?在纖維織構(gòu)的一側(cè)上放置崩料，該崩料包含耐火氧化物顆粒的亞微米粉末； [00%].建立壓力差W迫使崩料通過纖維織構(gòu)；
[0027] ?過濾已經(jīng)通過纖維織構(gòu)的崩料的液體，W保留耐火氧化物顆粒的粉末在所述織 構(gòu)內(nèi)部；
[002引 ?干燥填充的預(yù)制件;和
[0029] ?燒結(jié)耐火氧化物顆粒的亞微米粉末，W在預(yù)制件中形成耐火氧化物基質(zhì)；
[0030] 該方法的特征在于在形成纖維織構(gòu)的步驟期間，用選自下面編織法的編織法編織 紗線：聯(lián)鎖；多平紋；多鍛紋和多斜紋；同時(shí)經(jīng)線和締線數(shù)范圍在4根紗線/cm到20根紗線/ cm,并且其中在壓縮步驟后，所述纖維加強(qiáng)具有范圍在40%到51%的纖維體積分?jǐn)?shù)。
[0031] 運(yùn)產(chǎn)生了具有3D編織加強(qiáng)的氧化物/氧化物復(fù)合材料部件，該部件在遍布它們的 體積上是完全均勻的，并且不包括可能降低部件的機(jī)械特性的裂紋或孔。
[0032] 預(yù)制件的紗線可W是由一種或多種下列材料所構(gòu)成的纖維制造的紗線:氧化侶； 莫來石;娃石;娃酸侶;和娃酸棚。
[0033] 亞微米顆?？蒞由選自下列的材料制造：氧化侶；莫來石；娃石；娃酸侶；和憐酸 侶;可選地帶有附加的填料，用于給部件的材料增加功能。
【附圖說明】
[0034] 從參考附圖作為非限制性實(shí)施例所給出的本發(fā)明的特定實(shí)施方式的下面描述，可 W顯現(xiàn)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0035] 圖1表示根據(jù)本發(fā)明的纖維織構(gòu)的實(shí)施方式，Ξ維聯(lián)鎖編織的平面。
[0036] 圖2表示根據(jù)本發(fā)明的纖維織構(gòu)的實(shí)施方式，Ξ維多平紋編織的平面。
[0037] 圖3表示根據(jù)本發(fā)明的纖維織構(gòu)的實(shí)施方式，Ξ維多鍛紋編織的平面。
[0038] 圖4表示根據(jù)本發(fā)明的纖維織構(gòu)的實(shí)施方式，Ξ維多斜紋編織的平面。
[0039] 圖5是一種示意圖，表示通過SI^技術(shù)，用耐火氧化物顆粒滲透纖維織構(gòu)。
[0040] 圖6是如現(xiàn)有技術(shù)所制造的由氧化物/氧化物類型材料所制造的部件的剖面的顯 微圖。
[0041] 圖7A、7B和7C是根據(jù)本發(fā)明由氧化物/氧化物復(fù)合材料所制造的部件的顯微圖。W 及
[0042] 圖8是表示用于本發(fā)明的纖維織構(gòu)的設(shè)計(jì)域的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 制造根據(jù)本發(fā)明的由氧化物/氧化物復(fù)合材料制成的部件的方法開始于制造纖維 織構(gòu)，該纖維織構(gòu)將要用于形成部件的加強(qiáng)。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明，通過多個(gè)經(jīng)紗和多個(gè)締紗之間的Ξ維編織制造纖維織構(gòu)，使用對應(yīng) 于選自下列編織法之一的編織法，經(jīng)紗層與締紗互連:互鎖；多平紋；多鍛紋;和多斜紋;并 且經(jīng)線和締線數(shù)范圍在4根紗線/cm到20根紗線/cm,通過運(yùn)種方法所獲得的織構(gòu)然后被壓 縮W具有范圍在40%到51%的纖維體積分?jǐn)?shù)，纖維織構(gòu)中每個(gè)紗線或纖維都具有400個(gè)長 絲到700個(gè)長絲的長絲數(shù)量。圖8表示根據(jù)本發(fā)明的用于纖維織構(gòu)的設(shè)計(jì)域D，該域D限定了 設(shè)及本發(fā)明纖維織構(gòu)的參數(shù)需要被呈現(xiàn)的數(shù)值。
