具有單峰孔徑分布和低纖維體積分數的陶瓷基質復合物的制作方法
本公開內容一般涉及陶瓷基質復合物，并且更具體而言，涉及用于形成具有單峰孔徑分布和最佳纖維體積分數的陶瓷基質復合物制品的制品和方法。
背景技術：
陶瓷基質復合物(cmcs)一般包括嵌入陶瓷基質材料中的陶瓷纖維增強材料。在基質破裂的情況下，增強材料充當cmc的負載承受組成成分，而陶瓷基質保護增強材料，維持其纖維的方向，并且作用于消散對增強材料的負載。高溫應用(例如，在燃氣渦輪機中)特別感興趣的是硅基復合物(silicon-basedcomposites)，其包括碳化硅(sic)作為基質和/或增強材料。
在形成cmc中已采用了不同的加工方法。例如，一種方法包括化學氣相滲透(cvi)。cvi是通過在高溫下使用反應性氣體使基質材料滲透到纖維預制件中以形成纖維增強復合物的過程。例如，由cvi形成的常規的基于布的cmc通常具有10百分比至20百分比的孔隙率、35百分比至40百分比的纖維體積分數、以及1ksi至3ksi的層間拉伸(ilt)強度，如通過標準的1英寸直徑按鈕拉力測試測量的。cvi復合物基質通常不具有游離硅相，并且因此具有良好的抗蠕變性和在2,570華氏度以上的溫度下操作的可能性。
另一種方法包括熔體滲透(mi)，其使用熔融硅滲透到含纖維的預制件內。例如，由mi形成的常規單向帶基cmc通常具有3百分比以下的孔隙率、20百分比至33百分比的纖維體積分數、以及5ksi至9ksi的層間拉伸(ilt)強度。mi復合物的基質包含將cmc的使用限制至硅或硅合金的熔點以下或約2,550華氏度至2,570華氏度的游離硅相(即元素硅或硅合金)。此外，游離硅相使misic基質具有相對較差的抗蠕變性。
另一種方法采用部分cvi過程，隨后為mi過程，并且一般被稱為“漿料澆鑄mi”。該方法通常獲得通常為約6百分比的在mi復合物和cvi復合物之間的中間孔隙率、35百分比至40百分比的纖維體積分數、2ksi至4ksi的層間拉伸(ilt)強度，并且還含有在復合物基質內殘余的游離硅相。
技術實現要素：
通過在一個實施例中提供用于形成陶瓷基質復合物制品的方法，克服了現有技術的缺點并提供了另外的優點。該方法包括例如提供成形預制件，該成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、基質前體和成孔劑，使成形預制件固化以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔基質骨架，并且使固化的成形預制件經歷化學氣相滲透以使多孔基質骨架致密化，使得陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。
在另一個實施例中，用于形成陶瓷基質復合物制品的方法包括例如提供成形預制件，所述成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、用于形成陶瓷基質的基質前體、顆粒填料和成孔劑，使成形預制件固化以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔陶瓷基質骨架，所述單峰孔徑分布具有約1微米至約30微米的中值孔徑，和使固化的成形預制件經歷使用氣態陶瓷的化學氣相滲透、部分化學氣相滲透和熔體滲透，或部分化學氣相滲透、漿料澆鑄和熔體滲透，以使多孔陶瓷基質骨架致密化，使得陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。
在另一個實施例中，陶瓷基質復合物制品包括例如在具有單峰孔徑分布的基質中的纖維絲束的多個單向陣列，并且其中所述陶瓷基質復合物制品包含約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。
技術方案1：一種用于形成陶瓷基質復合物制品的方法，該方法包括：
提供成形預制件，該成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、基質前體和成孔劑；
