本发明涉及化学气相渗透或化学气相沉积方法，其中高温碳由包含高温碳前体化合物和二氧化碳的气相形成。
背景技术：
已知通过将衬底置于其中引入活性气体的炉中，用高温碳(也称为热解碳)涂覆或致密化衬底，该活性气体含有高温碳前体，该高温碳前体含有烃。控制炉中的压力和温度以通过烃前体的分解来产生高温碳涂层或基体。
从炉中提取含有反应副产物的废气。反应副产物包含具有相对高的凝固温度的有机化合物，特别是多环芳香烃(pah)，例如萘、芘、蒽或苊烯。
通过冷凝，这些反应副产物形成焦油，随着烟道气冷却，焦油倾向于沉积在炉子出口管中。这些焦油也存在于泵送装置中，例如在真空泵油或蒸汽喷射器冷凝物中。
因此，希望通过限制pah的产生来改善高温碳形成方法。
技术实现要素：
根据第一方面，本发明涉及一种化学气相渗透或化学气相沉积的方法，该方法至少包括：
-在多孔衬底的孔隙中或在衬底的表面上形成高温碳，将衬底置于反应室中并且由引入反应室的气相形成高温碳，该气相包含至少一种高温碳前体化合物和二氧化碳。
高温碳前体化合物是本身已知用于通过化学气相渗透或化学气相沉积技术获得高温碳的化合物。除了高温碳前体化合物之外，将二氧化碳co2引入反应室有利地允许在高温碳形成期间产生分子氢，这限制了pah的产生。
在示例性实施例中，施用气相中体积含量小于或等于15％的二氧化碳，该含量是在将气相引入反应室时采用的。
限制气相中的二氧化碳含量以限制其氧化特性是有利的。
特别地，气相中的二氧化碳体积含量可以小于或等于10％、例如小于或等于7％、或甚至小于或等于5％。气相中的二氧化碳体积含量可以大于或等于2％，例如大于或等于3％。
特别地，气相中二氧化碳的体积含量可以在2％和15％之间，例如在2％和10％之间，例如在2％和7％之间。具体地，气相中二氧化碳的体积含量可以在3％和15％之间，例如在3％和10％之间，或者甚至在3％和7％之间。
在示例性的实施例中，高温碳前体化合物是烃。
特别地，高温碳前体化合物可以是直链烃。
使用直链烃是有利的，因为它改善了分子氢形成的动力学，从而进一步限制了pah的产生。
然而，本发明不限于使用烃作为高温碳前体化合物。可替代地，高温碳前体化合物可以是醇或多元醇。“醇”应理解为是指具有单个醇官能团的化合物。“多元醇”应理解为是指具有几个醇官能团的化合物。
本发明还涉及一种利用至少部分为高温碳的基体制造由复合材料制成的零件的方法，该方法至少包括：
-通过执行如上所述的方法，利用由化学气相渗透获得的高温碳基体相致密化多孔衬底，该多孔衬底形成待获得的零件的纤维预制体。
纤维预制体可由陶瓷线或碳材料线形成。
在示例性实施例中，纤维预制体具有环形形状并且由碳纤维制成。
在示例性实施例中，纤维预制体可以通过三维编织为一整件或由多个二维纤维层形成。
在示例性实施例中，该零件是摩擦零件，例如制动盘，如航空器制动盘。
可替代地，摩擦零件可以是用于陆地车辆，特别是汽车的制动盘，或者除盘之外的摩擦零件，特别是制动衬块。
具体实施方式
现在将描述其中多孔衬底被高温碳基体相致密化的实施例的步骤。在这种情况下，实施了化学气相渗透(cvi)技术。
根据替代方案，高温碳可形成在衬底的外表面上。在这种情况下，使用化学气相沉积(cvd)技术。
以下说明描述了cvi技术的实施例，但加以必要的修改，可适用于实施cvd技术的情况。本领域技术人员知道如何将操作条件从cvi调整到cvd或从cvd调整到cvi。
在第一步中首先形成多孔衬底。多孔衬底具有可进入的孔隙，其旨在由来自气相的高温碳全部或部分地填充。
多孔衬底可以是待获得的复合材料零件形状的纤维预制体。纤维预制体旨在构成待获得的零件的纤维增强。
纤维预制体可包括多个陶瓷线或碳线或这些线的混合物。例如，可以使用由日本公司ngs提供的名称为“nicalon”、“hi-nicalon”或“hi-nicalontypes”的碳化硅线。例如，可以使用由toray公司提供的名称为toraycat3003k的碳线。
纤维预制体可以通过至少一种使用线的纺织操作获得。