[0045] 纖維織構(gòu)的運(yùn)些特征可W確保在紗線之間不存在具有大于紗線的最大部分5倍維 度的空間。因此，一旦基質(zhì)已經(jīng)形成在織構(gòu)內(nèi)，織構(gòu)紗線之間存在的基質(zhì)塊具有所有都小于 紗線的最大部分5倍的維度，因此可W防止裂紋出現(xiàn)在部件的最終材料中。
[0046] 術(shù)語"基質(zhì)塊"用于在運(yùn)里意指位于兩個(gè)或多個(gè)紗線之間的基質(zhì)的任何連續(xù)部分。 使用術(shù)語"基質(zhì)塊的維度"在此指基質(zhì)塊的任何長度、寬度、深度、厚度、高度或?qū)嶋H上直徑， 并且還是更通常方式指在直線方向上可W測量的任何尺寸。
[0047] 術(shù)語"線數(shù)"用在此處指在經(jīng)紗方向上或在締紗方向上每單位長度的紗線數(shù)量。 [004引術(shù)語"Ξ維編織"和"3D編織"用在運(yùn)里指一種編織技術(shù)，其中至少一些經(jīng)紗互連多 個(gè)締紗層上的締紗。
[0049] 在整個(gè)下面的描述中，并且在所有圖中，為了習(xí)慣和方便的原因表述和表示經(jīng)紗 從它們的路徑被偏轉(zhuǎn)，W控制住一層或多層締紗中的締紗。然而，可W為了經(jīng)紗和締紗之間 互換的作用，運(yùn)也必須被考慮為權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。
[0050] 術(shù)語"互鎖編織或織物"用在運(yùn)里意指3D編織，其中每層經(jīng)紗互連多層締紗，同時(shí) 在相同經(jīng)紗列中的所有紗線在編織平面中具有相同的運(yùn)動。圖1是互鎖編織法的8個(gè)平面的 圖示，具有7層經(jīng)紗Cl和8層CTi締紗Τι。在所示的互鎖編織中，經(jīng)紗Τι的層CTi由在經(jīng)紗方向上 彼此偏移的兩個(gè)相鄰的半層Cti組成。因此，在交錯(cuò)構(gòu)造中具有16個(gè)半層的締紗。每個(gè)經(jīng)紗Cl 互連3個(gè)半層的締紗。采用不交錯(cuò)的締紗布置也是可W的，兩個(gè)相鄰層締紗中的締紗在相同 列中被對齊。
[0051] 舉例說明，如圖1中所示，使用聯(lián)鎖編織法，通過3D編織可W制造本發(fā)明的纖維織 構(gòu)，具有8根紗線/cm, 10根紗線/cm和12根紗線/cm的經(jīng)線和締線數(shù)，或者12根紗線/cm的經(jīng) 線數(shù)和5根紗線/cm的締線數(shù)。
[0052] 術(shù)語"多平紋編織法或織物"用在運(yùn)里意指具有多個(gè)締紗層的3D編織法，其中每層 的基礎(chǔ)編織等同于常規(guī)的平紋類型編織，但是具有互連締紗層的一些編織的交叉點(diǎn)。圖2表 示多平織織物的平面，其中在與締紗層CT2相關(guān)的常規(guī)2D平面編織中經(jīng)紗C2偶爾地從它們的 路徑轉(zhuǎn)向，W控制住相鄰層的締紗T2,因此形成互連兩個(gè)相鄰締紗層的特定的平交叉點(diǎn)Ρτ。 在特定的平交叉點(diǎn)Ρτ，經(jīng)紗C2通過位于兩個(gè)相鄰締紗層CT2中相同列中兩個(gè)締紗Τ2周圍。
[0053] 舉例說明，如圖2所示，使用多平紋編織法，通過3D編織可W制造本發(fā)明的纖維織 構(gòu)，并且具有20根紗線/cm的經(jīng)線和締線數(shù)。
