BR102016003814A2

BR102016003814A2 - artigo compósito de matriz cerâmica e método para formar um artigo compósito de matriz cerâmica

Info

Publication number: BR102016003814A2
Application number: BR102016003814A
Authority: BR
Inventors: James Dale Steibel
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-09-20
Also published as: CN105924200A; CN105924200B; CA2920513A1; CA2920513C; EP3061737A1; EP3061737B1; JP2016196395A; JP6914002B2

Abstract

trata-se de um artigo compósito de matriz cerâmica que inclui um substrato de compósito de matriz cerâmica de infiltração por fusão que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção de silício livre, e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de infiltração por fusão que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do substrato, ou uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de impregnação e pirólise de polímero que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do substrato. a segunda proporção de silício livre é menor que a primeira proporção de silício livre.

Description

“ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA E MÉTODO PARA FORMAR UM ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA” Referência Cruzada a Pedido Relacionado [001] Este pedido está relacionado ao pedido de patente cedido à mesma cessionária e codepositado de número de série 14/632.030, depositado em 26 de fevereiro de 2015, de Luthra et aí. e intitulado "Ceramic Matrix Composite Articles And Methods For Forming Same" (número do dossiê do advogado 269441-1), que é por meio deste incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

Campo da Técnica [002] A presente revelação refere-se, em geral, a compósitos de matriz cerâmica (CMC) e, mais particularmente, a artigos e métodos para formar artigos compósitos de matriz cerâmica.

Antecedentes da Invenção [003] Os compósitos de matriz cerâmica incluem, em geral, um material de reforço de fibra cerâmica embutido em um material de matriz cerâmica. O material de reforço serve como o constituinte de suporte de carga do CMC no caso de uma fratura de matriz, enquanto a matriz cerâmica protege o material de reforço, mantém a orientação de suas fibras e serve para dissipar cargas para o material de reforço. De interesse particular para aplicações em alta temperatura, como em turbinas a gás, são compósitos à base de silício, que incluem carbeto de silício (SiC) como a matriz e/ou material de reforço.

[004] Diferentes métodos de processamento foram empregados na formação de CMCs. Por exemplo, uma abordagem inclui infiltração por fusão (Ml), que emprega um silício fundido para infiltrar no interior de uma pré-forma contendo fibra. Os CMCs formados por Ml são, em geral, completamente densos, por exemplo, tendo, em geral, nenhuma porosidade residual. Outra abordagem para formar CMCs é a infiltração química a vapor (CVI). A CVI é um processo por meio do qual um material de matriz é infiltrado no interior de uma pré-forma fibrosa com o uso de gases reativos em temperatura elevada para formar o compósito reforçado por fibra. Em geral, limitações introduzidas pela difusão dos reagentes no interior da pré-forma e gases de subprodutos que se difundem para fora da pré-forma resultam em uma porosidade residual relativamente alta entre cerca de 10 por cento e cerca de 15 por cento no compósito. Em particular, tipicamente na formação de CMCs com o uso de CVI, a porção externa do compósito formado por CVI tem tipicamente uma porosidade menor que a porosidade da porção interna do compósito. Outra aproximação para formar CMCs inclui inicialmente empregar um processo de CVI parcial seguido de um processo de Ml. Essa aproximação geralmente produz menor porosidade residual entre cerca de 5 por cento e cerca de 7 por cento.

[005] Há uma necessidade por compósitos de matriz cerâmica (CMC) adicionais e, mais particularmente, por artigos e métodos para formar artigos compósitos de matriz cerâmica.

Descrição Resumida [006] A presente revelação fornece, em um primeiro aspecto, um artigo compósito de matriz cerâmica que inclui um substrato de compósito de matriz cerâmica de infiltração por fusão, que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção de silício livre, e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de infiltração por fusão, que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do substrato, ou uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de impregnação e pirólise de polímero, que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do substrato. A segunda proporção de silício livre é menor que a primeira proporção de silício livre.

[007] A presente revelação fornece, em um segundo aspecto, um método para formar um artigo compósito de matriz cerâmica. O método inclui formar um substrato de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção de silício livre por infiltração por fusão, formar uma camada externa de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre por infiltração por fusão ou impregnação e pirólise de polímero disposta em pelo menos uma porção do substrato, e em que a segunda proporção de silício livre é menor que a primeira proporção de silício livre.