根据实施例，纤维预制体可通过叠加从碳前体线制成的纤维纺织品切割的层，例如通过针刺将层结合在一起，并通过热处理将前体转化为碳而制成。预制体也可以直接地由碳线制成的纤维纺织品的层制成，纤维纺织品的层例如通过针刺叠加并结合在一起。
环形预制体也可以通过将碳前体线的螺旋织物缠绕成叠置的匝，将匝例如通过针刺结合在一起并通过热处理使前体转化来制成。例如，可以参考文件us5,792,715、us6,009,605和us6,363,593。
根据替代方案，纤维预制体可以通过这种线的多层或三维编织获得。
“三维编织”或“3d编织”是指至少一些经线在几个纬线层上与纬线相互连接的编织方法。在本文中经线和纬线之间的角色互换是可以的，并且也应该被认为包含在权利要求中。
纤维预制体可以具有例如多缎纹编织，即，通过多层纬线的三维编织而获得的织物，其每层的基本编织等同于传统的缎纹型，编织但是该编织的某些点将纬线层结合在一起。或者，纤维预制体可具有互锁编织。“互锁编织或织物”是指3d编织，其中每层经线与多层纬线相互连接，同一经线柱中的所有线在编织平面中的运动相同。wo2006/136755中描述了可用于形成纤维预制体的各种多层编织方法。
也可以从诸如二维织物或单向网的纤维纺织品开始，并通过将这种纤维纺织品覆盖在模型上来获得纤维预制体。这些纺织品可以任选地通过例如缝纫或植入线相互连接以形成纤维预制体。
一旦获得，多孔衬底通过由气相获得的高温碳基体相致密化。基体涂覆纤维预制体的线。预制体的线存在于基体中。
本发明可以在适用于高温碳致密化的已知cvi设施中实施，该设施包括用于将二氧化碳气体注入反应室的附加导入线。可以通过在cvi中常用的引入气态前体的本身已知的设备将二氧化碳引入反应室。高温碳前体化合物和二氧化碳可以分别(通过不同的注入点)引入反应室。根据实施例，可将高温碳前体化合物和二氧化碳作为混合物(通过相同的注入点)直接引入反应室。优选地，在升高反应室的温度之前进行高温碳前体化合物和二氧化碳的混合，以便可以进行化学气相渗透或化学气相沉积。
气相包含(i)至少一种气态的高温碳前体化合物、(ii)气态的二氧化碳、和任选的(iii)稀释气体，例如中性气体，比如氩气。气相可基本上包含所述至少一种高温碳前体化合物、二氧化碳和任选存在的稀释气体。
在前体化合物是烃的情况下，所提出的高温碳形成的简化机制如下所示。在下面的化学方程式中，cxhy表示高温碳的烃前体，且自由基化合物用符号*标记。
cxhy+co2-＞co+oh*+cxhy-1*
oh*+cxhy-1*-＞h2o+cxhy-2
h2o+co->co2+h2。
如上面的化学方程式所示，二氧化碳最初与气相中的烃cxhy反应以获得一氧化碳和自由基反应中间体oh*和cxhy-1*。这些oh*和cxhy-1*反应中间体然后一起反应形成cxhy-2，cxhy-2具有c＝c双键且高温碳从中获得。一氧化碳与气相中存在的水蒸气反应形成分子氢，从而限制了pah的形成。
当前体化合物是烃时，后者可具有至少两个碳原子。烃中的碳原子数可以在2和5之间，并且例如可以等于3。烃可以是例如丙烷。可替代地，高温碳前体化合物可以是醇或多元醇。醇或多元醇可以是c2至c6。例如，乙醇可用作高温碳前体。
在高温碳形成过程中，反应室中的温度可以在980℃到1050℃之间，例如在1000℃到1020℃之间，且反应室中的压力可以在1kpa和2kpa之间，例如在1.3kpa和1.7kpa之间。
在高温碳的形成过程中，可以施加气相中的二氧化碳体积含量最多为15％，该含量是在将气相引入反应室时采用的。
除非另有说明，气相中的二氧化碳含量等于以下比率[引入反应室的二氧化碳体积]/[引入反应室的气相总体积]。
由气相形成的高温碳基体相可占据多孔衬底初始孔隙的至少50％、或甚至至少75％。多孔衬底可以被来自该气相的高温碳完全致密化。可替代地，致密化多孔衬底的基体的仅一部分可由来自该气相的高温碳形成，基体的其余部分具有不同的组成。基体的其余部分可以由例如不同于高温碳的陶瓷材料制成，例如由碳化硅制成。
不管所考虑的示例性实施例(cvi或cvd)如何，可以在同一反应室中由气相同时处理多个衬底。
表述“在……和……之间”应理解为包括界限值。