[0054] 術(shù)語"多鍛紋編織法或織物"用在運(yùn)里意指具有多個(gè)締紗層的3D編織法，其中每層 的基礎(chǔ)編織等同于常規(guī)的鍛紋類型編織，但是具有互連締紗層的一些編織的交叉點(diǎn)。圖3表 示多鍛織織物的平面，其中，除了位于織構(gòu)表面的經(jīng)紗W外的每個(gè)經(jīng)紗C3在一個(gè)方向上和 在另一個(gè)方向上被交替地轉(zhuǎn)向，W控制住第一締紗層CT3中η個(gè)締紗中的一個(gè)締紗T3W及與 第一締紗層相鄰的第二締紗層CT3中η個(gè)締紗中的一個(gè)締紗Τ3,其中η是大于2的整數(shù)，因此互 連兩個(gè)層。
[0055] 舉例說明，如圖3所示，使用多鍛紋編織法，通過3D編織可W制造本發(fā)明的纖維織 構(gòu)，并且具有10根紗線/cm的經(jīng)線和締線數(shù)。
[0056] 術(shù)語"多斜紋編織法或織物"用在運(yùn)里意指具有多個(gè)締紗層的3D編織法，其中每層 的基礎(chǔ)編織等同于常規(guī)的斜紋類型編織，但是具有互連締紗層的一些編織的交叉點(diǎn)。圖4表 示多斜紋織物的平面，其中，除了位于織構(gòu)表面的經(jīng)紗W外的每個(gè)經(jīng)紗C4被轉(zhuǎn)向，W控制住 締紗層CT4中或多個(gè)相鄰締紗層CT4中成對的締紗T4。
[0057] 舉例說明，如圖4所示，使用多斜紋編織法，通過3D編織可W制造本發(fā)明的纖維織 構(gòu)，并且具有8根紗線/cm的經(jīng)線和締線數(shù)。
[0058] 用于編織纖維織構(gòu)的紗線特別地可W由任何一種下列材料所構(gòu)成的纖維制造，該 纖維織構(gòu)將要形成氧化物/氧化物復(fù)合材料部件的纖維加強(qiáng)：氧化侶；莫來石;娃石;娃酸 侶;娃酸棚;或者多種運(yùn)些材料的混合物。
[0059] 一旦已經(jīng)制造纖維織構(gòu)，就壓縮它W調(diào)整其纖維體積含量達(dá)到范圍在40 %到51 % 的數(shù)值。使用工藝裝備100進(jìn)行壓縮，該工藝裝備100用于在纖維織構(gòu)內(nèi)沉積耐火氧化物顆 粒，如下面所詳述。通過柵格140壓縮織構(gòu)10,穿孔該柵格140W使崩料通過，在隨后操作期 間使用該崩料。在工藝設(shè)備100中對應(yīng)于期望應(yīng)用于織構(gòu)的壓縮厚度Ec的位置，通過保持設(shè) 備，例如通過螺釘（圖5中未示），柵格140保持壓靠于纖維織構(gòu)。當(dāng)脫膜后（即，通過SI^技術(shù) 浸潰織構(gòu)，然后干燥它后)沒有纖維織構(gòu)的膨脹時(shí)，部件的最終厚度等于壓縮厚度Ec。
[0060] 纖維體積分?jǐn)?shù)對應(yīng)于由所制造織構(gòu)的總體積內(nèi)纖維所占據(jù)的織構(gòu)總體積的分?jǐn)?shù)。 舉例說明，具有平面板形狀的纖維織構(gòu)，使用下面參數(shù)計(jì)算纖維體積分?jǐn)?shù)：
[0061 ].織構(gòu)的長度L
[0062] ?織構(gòu)的寬度1;
[0063] .織構(gòu)的厚度e;
[0064] ?纖維的密度d;和
[0(?日]?織構(gòu)每單位面積的重量Ms。
[0066] 具體地，纖維體積分?jǐn)?shù)TVf等于纖維體積Vf除W織構(gòu)的總體積。所用的纖維體積Vf 等于所用的纖維重量，即，Ms丄.1，除W纖維密度d，即：Vf=Ms丄.1/d。
[0067] 因?yàn)榘逍问降睦w維結(jié)構(gòu)的總體積等于L. 1. e，使用下面公式計(jì)算纖維體積分?jǐn)?shù)
[006引 Tvf :Tvf=Ms/(e.d) (1)
