用于在流化床中涂覆纤维的方法与流程

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(也即是说，使其适用于形成结构部件的高机械性能)以及在高温下保持这些性能的能力。cmc部件可以包括沿最终复合部件应力方向梭织的长连续纤维制成的织物增强体。梭织步骤是昂贵的步骤，并且在部件具有复杂几何形状或小尺寸的情况下，梭织纤维增强体的使用可能具有局限性。实际上，对于产生小几何细节而言，最小梭织节距可能被证明过于粗糙。

2、为了克服该问题，人们已经考虑使用不再由连续长纤维构成的增强体，而是使用由分散在基质中的短纤维构成的增强体。然而，众所周知，cmc材料的功能化需要纤维和基质之间中间面结合的特定管理，以获得最终复合材料的可损坏性质。中间面的这种调节通常通过在纤维和基质之间插入中间相来实现。

3、除了中间相涂层外，在某些情况下，可能需要用额外的耐火涂层保护纤维增强体，以保护纤维免受后续基质形成步骤所造成的影响。

4、在梭织纤维增强体的情况下，中间相和额外耐火涂层的形成可以通过化学气相渗透来进行。然而，该沉积技术不能直接适用于涂覆短纤维。实际上，通过常规化学气相渗透技术处理的一堆短纤维将导致由沉积涂层导致的纤维间粘结所产生的部分固结的团聚物，并因此产生未单独涂覆的纤维。另一种可能的解决方案是通过滚动通过化学气相沉积室来涂覆连续长纤维，然后将这些经涂覆的长纤维切割至所需长度以获得经涂覆的短纤维。然而，获得短纤维的切割步骤可导致经切割纤维上的不均匀涂层，或者甚至导致对经切割的短纤维受损。不均匀涂层可能导致用于在熔融状态下通过渗透技术形成基质的熔融硅对纤维的化学侵蚀，因此导致降低部件的机械性能。

5、因此，期望有一种允许限制或甚至消除短纤维涂覆期间团聚物的形成、并改进所形成涂层均匀性的方法。

技术实现思路

1、本发明涉及一种涂覆纤维的方法，所述方法至少包括以下步骤：

2、-对平均长度小于或等于5mm的上浆短纤维进行脱浆，例如通过热处理进行脱浆，所述短纤维由陶瓷材料或碳制成，

3、-对脱浆的短纤维进行筛分，以将其与仍然存在的任何上浆短纤维团聚物分离，

4、-将经过脱浆和筛分的短纤维引入反应器；以及

5、-在流化床中通过化学气相沉积来涂覆反应器中的短纤维。

6、在脱浆后进行筛分，以减少纤维团聚物的存在，甚至消除纤维团聚物，然后在流化床中对短纤维进行涂覆。以此方式，获得以单一且均匀方式涂覆的短纤维。由此涂覆的短纤维因此可以用于形成复合材料部件的不连续纤维增强体。本发明对于生产小尺寸或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。

7、在筛分期间，纤维可以通过具有多个孔的筛，所述孔具有小于或等于500μm的平均尺寸，例如，小于或等于400μm，例如小于或等于250μm，例如，小于或等于200μm。

8、筛孔的这种细小的数值有利帮助进一步降低存在纤维团聚物的风险，并收紧短纤维的长度分布，从而进一步改善所形成涂层的单一性和均匀性。

9、除非另有说明，否则“平均”尺寸是指一半群体的统计粒度分布给出的尺寸，称为d50。

10、在一个示例性实施方式中，对脱浆的短纤维进行筛分包括：使这些纤维通过具有多个第一孔的第一筛，以获得第一筛下颗粒，所述第一孔具有第一平均尺寸；以及使所述第一筛下颗粒通过具有多个第二孔的第二筛，以获得第二筛下颗粒，形成经过脱浆和筛分的短纤维，所述第二孔的第二平均尺寸小于所述第一平均尺寸。

11、该特征帮助进一步降低纤维团聚的风险，从而进一步改善所形成涂层的单一性和均匀性。

12、具体来说，第一平均尺寸可以小于或等于500μm，并且第二平均尺寸小于或等于200μm。

13、在一个示例性实施方式中，短纤维在涂覆期间使用搅拌构件进行搅拌。

14、该特征帮助进一步降低存在纤维团聚物的风险，从而进一步改善所形成涂层的单一性和均匀性。

15、在一个示例性实施方式中，在涂覆期间，使用振动构件在所述反应器上施加振动运动。

16、该特征帮助进一步降低存在纤维团聚物的风险，从而进一步改善所形成涂层的单一性和均匀性。

17、在一个示例性实施方式中，短纤维由碳化硅制成。当然，作为替代方式，短纤维可以由另一材料形成，所述另一材料为例如碳、氧化物或氮化物。

18、在一个示例性实施方式中，在涂覆期间，至少一层如下材料沉积在短纤维上：热解碳、氮化硼、硅掺杂氮化硼、氮化硅或硼掺杂碳。该类涂层尤其可以与碳化硅纤维的使用相结合。

19、本发明还涉及一种制造复合材料部件的方法，所述方法指至少包括：

20、-实施如上所述的方法，以获得经涂覆的短纤维；

21、-使经涂覆的短纤维成型，以形成待获得的部件的多孔预制件；以及

22、-在预制件的孔隙中形成基质，以获得所述复合材料部件。

23、在一个示例性实施方式中，所述基质通过将熔融硅或熔融硅合金的组合物渗透到预制件的孔中来形成。

24、本发明还涉及一种制造复合材料部件的方法，所述方法至少包括：

25、-实施如上所述的方法，以获得经涂覆的短纤维；

26、-将所述经涂覆的短纤维与基质材料或基质前体混合；以及

27、-将由此获得的混合物引入模具中，并对所引入的混合物进行热处理，以获得所述复合材料部件。

28、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。

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

1.一种涂覆纤维的方法，所述方法至少包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，对脱浆的短纤维进行筛分包括：使这些纤维通过具有多个第一孔的第一筛，以获得第一筛下颗粒，所述第一孔具有第一平均尺寸，以及使所述第一筛下颗粒通过具有多个第二孔的第二筛，以获得第二筛下颗粒，形成经脱浆和筛分的短纤维，所述第二孔的第二平均尺寸小于所述第一平均尺寸。

3.如权利要求2所述的方法，第一平均尺寸小于或等于500μm，并且第二平均尺寸小于或等于200μm。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，短纤维在涂覆期间使用搅拌构件进行搅拌。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在涂覆期间，使用振动构件在所述反应器上施加振动运动。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在涂覆期间，至少一层如下材料沉积在短纤维上：热解碳、氮化硼、硅掺杂氮化硼、氮化硅或硼掺杂碳。

7.一种制造复合材料部件的方法，所述方法至少包括：

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述基质通过将熔融硅或熔融硅合金的组合物渗透到预制件的孔中来形成。

9.一种制造复合材料部件的方法，所述方法至少包括：