Figuras [008] As antecedentes e outras funções, aspectos e vantagens desta revelação se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir dos vários aspectos da revelação tomados em conjunto com os desenhos anexos, em que: A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um artigo compósito de matriz cerâmica de acordo com aspectos da presente revelação que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica; A Figura 2 é uma vista em corte transversal do substrato de compósito de matriz cerâmica do artigo compósito de matriz cerâmica da Figura 1; A Figura 3 é uma vista em corte transversal do substrato de compósito de matriz cerâmica da Figura 2 com a camada externa de compósito de matriz cerâmica; A Figura 4 é uma vista em corte transversal de um artigo CMC de acordo com aspectos da presente revelação que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica; A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um artigo CMC de acordo com aspectos da presente revelação que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica; A Figura 6 é uma vista em corte transversal de uma porção de um envoltório de turbina de CMC de acordo com aspectos da presente revelação que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica; A Figura 7 é uma vista em perspectiva explodida de uma palheta de turbina de acordo com aspectos da presente revelação que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica; A Figura 8 é uma vista em perspectiva explodida de uma porção de um bocal de turbina de acordo com aspectos da presente revelação que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica; e A Figura 9 é um fluxograma de um método para formar um artigo CMC que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de acordo com aspectos da presente revelação.

Descrição Detalhada [009] A descrição detalhada facilita a explicação de certos aspectos da revelação e não deve ser interpretada como limitante do escopo da revelação. Além disso, uma linguagem de aproximação, como usada no presente documento ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que podería variar de forma permissível sem resultar em uma alteração na função básica a qual é relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, tal como “cerca de”, não é limitado ao valor preciso especificado. Em alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Ao introduzir os elementos de diversas realizações, os artigos “um”, “uma”, “o”, "a", “dito” e "dita" são destinados a significar que existem um ou mais dos elementos. Os termos “que compreende”, “que inclui” e “que tem” são destinados a serem inclusivos e significam que podem existir elementos adicionais além dos elementos listados. Conforme usado no presente documento, os termos “pode” e “pode ser” indicam uma possibilidade de uma ocorrência dentro de um conjunto de circunstâncias; uma posse de uma propriedade, característica ou função especificada; e/ou qualificar outro verbo expressando-se um ou mais dentre uma habilidade, capacidade ou possibilidade associada ao verbo qualificado. Consequentemente, o uso de “pode” e “pode ser” indica que um termo modificado é aparentemente apropriado, capaz ou adequado para uma capacidade, função ou uso indicado, enquanto leva em consideração que, em algumas circunstâncias, o termo modificado pode, algumas vezes, não ser apropriado, capaz ou adequado. Quaisquer exemplos de parâmetros operacionais não são exclusivos de outros parâmetros das realizações reveladas. Os componentes, aspectos, funções, configurações, arranjos, usos e similares descritos, ilustrados ou de outro modo revelados no presente documento em relação a qualquer realização específica podem ser aplicados de maneira similar a qualquer outra realização revelada no presente documento.

[010] Em geral, a presente revelação é direcionada para artigos compósitos de matriz cerâmica (CMC) que têm, em geral, boas propriedades mecânicas, como resistência à tração e/ou à compressão, juntamente com resistência à fluência aumentada, como resistência à deformação ou alteração de formato ao longo do tempo devido à tensão e/ou capacidade de temperatura aumentada. Por exemplo, um artigo CMC pode incluir um substrato de CMC e uma cobertura ou camada de CMC externa. O substrato de CMC e a cobertura ou camada de CMC externa podem ter propriedades diferentes que permitam adaptação do artigo CMC para resultar em um artigo CMC que tem, em geral, boas propriedades mecânicas com resistência à fluência aumentada (resistência à deformação ou alteração de formato ao longo do tempo devido à tensão) e/ou capacidade de temperatura aumentada. A técnica da presente revelação resulta em tanto o substrato de CMC quanto a camada externa de CMC sendo CMCs com um material de reforço e, portanto, tanto o substrato de CMC quanto a camada externa de CMC oferecem propriedades mecânicas como resistência à tração e/ou à compressão. Além disso, a camada externa de CMC também pode oferecer resistência à fluência aumentada e/ou capacidade de temperatura aumentada ao artigo CMC. Tal técnica da presente revelação pode ser vantajosa em componentes de CMC nos quais as tensões superficiais são altas e nos quais a fluência é tipicamente um problema e/ou nos quais altas temperaturas são experimentadas. Por exemplo, muitos componentes de turbina têm tensões térmicas e mecânicas que simulam uma condição de flexão. Na flexão, as tensões no plano são maiores nas superfícies. Portanto, colocar um material mais resistente à fluência e com maior capacidade de temperatura na superfície pode aperfeiçoar a resposta de fluência e/ou a capacidade térmica da estrutura como um todo.