固化成形預制件以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔基質骨架；和
使固化的成形預制件經歷化學氣相滲透以使多孔基質骨架致密化，使得該陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。
技術方案2：根據技術方案1所述的方法，該陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約30百分比的纖維體積分數。
技術方案3：根據技術方案1所述的方法，該多孔基質骨架包含均勻的空間孔隙率分布。
技術方案4：根據技術方案1所述的方法，該多孔基質骨架包含陶瓷。
技術方案5：根據技術方案4所述的方法，該多孔基質骨架包含碳化硅。
技術方案6：根據技術方案4所述的方法，該多孔基質骨架包含來源于基質前體的熱解的陶瓷。
技術方案7：根據技術方案1所述的方法，該基質前體是基于聚碳硅烷和/或聚硅氮烷的化學。
技術方案8：根據技術方案1所述的方法，經歷包括使固化的成形預制件經歷沉積碳化硅的氣態混合物。
技術方案9：根據技術方案5所述的方法，使固化的成形預制件經歷化學氣相滲透包括使固化的成形預制件經歷沉積碳化硅的氣態混合物。
技術方案10：根據技術方案1所述的方法，該陶瓷基質復合物制品包含超過約6ksi的層間拉伸強度。
技術方案11：根據技術方案1所述的方法，該固化預制件的單峰孔徑分布的中值為約1微米至約30微米。
技術方案12：根據技術方案1所述的方法，該固化預制件的單峰孔徑分布的中值為約1微米至約20微米。
技術方案13：根據技術方案1所述的方法，化學氣相滲透包括部分化學氣相滲透，并且還包括使部分化學氣相滲透致密化陶瓷基質復合物制品經歷熔體滲透。
技術方案14：根據技術方案13所述的方法，熔體滲透包括硅、硅合金或氧化物。
技術方案15：根據技術方案13所述的方法，在陶瓷基質復合物制品經歷熔體滲透之后，該陶瓷基質復合物制品包含小于約5百分比的孔隙率。
技術方案16：根據技術方案1所述的方法，化學氣相滲透包括部分化學氣相滲透，并且還包括使部分化學氣相滲透致密化陶瓷基質復合物制品經歷漿料澆鑄和熔體滲透。
技術方案17：根據技術方案16所述的方法，漿料澆鑄包括包含碳化硅、碳化硼、一種或多種氧化物和/或其組合的漿料。
技術方案18：根據技術方案1所述的方法，該固化的成形預制件包含約35百分比至約65百分比的體積孔隙率。
技術方案19：根據技術方案1所述的方法，該陶瓷基質復合物制品包含約5百分比至約20百分比的體積孔隙率。
技術方案20：根據技術方案1所述的方法，該陶瓷基質復合物制品包括具有第一纖維體積百分比的至少一個第一部分，以及具有不同于第一纖維體積百分比的第二纖維體積百分比的至少一個第二部分。
技術方案21：根據技術方案1所述的方法，該成孔劑包含聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、尼龍、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇或纖維素粉末。
技術方案22：根據技術方案1所述的方法，該成形預浸料還包含碳化硅顆粒、碳化硼顆粒、氧化物顆粒和/或其組合。
技術方案23：根據技術方案1所述的方法，該纖維絲束包括碳化硅纖維絲束。
技術方案24：一種用于形成陶瓷基質復合物制品的方法，該方法包括：
提供成形預制件，該成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、用于形成陶瓷基質的基質前體和成孔劑；
固化成形預制件以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔陶瓷基質骨架，單峰孔徑分布具有約1微米至約30微米的中值孔徑；和
使固化的成形預制件經歷使用氣態陶瓷的化學氣相滲透、部分化學氣相滲透和熔體滲透，或部分化學氣相滲透、漿料澆鑄和熔體滲透，以使多孔陶瓷基質骨架致密化，使得該陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。