[0069] 因此，當(dāng)期望獲得具有范圍在40%到51%數(shù)值的纖維體積分?jǐn)?shù)的纖維織構(gòu)時(shí)，調(diào) 整纖維織構(gòu)的壓縮厚度，運(yùn)樣在壓縮后，它具有可W獲得范圍在40%到51%的纖維體積分 數(shù)的厚度e，根據(jù)公式（1)所規(guī)定的，根據(jù)織構(gòu)的每單位面積的重量Ms和纖維密度確定壓縮 厚度。
[0070] 然后，使用亞微米粉末吸入法(SPS)的已知技術(shù)，耐火氧化物顆粒沉積在纖維織構(gòu) 內(nèi)。為此，并且如圖5中所示，使用上述3D編織法之一所制造的纖維織構(gòu)10被放置在工藝裝 備100的外殼110中。過濾器120提前插入在外殼110的底部111和纖維織構(gòu)10之間，底部111 包括開口 1110。放置織構(gòu)10在外殼110中之后，用于在織構(gòu)中形成耐火氧化物基質(zhì)的崩料 130沉積在纖維織構(gòu)10的頂部面上，即，與面對過濾器120的其面相對的織構(gòu)的面。崩料130 對應(yīng)于含有耐火氧化物顆粒的亞微米粉末的懸浮液。舉例說明，崩料130可W對應(yīng)于由氧化 侶粉末構(gòu)成的含水懸浮液，具有范圍在27%到42%的體積分?jǐn)?shù)，該氧化侶粉末具有范圍在 0.1微米(皿巧IjO.3皿的平均顆粒大小化50)，用硝酸(抑范圍在1.巧Ij4)酸化懸浮液。除了氧 化侶外，構(gòu)成亞微米粉末的耐火氧化物顆粒同樣地可W很好地由選自莫來石、娃石、娃酸侶 和憐酸侶的材料制造。耐火氧化物顆粒也可W與錯(cuò)、稀±氧化物或者能夠增加最終材料特 定功能的任何其它填料的顆粒(炭黑、石墨、碳化娃等)混合。
[0071] 用蓋子112關(guān)閉外殼110后，通過管道1120,將由壓縮空氣或氮?dú)饨M成的氣流Fi引 入到外殼110中。氣流Fi用于施加壓力Pi，該壓力Pi迫使崩料130穿透到織構(gòu)10中。與插入氣 流Fi聯(lián)合，例如，使用初級真空累（圖5中未示出）從外殼110底部111的外側(cè)，通過開口 1110 進(jìn)行累吸P，W迫使崩料130遷移通過織構(gòu)10。校準(zhǔn)過濾器120W保留崩料中存在的耐火氧化 物顆粒，同時(shí)崩料的液體通過開口 1110排出。因此，耐火氧化物顆粒通過沉積作用變得逐漸 地沉積在織構(gòu)中。
[0072] 運(yùn)產(chǎn)生了填充有耐火氧化物顆粒，在該實(shí)施例中，上述類型的氧化侶顆粒的纖維 預(yù)制件。然后在35 °C和95 °C范圍的溫度干燥預(yù)制件，隨后預(yù)制件在1000°C和1200°C范圍的 溫度的空氣下經(jīng)受燒結(jié)熱處理，W-起燒結(jié)耐火氧化物顆粒，因此在預(yù)制件中形成耐火氧 化物基質(zhì)。運(yùn)產(chǎn)生了由氧化物/氧化物復(fù)合材料制造的部件，具有通過3D編織所獲得的纖維 加強(qiáng)，不包括加強(qiáng)紗線之間存在的基質(zhì)塊中的裂紋。
[0073] 圖6是由現(xiàn)有技術(shù)氧化物/氧化物復(fù)合材料，特別地在該實(shí)施例中由氧化侶基質(zhì)致 密的氧化侶纖維加強(qiáng)制造的部件200的剖面的顯微圖，其纖維加強(qiáng)210由締紗層211和經(jīng)紗 層212之間3D編織形成，具有互鎖編織，8根紗線/cm的經(jīng)線和締線數(shù)，W及具有38%的纖維 體積分?jǐn)?shù)。W與上述方式相同的方式即，通過SPS技術(shù)，接著是填充預(yù)制件的干燥和燒結(jié)制 造部件200。如圖6中可W看到的，纖維加強(qiáng)210所限定的編織和線數(shù)導(dǎo)致在材料中形成基質(zhì) 220塊221，該基質(zhì)塊在至少一個(gè)方向上具有維度，該維度大于加強(qiáng)紗線的最大部分的5倍， 在該實(shí)施例中締紗211的部分。如圖6中可W看到的，因?yàn)闆]有限制基質(zhì)塊的尺寸小于最大 部分5倍，在材料中已經(jīng)形成裂紋230,它們中的一些甚至已經(jīng)通過加強(qiáng)紗線，顯著地降低了 部件200的機(jī)械特性。