[011] A Figura 1 ilustra um artigo CMC 10 que tem um substrato de CMC 20 e uma cobertura ou camada externa de CMC 50 de acordo com aspectos da presente revelação. Como descrito em maiores detalhes abaixo, o substrato de CMC 20 pode incluir um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção ou teor de silício livre (por exemplo, a quantidade de silício livre em relação ao substrato como um todo) e a camada externa de CMC 50 pode incluir um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica disposto em uma superfície externa de pelo menos uma porção do substrato de CMC. A camada externa de CMC 50 pode incluir uma segunda proporção ou teor de silício livre (por exemplo, a quantidade de silício livre em relação à camada externa como um todo) menor que a primeira proporção ou teor de silício livre. O substrato de CMC 20 pode ser um substrato de carbeto de silício rico em silício que tem, por exemplo, silício livre (por exemplo, mais de 0 por cento a cerca de 30 por cento, entre 5 por cento e cerca de 30 por cento, entre cerca de 5 por cento e cerca de 20 por cento, entre cerca de 5 por cento e cerca de 15 por cento, cerca de ou mais de 5 por cento, cerca de ou mais de 10 por cento, cerca de ou mais de 15 por cento, cerca de ou mais de 20 por cento, cerca de ou mais de 30 por cento, ou mais silício livre em volume de fase de silício elementar ou liga de silício). O substrato de CMC 20 pode ter, em geral, densidade completa, ou nenhuma ou pequena porosidade (por exemplo, cerca de 0 por cento, menos de 5 por cento, ou entre cerca de 0 por cento e menos de 5 por cento).

[012] A camada externa de CMC 50 pode ser, em geral, de menos de cerca de 10 por cento, menos de 10 por cento, menos de cerca de 5 por cento, ou menos de 5 por cento em volume de fase de silício elementar ou liga de silício, carbeto de silício puro (por exemplo, 0 por cento), em geral, nenhum ou zero carbeto de silício com teor de silício livre (por exemplo, cerca de 0 por cento), ou carbeto de silício levemente rico em carbono (por exemplo, uma relação de 0,995 de silício para 1,005 de carbono). A camada externa de CMC 50 pode ter uma porosidade entre cerca de 5 por cento a cerca de 30 por cento, entre cerca de 5 por cento e cerca de 10 por cento, ou de cerca de 10 por cento a cerca de 20 por cento.

[013] O substrato de CMC 20 pode ser formado por um primeiro processo e a camada externa de CMC 50 pode ser formada por um segundo processo diferente do primeiro processo. Por exemplo, o substrato de CMC pode ser formado usando-se um processo de infiltração por fusão e a camada externa pode ser formada usando-se um processo de infiltração por fusão ou um processo de impregnação e pirólise de polímero. A camada externa 50 pode ter melhor resistência à fluência que o substrato 20 e pode resultar em um artigo CMC 10 que tem uma resistência à fluência maior que uma resistência à fluência de um artigo CMC que não tem camada externa 50. A camada externa de CMC 50, que pode ter nenhum silício elementar livre ou liga de silício, pode ter melhores capacidades de temperatura (por exemplo, maiores que o ponto de fusão do silício) em comparação ao substrato de CMC 20 (que pode incluir silício livre) e pode resultar em um artigo CMC 10 que tem capacidades de temperatura maiores que as capacidades de temperatura de um artigo CMC que não tem camada externa 50.