技術方案25：一種陶瓷基質復合物制品，該陶瓷基質復合物制品包括：
在具有單峰孔徑分布的基質中的纖維絲束的多個單向陣列；和
其中該陶瓷基質復合物制品包含約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。
技術方案26：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約30百分比的纖維體積分數。
技術方案27：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該基質包含均勻的空間孔隙率分布。
技術方案28：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該陶瓷基質復合物制品包含超過6ksi的層間拉伸強度。
技術方案29：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該陶瓷基質復合物制品包含約5百分比至約20百分比的體積孔隙率。
技術方案30：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該陶瓷基質復合物制品包含具有約1微米至約20微米的中值孔徑的單峰孔徑分布。
技術方案31：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該陶瓷基質復合物制品包括具有第一纖維體積百分比的至少一個第一部分，以及具有不同于第一纖維體積百分比的第二纖維體積百分比的至少一個第二部分。
技術方案32：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該纖維絲束的單向陣列包含碳化硅。
技術方案33：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該基質包含碳化硅。
技術方案34：根據技術方案25所述的陶瓷基質復合物制品，該陶瓷基質復合物制品包括渦輪機部件或渦輪機部件修理件。
附圖說明
根據與附圖結合考慮的本公開內容的各個方面的以下詳述，本公開內容的前述和其他特征、方面和優點將變得顯而易見，在所述附圖中：
圖1是根據本公開內容的一個實施例的陶瓷基質復合物制品的橫截面視圖；
圖2是根據本公開內容的一個實施例用于形成圖1的陶瓷基質復合物制品的方法的流程圖；
圖3是用于形成圖1的陶瓷基質復合物制品的具有多個單向預浸料帶的未固化預制件的橫截面視圖；
圖4是由圖3的未固化預制件形成的固化預制件的橫截面視圖；
圖5顯示了由編織纖維絲束制成的常規cvi預制件的示意圖；
圖6是與使用如通常用于常規cvi的編織纖維疊層形成的預制件和cvi致密化復合物相比較，根據本公開內容形成的預制件和最終cvi致密化復合物制品的孔徑分布的理想化表示；
圖7是根據木公開內容的一個實施例用于形成陶瓷基質復合物制品的方法的流程圖；
圖8是根據本公開內容的一個實施例用于形成陶瓷基質復合物制品的方法的流程圖；和
圖9是根據本公開內容的一個實施例用于形成陶瓷基質復合物制品的方法的流程圖。
具體實施方式
本公開內容的實施例以及其某些特征、優點和細節將在下文參考附圖中所示的非限制性例子更全面地加以解釋。省略了對眾所周知的材料、加工技術等的描述，以免不必要地使詳細的本公開內容模糊。然而，應當理解詳述和具體例子雖然指示本公開內容的實施例，但僅以舉例說明的方式而不是限制的方式給出。在本發明概念的精神和/或范圍內的各種取代、修改、添加和/或安排根據本公開內容對于本領域技術人員將是顯而易見的。
圖1示出了根據本公開內容的一個實施例的陶瓷基質復合物(cmc)制品10的一部分。cmc制品10可包括在陶瓷基質材料中的陶瓷纖維增強材料。如下文更詳細地描述的，在一些實施例中，cmc制品10可通過導致具有纖維絲束20的多個單向陣列和致密化基質30的cmc制品10的過程形成。這種cmc制品可被定制為具有改善的性質，例如但不限于機械性質(例如，層間(itl)強度和比例極限(pl，proportionallimit))和抗氧化性。
