涂覆短纤维的方法与流程

本发明涉及一种在流化床中通过化学气相沉积涂覆短纤维的方法。

背景技术：

1、陶瓷基质复合材料(cmc材料)具有良好的热结构性能，换言之，具有高机械性能，使其适用于形成结构部件，并且能够在高温下保持这些性能。cmc部件可包括由在最终复合部件的应力方向上编织的长连续纤维形成的织物增强物。编织步骤是一个昂贵的步骤，并且在具有复杂几何形状或小尺寸的部件的情况下，编织纤维增强物的使用可能存在限制。事实上，最小编织节距对于产生小的几何细节来说可能太粗糙了。

2、为了解决这个问题，已经设想使用不再由长的连续纤维形成，而是由分散在基质中的短纤维形成的增强物。然而，众所周知，cmc材料的功能需要对纤维和基质之间的界面结合进行特定管理，以获得复合材料最终难以损坏的特性。界面的这种调制通常通过在纤维和基质之间定位中间相来获得。

3、除了中间相涂层之外，在某些情况下可能需要通过额外的耐火涂层来保护纤维增强物，以保护纤维免受后续基质形成步骤产生的应力影响。

4、在编织纤维增强物的情况下，中间相和额外的耐火涂层的形成可以通过化学气相渗透来进行。这种沉积技术并不总是直接适用于涂覆短纤维。事实上，通过这种常规化学气相渗透技术处理的一团短纤维将导致部分固结的附聚物，这是由于纤维被沉积涂层粘合在一起而导致的，因此导致纤维未以均匀和单一化的方式涂覆。另一种可能的解决方案是通过进入化学气相沉积室来涂覆连续的长纤维，然后将这些涂覆的长纤维切割成所需的长度以获得涂覆的短纤维。然而，获得短纤维的切割步骤可能导致切割纤维上的涂层不均匀，或者甚至导致其损坏。在通过熔体渗透(mi)或反应性熔体渗透(rmi)方法进行固结的特定情况下，不均匀的涂层会导致纤维受到用于通过熔体渗透技术形成基质的熔融硅的化学侵蚀，从而导致部件的机械性能下降。

5、因此，希望有一种方法可以限制，甚至防止在短纤维的涂覆过程中聚集体的形成，并提高所形成涂层的均匀性。

技术实现思路

1、本发明涉及一种涂覆纤维的方法，该方法至少包括：

2、-在流化床中通过化学气相沉积对平均长度小于或等于5mm的短纤维进行涂覆，被处理的短纤维由陶瓷材料或碳制成并与不同于所述短纤维的间隔颗粒混合，所述间隔颗粒的平均直径大于或等于20μm。

3、除非另有说明，否则“平均”尺寸应表示由统计粒度分布给出的一半总数的尺寸，称为d50。

4、本发明提出在流化床中使用化学气相沉积技术涂覆短纤维，同时向短纤维中添加间隔颗粒，这使得它们能够分离并限制甚至防止在涂覆过程中聚集体的形成。因此，获得以单一化且均匀的方式涂覆的短纤维。如此涂覆的短纤维然后可用于形成复合材料部件的不连续纤维增强物。本发明对于生产小的或具有复杂几何形状的复合材料部件特别有价值，但不限于这些应用。

5、在示例性实施方式中，间隔颗粒在与短纤维的混合物中以按体积计至少5％，例如至少25％，例如至少50％的含量存在。换句话说，比率r＝[间隔颗粒的体积]/[(间隔颗粒的体积)+(短纤维的体积)]，该比率大于或等于5％，例如大于或等于25％，例如大于或等于50％。

6、这些特征使得在涂覆期间进一步分离颗粒成为可能，并且在上浆剂保留在处理过的纤维上的情况下具有特别的优势，以减少由该上浆剂附聚的纤维团块并获得单一化且均匀的纤维涂层。