[014] Em referência à Figura 2, o artigo CMC 10 (Figura 1) pode incluir inicialmente a formação do substrato de CMC 20. Uma região de superfície do substrato de CMC 20 pode incluir múltiplas palhetas 22, cada uma derivada de um pré-impregnado individual que inclui estopas 24 de fibras 25 alinhadas unidirecionalmente impregnadas com um precursor de matriz cerâmica. Como resultado, cada palheta 22 contém fibras alinhadas unidirecionalmente 25 encaixadas em uma matriz cerâmica 26 formada por conversão do precursor de matriz cerâmica durante ignição e infiltração por fusão.

[015] Por exemplo, o substrato de CMC 20 pode ser fabricado a partir de múltiplas camadas de "pré-impregnado", frequentemente na forma de uma estrutura do tipo fita, que compreendem o material de reforço do CMC desejado impregnado com um precursor do material de matriz de CMC. O pré-impregnado pode passar por processamento (incluindo ignição) para converter o precursor na cerâmica desejada. Os pré-impregnados podem ser materiais de compósito cerâmico reforçado por fibra contínua (CFCC) e podem incluir uma disposição de fibra bidimensional que compreende uma única camada de estopas alinhadas unidirecionalmente impregnadas com um precursor de matriz para criar, em geral, um laminado bidimensional. Múltiplos estratos dos pré-impregnados resultantes são empilhados e reduzidos de volume para formar uma pré-forma laminada, um processo chamado de "sobreposição". Os pré-impregnados podem ser dispostos de modo que as estopas das camadas de pré-impregnado sejam orientadas de modo transversal (por exemplo, perpendiculares) ou a um ângulo umas em relação às outras, o que fornece maior resistência no plano laminar da pré-forma (que corresponde às direções principais (suporte de carga) do componente de CMC final).

[016] Em seguida à sobreposição, a pré-forma laminada pode passar por redução de volume e cura enquanto submetida a pressão aplicada e uma temperatura elevada, como em um autoclave. No caso de infiltração por fusão (Ml), a pré-forma reduzida de volume e curada passa por processamento adicional. Primeiro, a pré-forma pode ser aquecida em vácuo ou em uma atmosfera inerte a fim de decompor os aglutinantes orgânicos, pelo menos um dos quais pirolisa durante esse tratamento térmico para formar cinzas de carbono, e produz uma pré-forma porosa para infiltração por fusão. Com aquecimento adicional, seja como parte do mesmo ciclo de aquecimento como a etapa de queima de aglutinante ou em uma etapa de aquecimento subsequente independente, a pré-forma é infiltrada por fusão, como com silício fundido suprido externamente. O silício fundido infiltra no interior da porosidade, reage com o constituinte de carbono da matriz para formar carbeto de silício e preenche a porosidade para produzir o substrato de CMC desejado.

[017] Em referência à Figura 3, o artigo CMC 10 pode incluir a formação da camada externa 50 sobre o substrato de CMC 20 formado inicialmente. Por exemplo, uma palheta 52 pode ser derivada de um pré-impregnado individual que inclui estopas 54 alinhadas unidirecionalmente impregnadas com um precursor de matriz cerâmica. A palheta 52 contém fibras 55 alinhadas unidirecionalmente encaixadas em uma matriz cerâmica 56 formada pela conversão do precursor de matriz cerâmica durante ignição e infiltração por fusão (Ml).

[018] Por exemplo, a camada externa de CMC 50 pode ser fabricada a partir de uma camada de "pré-impregnado", frequentemente na forma de uma estrutura do tipo fita, que compreende o material de reforço do CMC desejado impregnado com um precursor do material de matriz de CMC. O pré-impregnado passa por processamento (incluindo ignição) para converter o precursor na cerâmica desejada. O pré-impregnado pode ser um material de compósito cerâmico reforçado por fibra contínua (CFCC) e pode incluir uma disposição de fibra bidimensional que compreende uma única camada de estopas alinhadas unidirecionalmente impregnadas com um precursor de matriz para criar, em geral, um laminado bidimensional. Um estrato do pré-impregnado pode ser disposto em um substrato de CMC. O pré-impregnado pode ser disposto de modo que as estopas da camada de pré-impregnado sejam orientadas de modo transversal (por exemplo, perpendicular) ou a um ângulo em relação às estopas da camada mais externa do substrato de CMC.