如下文進一步描述的，例如，預涂布的纖維絲束、預浸料(prepregging)、層鋪設、固結和燒盡可導致用于后續致密化的固化預制件。在預浸料過程中可使用漿料，所述漿料具有例如基質前體連同顆粒填料和成孔劑例如聚合物成孔劑，以調節纖維間距和孔徑分布，并給出用于cvi致密化的獨立預制件。在預制件固化例如基質前體的熱解和成孔劑的燒盡之后，可使用單獨的cvi，使用部分cvi、隨后為用硅、硅合金或氧化物例如稀土二硅酸鹽(re2si2o7)的熔體滲透的組合，或在熔體滲透之前使用漿料滲透，使固化的預制件致密化。使用基于絲束的單向層預制件的優點可給出用于致密化的更均勻的孔結構，導致更均勻的cmc微觀結構。可消除纖維和連續涂層的觸感，由此改善cmc制品的機械性質和抗氧化性。本公開內容的這種技術可有利地應用于硅軸承陶瓷渦輪機部件(例如渦輪機葉片(blade)、輪葉(vane)、噴嘴、護罩、燃燒器等)及其修理件。
圖2示出了根據本公開內容的一個實施例用于形成陶瓷基質復合物制品10(圖1)的方法100。在該示例性實施例中，方法100一般包括在110處提供成形預制件，該成形預制件包括纖維絲束的單向陣列的預浸料帶疊層、基質前體和成孔劑，在120處使成形預制件固化以熱解基質前體并燒盡成孔劑，使得成形預制件包括纖維絲束的單向陣列和具有單峰孔徑分布的多孔基質骨架，并且在130處使固化的成形預制件經歷化學氣相滲透以使多孔基質骨架致密化，使得陶瓷基質復合物制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積分數。
圖3示出了以用漿料214浸漬的單向排列絲束的帶狀結構形式的多個預浸料層210制造的未固化成形預制件200，以產生一般二維的層壓件。預浸料可由例如所需cmc的增強材料和漿料形成，所述漿料可包括基質前體、成孔劑、顆粒填料和載體，如下所述。可將漿料輥磨以解聚(deagglomerate)且分散粉末。通過使絲束通過漿料浴，漿料可滲透到被涂布的絲束內。隨后可將絲束纏繞到滾筒上，并可包括漿料的部分干燥，使得形成帶。可從滾筒上取出帶，并且可切割單向預制件層以形成帶。
用于絲束的材料可包括碳化硅(sic)纖維、多晶sic纖維或其他合適的纖維。適合于絲束的材料的例子是來自ngsadvancedfibersco.ltd的
漿料可包括基質前體，例如有機或無機材料，其在燒盡例如熱解或焙燒后留下炭/殘余物。在一些實施例中，基質前體可包括如下所述可用于在固化的預制件中形成含多孔硅前體例如碳化硅的含硅前體。基質前體的例子包括原硅酸四乙酯(teos)、聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷、酚醛樹脂和呋喃化合物。成孔劑可包括可通過固結過程保持存在但在燒盡或熱解過程中可以是消失的導致孔的顆粒或其他種類。成孔劑的例子可包含聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、尼龍、聚四氟乙烯(ptfe)、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇和/或纖維素粉末。填料可包括幫助控制收縮的氧化物或非氧化物顆粒或晶須。填料的例子包括sic、b4c、sio2、hfc、hfb2、zrc、zrb2、mosi2、si3n4、al2o3、稀土硅酸鹽和稀土硅化物。載體可包括溶解或攜帶基質前體和其他成分的有機或無機液體。載體的例子包括水、異丙醇、甲苯和丙酮。
包括在成孔劑中的顆粒可包括用于顆粒集合的單峰粒度分布，與在粒度分布曲線上具有兩個清晰可辨的最大值的具有雙峰粒度分布的顆粒集合，或者在粒度分布曲線上具有三個或更多個清晰可辨的最大值的具有多峰粒度分布的顆粒集合相比較，所述顆粒集合在粒度分布曲線上具有單個清晰可辨的最大值。包括在成孔劑中的顆粒可包括在約1微米至約30微米范圍內的中值粒徑，可包括在約1微米至約20微米范圍內的中值粒徑，可包括在約3微米至約10微米范圍內的中值粒徑，和/或可包括在約3.5微米至約8微米范圍內的中值粒徑。在使絲束通過漿料浴之前，可將包括基質前體、成孔劑、顆粒填料和載體的漿料組合并混合，直至獲得具有均勻空間分布的成孔劑的均勻混合物。