[0074] 圖7A、7B和7C是分別地在部件300、400和500的經(jīng)紗方向上（顯微圖的長度方向?qū)?應(yīng)于經(jīng)紗方向，并且顯微圖的高度方向?qū)?yīng)于Z方向）剖面的顯微圖，每個(gè)部件由本發(fā)明的 氧化物/氧化物復(fù)合材料，即，在本實(shí)施例中由氧化侶基質(zhì)所致密的氧化侶纖維加強(qiáng)所制 造。
[0075] 在圖7A中，使用具有10根紗線/cm的經(jīng)線和締線數(shù)和43.4%的纖維體積分?jǐn)?shù)的多 鍛紋編織法，通過締紗線層311和經(jīng)紗線層312之間的3D編織形成該實(shí)施例中部件300的纖 維加強(qiáng)310。
[0076] 在圖7B中，使用具有12根紗線/cm的經(jīng)線數(shù)，5根紗線/cm的締線數(shù)和44.8%的纖維 體積分?jǐn)?shù)的聯(lián)鎖編織法，通過締紗線層411和經(jīng)紗線層412之間的3D編織形成該實(shí)施例中部 件400的纖維加強(qiáng)410。
[0077] 在圖7C中，使用具有12根紗線/cm的經(jīng)線和締線數(shù)和43.5%的纖維體積分?jǐn)?shù)的聯(lián) 鎖編織法，通過締紗線層511和經(jīng)紗線層512之間的3D編織形成該實(shí)施例中部件500的纖維 加強(qiáng)510。
[0078] W與上述方式相同的方式即，通過SI^技術(shù)，接著是填充預(yù)制件的干燥和燒結(jié)制造 部件 300、400 和 500。
[0079] 所限定用于纖維加強(qiáng)310、410和510的編織法、線數(shù)和纖維體積分?jǐn)?shù)分別地導(dǎo)致在 材料中形成基質(zhì)320、420和520的塊321、421和521，該基質(zhì)塊在所有方向上都具有小于加強(qiáng) 紗線最大部分的5倍的維度。如圖7A、7B和7C中可W看到的，因?yàn)橄拗苹|(zhì)塊尺寸小于加強(qiáng) 紗線的最大部分的5倍，在材料中不存在裂紋。因此，部件300、400和500具有比部件200更優(yōu) 越的機(jī)械特性。
[0080] 下面的表給出了根據(jù)圖6、7A、7B和7C部件的每單位面積重量Ms、板厚度e、密度d (氧化侶纖維)和纖維體積分?jǐn)?shù)所獲得的數(shù)值。 「mfti 1
[0082] 可W看出圖6的部件200是具有纖維體積分?jǐn)?shù)不位于40%到51%范圍的僅有的部 件。也可W看出部件200是在其材料中由于基質(zhì)塊存在而具有裂紋的僅有部件，該基質(zhì)塊在 至少一個(gè)方向上具有大于加強(qiáng)紗線的最大部分5倍的維度。
[0083] 本發(fā)明的方法能夠使用SPS技術(shù)W及從Ξ維編織纖維織構(gòu)制造氧化物/氧化物復(fù) 合材料部件，該部件在遍布它們的體積上是完全地均勻的，沒有裂紋或孔。根據(jù)本發(fā)明的運(yùn) 些部件具有在單調(diào)牽引中、在室溫和在經(jīng)線方向上測量的下列機(jī)械特性：
[0084] ?范圍在120G化到170G化的彈性模數(shù)；
[0085] ?不小于0.35%的破裂變形；W及