[019] A camada de pré-impregnado pode passar por cura enquanto submetida a pressão aplicada e uma temperatura elevada, como em um autoclave, ou aplicação localizada de pressão e calor. No caso de infiltração por fusão, a camada de pré-impregnado disposta sobre o substrato de CMC pode ser aquecida em vácuo ou em uma atmosfera inerte a fim de decompor os aglutinantes orgânicos, pelo menos um do quais pirolisa durante esse tratamento térmico para formar cinzas de carbono, e produz uma camada porosa para infiltração por fusão. Com aquecimento adicional, seja como parte do mesmo ciclo de aquecimento como a etapa de queima de aglutinante ou em uma etapa de aquecimento subsequente independente, a camada é infiltrada por fusão, como com silício fundido suprido externamente. O silício fundido infiltra no interior da porosidade, reage com o constituinte de carbono da matriz para formar carbeto de silício e preenche a porosidade para produzir a camada externa de CMC desejada.

[020] Para formar a camada externa de CMC 50, um processo de infiltração por fusão pode ser igual ou diferente em comparação ao processo de infiltração por fusão empregado na formação do substrato de CMC 20. Por exemplo, empregar o mesmo processo de infiltração por fusão que o aplicado ao substrato na camada mais externa relativamente delgada pode resultar em uma camada externa 50 que tem um segundo teor de silício livre menor que o primeiro teor de silício livre do substrato. Alternativamente, o processo de infiltração por fusão pode ser adaptado (por exemplo, redução do tempo que a camada externa é disposta no banho de silício em comparação à formação do substrato) de modo que a camada externa resulte em uma camada externa 50 que tem um segundo teor de silício livre menor que o primeiro teor de silício livre do substrato.

[021] Em outra realização, o substrato de CMC e a camada externa de CMC podem ser formados ao mesmo tempo ou em tempos diferentes com o emprego de infiltração por fusão. Por exemplo, os pré-impregnados para formar o substrato e a camada externa podem ser diferentes. O pré-impregnado para a camada externa pode ser feito de um pré-impregnado que, após infiltração por fusão, consome mais do silício livre, o que resulta na camada externa que tem menos silício livre em comparação ao teor de silício livre do substrato. Tais pré-impregnados para o substrato podem incluir carbono e tais pré-impregnados para a camada externa podem incluir metais reativos adicionais, como molibdênio ou tântalo.

[022] Em outra realização, o substrato de CMC e a camada externa de CMC podem ser formados ao mesmo tempo com o emprego de um processo de infiltração por fusão. Por exemplo, após um processo de infiltração por fusão, um processo de extração de silício livre pode ser empregado para remover o silício livre da camada ou camadas mais externas para definir uma camada externa que tem menor teor de silício livre e maior porosidade em comparação ao teor de silício livre e porosidade do substrato.

[023] Novamente em referência à Figura 3, em outra realização de acordo com a presente revelação, o substrato pode ser formado por infiltração por fusão e a camada externa de CMC 50 pode ser formada por um processo de impregnação e pirólise de polímero (PIP). Por exemplo, um processo de PIP pode incluir embeber a pré-forma de fibra em um precursor polimérico líquido, que é primeiro curado (reticulado) e posteriormente pirolisado, o que converte o polímero em cerâmica. A seleção da pré-forma de fibra e do precursor polimérico líquido específicos pode resultar em uma camada externa 50 que tem um teor de silício livre que é menor que o teor de silício livre do substrato.