7、在一个示例性实施方式中，间隔颗粒的平均直径大于或等于50μm，例如大于或等于100μm。

8、这种特征使得可以在涂覆期间进一步分离颗粒并且进一步改进所形成的涂层的均匀性和单一化特性。

9、在一个示例性实施方式中，在涂覆期间，使用搅拌构件搅拌短纤维和间隔颗粒的混合物。

10、这种特征还可以进一步降低在涂覆过程中获得不需要的聚集体的风险。

11、在一个示例性实施方式中，短纤维和间隔颗粒在涂覆期间存在于反应器中，并且在涂覆期间使用振动构件将振动运动施加到所述反应器上。

12、这种特征还可以进一步降低在涂覆过程中获得不需要的聚集体的风险。

13、在一个示例性实施方式中，短纤维由碳化硅制成。当然，短纤维也可以由另一种材料形成，例如碳、氧化物或氮化物。

14、在一个示例性实施方式中，在短纤维上沉积至少一层以下材料：热解碳、氮化硼、掺硅氮化硼、氮化硅或掺硼碳。这种类型的涂层尤其可以与碳化硅纤维的使用相结合。

15、在一个示例性实施方式中，该方法包括：

16、-将短纤维和间隔颗粒引入反应器中，短纤维涂覆有上浆剂，

17、-退浆，例如通过热处理进行退浆，以去除反应器中短纤维的全部或部分上浆剂，然后

18、-如上所述在反应器中涂覆短纤维。

19、这样的实施方式涉及在同一反应器中处理纤维以进行退浆和涂覆的情况。在这种情况下使用间隔颗粒是特别有利的，以便打散尽管进行了退浆但是仍可能残留的附聚纤维团块。

20、本发明还涉及一种制造复合材料部件的方法，该方法至少包括：

21、-实施如上所述的方法，以获得涂覆的短纤维，

22、-将涂覆的短纤维与至少一部分间隔颗粒分离，

23、-对如此与间隔颗粒分离的涂覆的短纤维进行模塑，以形成待获得的部件的多孔预制件，和

24、-在预制件的孔中形成基质以获得复合材料部件。

25、本发明还涉及一种制造复合材料部件的方法，该方法至少包括：

26、-实施如上所述的方法，以获得涂覆的短纤维，

27、-将涂覆的短纤维与至少一部分间隔颗粒分离，

28、-将如此与间隔颗粒分离的涂覆的短纤维与基质材料或基质前体混合，和

29、-将如此获得的混合物引入模具中并对引入的混合物进行热处理，以获得复合材料部件。

30、可采用多种方法将涂覆的短纤维与间隔颗粒分离。特别地，可以进行筛分以将涂覆的短纤维与至少一部分间隔颗粒由于它们的尺寸差异而分离。或者，可以磁力吸引至少一部分间隔颗粒，以将它们与涂覆的短纤维分离。在这种情况下，至少一部分间隔颗粒被磁化以便能够通过磁引力进行这种分离。

31、在一个示例性实施方式中，基质包括至少一种陶瓷基质相，例如碳化硅基质相。

32、在一个示例性实施方式中，部件可以是涡轮机部件，例如航空涡轮机或工业涡轮机的部件。

1.一种涂覆纤维(11)的方法，所述方法至少包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述间隔颗粒(13)在与短纤维(11)的混合物中的含量至少为5体积％。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述间隔颗粒(13)在与短纤维(11)的混合物中的含量至少为25体积％。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述间隔颗粒(13)在与短纤维(11)的混合物中的含量至少为50体积％。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，间隔颗粒(13)的平均直径大于或等于50μm。

6.如权利要求5所述的方法，其中，间隔颗粒(13)的平均直径大于或等于100μm。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在涂覆期间，使用搅拌构件(32)对短纤维(11)和间隔颗粒(13)的混合物进行搅拌。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，短纤维(11)和间隔颗粒(13)在涂覆期间存在于反应器(3)中，并且其中在涂覆期间使用振动构件(20；21)将振动运动施加到所述反应器上。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，短纤维(11)由碳化硅制成，其中，在短纤维上沉积至少一层以下材料：热解碳、氮化硼、掺硅氮化硼、氮化硅或掺硼碳。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：

11.一种用于制造复合材料部件的方法，所述方法至少包括：

12.一种用于制造复合材料部件的方法，所述方法至少包括：