[0086] ?大于250M化的破裂應(yīng)力。
[0087] 盡管本發(fā)明部件的氧化物/氧化物材料的3D編織纖維加強(qiáng)紗線可W被包括在中間 階段中，但是本發(fā)明的方法可W制造具有3D編織纖維加強(qiáng)的氧化物/氧化物復(fù)合部件，沒有 紗線的中間階段，并且自然地在材料中沒有裂紋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種由包括纖維加強(qiáng)的氧化物/氧化物復(fù)合材料所制造的部件，該纖維加強(qiáng)由通過 三維編織互連的多個(gè)經(jīng)紗層和煒紗層構(gòu)成，同時(shí)用耐火氧化物基質(zhì)填充加強(qiáng)紗線之間具有 的空間； 該部件的特征在于:纖維加強(qiáng)具有選自下列編織法的編織法:聯(lián)鎖;多平紋;多緞紋;多 斜紋;并且經(jīng)線和煒線數(shù)范圍是4根紗線/cm到20根紗線/cm，并且纖維加強(qiáng)具有范圍在40% 到51 %的纖維體積分?jǐn)?shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于:在單調(diào)牽引中、在室溫以及在經(jīng)線方向上， 它具有： ?范圍在120GPa到170GPa的彈性模數(shù)； ?不小于0.35%的破裂變形；以及 ?大于250MPa的破裂應(yīng)力。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的部件，其特征在于：纖維加強(qiáng)的紗線由一種或多種下列材 料所構(gòu)成的纖維制造:氧化鋁;莫來石;硅石;硅酸鋁;和硅酸硼。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的部件，其特征在于：基質(zhì)材料選自：氧化 鋁;莫來石;硅石;硅酸鋁;和磷酸鋁。5. -種制造氧化物/氧化物復(fù)合材料部件的方法，該方法包括下列步驟： ?通過耐火氧化物紗線的三維編織形成纖維織構(gòu)； ?壓縮所述纖維織構(gòu)； ?在纖維織構(gòu)的一側(cè)上放置崩料，該崩料包含耐火氧化物顆粒的亞微米粉末； ?建立壓力差以迫使崩料通過纖維織構(gòu)； ?過濾已經(jīng)通過纖維織構(gòu)的崩料的液體，以保留耐火氧化物顆粒的粉末在所述織構(gòu)內(nèi) 部； ?干燥填充的預(yù)制件;和 ?燒結(jié)耐火氧化物顆粒的亞微米粉末，以在預(yù)制件中形成耐火氧化物基質(zhì)； 該方法的特征在于:在形成纖維織構(gòu)的步驟期間，用選自下面編織法的編織法編織紗 線:聯(lián)鎖;多平紋;多緞紋和多斜紋；同時(shí)經(jīng)線和煒線數(shù)范圍在4根紗線/cm到20根紗線/cm， 并且其中在壓縮步驟后，所述纖維加強(qiáng)具有范圍在40%到51%的纖維體積分?jǐn)?shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:預(yù)制件的紗線由一種或多種下列材料構(gòu)成 的纖維制造的:氧化鋁;莫來石;硅石;硅酸鋁;和硅酸硼。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于:亞微米顆粒由選自下列的材料制造:氧 化鋁;莫來石;硅石;硅酸鋁;和磷酸鋁。
【文檔編號】C04B35/80GK106029607SQ201580008763
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月19日
【發(fā)明人】帕斯卡爾·迪斯, 埃里克·布倫, 埃里克·拉維斯瑞
【申請人】海瑞克里茲