所得到的預浸料的多個層被鋪設或堆疊成所需圖案和形狀，并且通常被布置成使得預浸料層的絲束相對于其他層中的預浸料層的其他絲束平行、橫向(例如，垂直)或成角度定向。多個層通常可在經歷施加的壓力和升高的溫度(例如在真空中或在高壓釜中或局部施加壓力和熱)下經歷固結或減積(debulking)。
固結的多個堆疊層經歷燒盡例如熱解或者在真空中或在惰性或反應性氣氛中加熱，以便分解基質前體，以形成陶瓷或陶瓷炭，并且其中成孔劑例如揮發，并產生用于化學氣相滲透的多孔預制件，導致圖4中所示的固化預制件300。所得到的前體基質的孔隙率可具有占優勢的單峰孔徑分布和占優勢的均勻空間分布。例如，固化的多孔含硅前體的孔徑分布中的局部最大值可為約1微米至約30微米、約1微米至約20微米、約3微米至約10微米和/或約3.5微米至約8微米。固化的預制件可具有約35百分比至約65百分比的體積孔隙率。
隨后使固化的預制件經歷化學氣相滲透，例如使用外部供應的氣態碳化硅源。氣態碳化硅源滲透到孔隙內，反應以在多孔層的內孔表面上沉積sic，以形成如圖1所示的cmc制品10的致密化碳化硅基質，并且可不含游離si金屬。適當的化學氣相滲透氣體可包括甲基三氯硅烷、二甲基-二氯硅烷、硅烷+甲烷、四氯硅烷+甲烷和其他合適的氣體。
所得到的cmc制品10的孔隙率可具有單峰孔徑分布。例如，cvi致密化cmc制品的中值孔徑可為約1微米至約20微米、或約1微米至約15微米。cmc制品10可具有約5百分比至約20百分比的體積孔隙率。cmc制品可具有均勻的空間分布的纖維體積百分比。例如，cmc制品可具有約15百分比至約35百分比的纖維體積。在其他實施例中，cmc制品可定制為基于疊層和帶預浸料在cmc各處具有不同的纖維體積。例如，cmc制品可包括具有第一纖維體積百分比的至少一個第一部分，以及具有不同于所述第一纖維體積百分比的第二纖維體積百分比的至少一個第二部分。
本領域技術人員將了解，本公開內容的教導也適用于其他cmc材料組合，并且這種組合在本公開內容的范圍內。用于化學氣相滲透過程的合適材料可包括碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、二氧化硅、氮化鋁、氧化鋁、碳化硼、碳化鋯、碳化鉿、二硼化鋯、二硼化鉿、硅化鉬和其他合適的材料。
根據本公開內容的技術形成的cmc制品的測試(包括占優勢的單峰孔徑分布，顯示關于具有0/90體系結構的cmc的約6ksi至約12ksi的層間拉伸(ilt)強度值，以及約18百分比([0∶90]2s體系結構，0.1″厚)至28百分比([0∶90]2s體系結構，0.065″厚)的纖維體積分數，其顯著高于由編織纖維制成的常規cvi復合物的ilt值，并且與mi型陶瓷復合物的典型值相當(comparableto)或優于mi型陶瓷復合物的典型值。
圖5顯示了由編織纖維制備的常規cvi復合物預制件的微觀結構的示意圖。編織圖案中的纖維絲束的交叉趨于將絲束壓縮成緊束。另外，由于編織纖維布的表面粗糙度，纖維層趨于無效率地包裝。常規cvi預制件的微觀結構因此具有兩個不同類型的孔隙率；第一個是纖維絲束內的小纖維間孔，并且第二個是由編織圖案以及該圖案在層邊界處的錯合度引起的較大的絲束間孔。
圖6顯示了使用常規基于編織纖維的cvi方法和通過本公開內容的技術制備的cvi預制件和最終致密化復合物的孔徑分布的理想化表示。圖5中所示和前面段落中所述的兩個孔群體導致關于常規編織纖維cvi預制件的雙峰或多峰孔徑分布。通過使用在本發明中概述且在圖7-9中描述的方法，獲得具有單峰孔徑分布的如圖1中所示的預制件微觀結構。在經由cvi或cvi和mi方法的組合致密化后，孔隙率的量減小，并且孔徑分布中的峰的平均值可偏移，但分布的多峰或單峰性質被保留。它是較大的孔，例如尺寸在30微米以上，其主要負責限制常規基于布的cvi復合物的層間拉伸強度和比例極限強度。由本公開內容制備的復合物使這種不期望的大孔隙率的量得到消除或降到最低，導致改善的層間拉伸強度。
本發明人的工作指示，對于恒定厚度的樣本，層間拉伸(ilt)強度與纖維體積分數成反比，只要纖維保持均勻地分散在基質內，并且只要孔隙率占優勢地保持單峰。另一方面，極限抗拉強度(uts，ultimatetensilestrength)和比例極限(pl)與纖維體積分數直接相關。
因此，對于特定應用的最佳性質平衡可包括根據本公開內容的cmc制品，與通常用于常規cvi復合物的35百分比至40百分比的纖維體積相比較，所述cmc制品具有約15百分比至約35百分比的纖維體積。在如上注明的一些實施例中，基于陶瓷基質復合物制品的不同部分的期望性質，陶瓷基質復合物制品的部分可具有不同的纖維體積百分比。例如，一些陶瓷基質復合物制品可具有與具有較高纖維體積百分比的其他部分或區域相比較，具有較低纖維體積百分比的部分或區域。
圖7示出了根據本公開內容的一個實施例用于形成陶瓷基質復合物制品的方法500。在該示例性實施例中，方法500一般包括在510處涂布纖維絲束，在520處進行絲束預浸料以形成預浸料帶，以及在530處切割預浸料帶并鋪設用于形成制品的未固化預制件。在540處，在熱和壓力下，例如在高壓釜中使預制件固結。在550處，預制件經歷燒盡過程，使得例如所得到的預制件具有單峰孔徑分布。在560處，固化的預制件經歷化學氣相滲透以使固化的預制件致密化，以在570處形成成品陶瓷基質復合物制品。通過方法500形成的陶瓷基質復合物制品可具有最佳的層間(ilt)強度范圍和比例極限(pl)，具有約15百分比至35百分比的纖維體積，以及約8百分比至約20百分比的體積孔隙率。陶瓷基質復合物的陶瓷基質可具有單峰孔徑分布，其具有約3微米至約30微米的中值孔徑。陶瓷基質復合物的陶瓷基質可具有均勻的空間孔分布。這種陶瓷基質復合物制品可有利地應用于硅軸承陶瓷渦輪機部件(例如，渦輪機葉片(blade)、輪葉(vane)、噴嘴、護罩、燃燒器等)及其修理件。
在化學氣相滲透(cvi)過程中，通過在升高的溫度下使用反應性氣體，將基質材料例如碳化硅滲透到纖維預制件內。一般地，通過使反應物擴散到預制件內并且副產物氣體擴散離開預制件引起的限制導致在復合物中約12百分比至約15百分比的相對高的殘留孔隙率。在使用cvi形成cmc中，通過cvi形成的復合物的內部部分通常具有的孔隙率高于外部部分的孔隙率。cvi復合物基質通常不含游離硅相、具有良好的抗蠕變性和在2,570華氏度以上的溫度下操作的潛力。
圖8示出了根據本公開內容的一個實施例用于形成陶瓷基質復合物制品的方法600。在該示例性實施例中，方法600一般包括在610處涂布纖維絲束，在620處進行絲束預浸料以形成預浸料帶，以及在630處切割預浸料帶并鋪設用于形成制品的未固化預制件。在640處，在熱和壓力下，例如在高壓釜中使預制件固結。在650處，預制件經歷燒盡過程，使得例如預制件基質具有單峰孔徑分布。在660處，固化的預制件經歷化學氣相滲透以使固化的預制件致密化，導致約12百分比至約35百分比的體積孔隙率。進一步的致密化可在665處以熔體滲透過程發生，以在570處形成成品陶瓷基質復合物制品。熔體滲透可包括硅、硅合金、硅化物、氧化物或其組合。在方法600中，與方法500(圖6)的化學氣相滲透過程相比較，化學氣相滲透的步驟可以是部分或完全化學氣相滲透。通過方法600形成的陶瓷基質復合物制品可具有小于約5百分比的體積孔隙率。陶瓷基質復合物的陶瓷基質可具有單峰孔徑分布，其具有約1微米至約20微米的中值孔徑。陶瓷基質復合物的陶瓷基質可具有均勻的空間孔分布。這種陶瓷基質復合物制品可有利地應用于硅軸承陶瓷渦輪機部件(例如，渦輪機葉片(blade)、輪葉(vane)、噴嘴、護罩、燃燒器等)及其修理件。
圖9示出了根據本公開內容的一個實施例用于形成陶瓷基質復合物制品的方法700。在該示例性實施例中，方法700一般包括在710處涂布纖維絲束，在720處進行絲束預浸料以形成預浸料帶，以及在730處切割預浸料帶并鋪設用于形成制品的未固化預制件。在740處，在熱和壓力下，例如在高壓釜中使預制件固結。在750處，預制件經歷燒盡過程，使得例如預制件基質具有單峰孔徑分布。在760處，固化的預制件經歷化學氣相滲透以使固化的預制件致密化。此外，致密化可在763處通過施加漿料澆鑄，隨后在767處通過熔體滲透而發生，以在770處形成成品陶瓷基質復合物制品。漿料澆鑄可包括碳化硅、氮化硅、硅化鉬、碳化硼、hfc、zrc、hfb2、zrb2、稀土硅酸鹽，并且熔體滲透可包括硅、硅合金、硅化物、氧化物或其組合。通過方法700形成的陶瓷基質復合物制品可具有小于約5百分比的體積孔隙率。陶瓷基質復合物的陶瓷基質可具有單峰孔徑分布，其具有約1微米至約20微米的中值孔徑。陶瓷基質復合物的陶瓷基質可具有均勻的空間孔分布。這種陶瓷基質復合物制品可有利地應用于硅軸承陶瓷渦輪機部件(例如，渦輪機葉片(blade)、輪葉(vane)、噴嘴、護罩、燃燒器等)及其修理件。
使用熔體滲透在方法600和700中的進一步致密化可導致完全致密的陶瓷基質復合物制品，例如，一般具有零或者按體積計小于約5或小于約3百分比的殘余孔隙率。這種極低孔隙率給予復合物所需的機械性質，例如，高比例極限強度以及層間拉伸和剪切強度、高導熱率和良好的抗氧化性。基質可具有游離硅相(即元素硅或硅合金)，其可將陶瓷基質復合物制品的使用溫度限制于硅或硅合金的熔點以下，或約2,550華氏度至2,570華氏度。與僅通過化學氣相滲透的致密化相比較，游離硅相可導致更低的抗蠕變性。
應理解上文說明書預期是舉例說明性而不是限制性的。本領域的普通技術人員可在本文中作出眾多改變和修改，而不背離如由下述權利要求及其等價物限定的本公開內容的一般精神和范圍。例如，上述實施例(和/或其方面)可彼此組合使用。另外，可作出許多修改以使特定情況或材料適合各個實施例的教導，而不背離其范圍。雖然本文描述的材料的尺寸和類型意在限定各個實施例的參數，但它們決不是限制性的且僅是示例性的。在回顧上文說明書時，許多其他實施例對于本領域技術人員將是顯而易見的。因此，各個實施例的范圍應當參考所附權利要求連同這些權利要求所賦予的等價物的全部范圍來確定。在所附權利要求中，術語“包括(including)”和“其中(inwhich)”用作分別的術語“包含”(comprising)和“在其中(wherein)”的簡明英語(plain-english)等價物。此外，在下述權利要求中，術語“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標記，并且不意在對其對象強加數字要求。另外，與諸如聯接、連接、接合、密封等術語結合的術語“可操作地”在本文中用于指由直接或間接聯接的分離的不同部件以及由整體形成的部件(即，單片[one-piece]、整體或單件)的兩種連接。此外，下述權利要求的限制不是以裝置加功能形式撰寫的，并且.不意在基于35u.s.c.§112第六段加以解釋，除非和直到這種權利要求限制明確使用短語“用于...的裝置”，隨后沒有進一步結構的功能聲明。應理解不一定上文描述的所有這些目的或優點均可根據任何特定實施例實現。因此，例如，本領域技術人員將認識到，本文描述的系統和技術可以實現或最佳化如本文教導的一個優點或一組優點的方式來實施或進行，而不必實現如本文可教導或建議的其他目的或優點。
雖然本公開內容已與僅有限數目的實施例結合進行詳細描述，但應當容易理解本公開內容并不限于這些公開的實施例。相反，可修改本公開內容以并入迄今未描述但與本公開內容的精神和范圍相稱的任何數目的變化、改變、取代或等價布置。另外，雖然各個實施例已得到描述，但應當理解本公開內容的方面可僅包括所述實施例中的一些。因此，本公開內容不視為受前述說明書限制，而是僅受所附權利要求的范圍限制。
本書面說明書使用實例包括最佳模式，并且還使本領域技術人員能夠實踐本公開內容，包括制備和使用任何設備或系統并且執行任何并入的方法。本公開內容的可專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其他實例。如果這些其他實例具有與權利要求的字面語言并無不同的結構元件，或如果它們包括與權利要求的字面語言無實質差異的等價結構元件，則這些其他實例預期在權利要求的范圍內。
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