[024] A Figura 4 ilustra um artigo CMC 110 que tem um substrato de CMC 120 e uma cobertura ou camada externa de CMC 150 de acordo com aspectos da presente revelação. O substrato de CMC 120 pode incluir um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção ou teor de silício livre e a camada externa de CMC 150 pode incluir um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do substrato de CMC. A camada externa de CMC 150 pode incluir uma segunda proporção ou teor de silício livre menor que a primeira proporção ou teor de silício livre. O substrato de CMC 120 pode ser um substrato de carbeto de silício rico em silício que tem, por exemplo, silício livre (por exemplo, mais de 0 por cento a cerca de 30 por cento, entre 5 por cento e cerca de 30 por cento, entre cerca de 5 por cento e cerca de 20 por cento, entre cerca de 5 por cento e cerca de 15 por cento, cerca de ou mais de 5 por cento, cerca de ou mais de 10 por cento, cerca de ou mais de 15 por cento, cerca de ou mais de 20 por cento, cerca de ou mais de 30 por cento, ou mais silício livre em volume de fase de silício elementar ou liga de silício). Por exemplo, o substrato de CMC 120 pode ter, em geral, densidade completa, ou nenhuma ou pequena porosidade (por exemplo, cerca de 0 por cento, menos de 5 por cento, ou entre cerca de 0 e menos de 5 por cento).

[025] A camada externa de CMC 150 pode ser, em geral, de menos de cerca de 10 por cento, menos de 10 por cento, menos de cerca de 5 por cento, ou menos de 5 por cento em volume de fase de silício elementar ou liga de silício, carbeto de silício puro (por exemplo, 0 por cento), em geral, nenhum ou zero carbeto de silício com teor de silício livre (por exemplo, cerca de 0 por cento), ou carbeto de silício levemente rico em carbono (por exemplo, uma relação de 0,995 de silício para 1,005 de carbono). A camada externa de CMC 150 pode ter uma porosidade entre cerca de 5 por cento a cerca de 30 por cento, entre cerca de 5 por cento e cerca de 10 por cento, ou de cerca de 10 por cento a cerca de 20 por cento.

[026] O substrato de CMC 120 pode ser formado por um primeiro processo e a camada externa de CMC 150 pode ser formada por um segundo processo diferente do primeiro processo. Por exemplo, o substrato de CMC pode ser formado usando-se um processo de infiltração por fusão e a camada externa pode ser formada usando-se um processo de infiltração por fusão ou um processo de impregnação e pirólise de polímero. A camada externa 150 que tem melhor resistência à fluência que o substrato 120 pode resultar em um artigo CMC 110 que tem uma resistência à fluência maior que uma resistência à fluência de um artigo CMC que não tem camada externa 150. A camada externa de CMC 150, que pode ter nenhum silício elementar livre ou liga de silício, pode ter melhores capacidades de temperatura (por exemplo, maiores que o ponto de fusão do silício) em comparação ao substrato de CMC 120 (que pode incluir silício livre) e pode resultar em um artigo CMC 110 que tem capacidades de temperatura maiores que as capacidades de temperatura de um artigo CMC que não tem camada externa 150.

[027] O artigo CMC 110 pode incluir inicialmente a formação do substrato de CMC 120 de uma maneira similar à observada acima em conexão com a formação do substrato 20 (Figura 2). Ainda em referência à Figura 4, o artigo CMC 110 pode incluir a formação da camada externa 150 sobre o substrato de CMC 120 formado inicialmente. Por exemplo, a camada externa 150 pode incluir uma pluralidade de palhetas 152, cada uma derivada de um pré-impregnado individual que inclui estopas alinhadas unidirecionalmente impregnadas com um precursor de matriz cerâmica. Cada palheta 152 pode conter fibras alinhadas unidirecionalmente encaixadas em uma matriz cerâmica formada por conversão do precursor de matriz cerâmica durante ignição.

[028] Por exemplo, a camada externa de CMC 150 pode ser fabricada a partir de uma pluralidade de camadas de "pré-impregnado", frequentemente na forma de uma estrutura do tipo fita, que compreende o material de reforço do CMC desejado impregnado com um precursor do material de matriz de CMC. O pré-impregnado passa por processamento (incluindo ignição) para converter o precursor na cerâmica desejada. Os pré-impregnados podem ser materiais de compósito cerâmico reforçado por fibra contínua (CFCC) e podem incluir uma disposição de fibra bidimensional que compreende uma única camada de estopas alinhadas unidirecionalmente impregnadas com um precursor de matriz para criar, em geral, um laminado bidimensional. A pluralidade de estratos dos pré-impregnados resultantes é empilhada e reduzida em volume. Os pré-impregnados são tipicamente dispostos de modo que as estopas das camadas de pré-impregnado sejam orientadas de modo transversal (por exemplo, perpendiculares) umas às outras ou a um ângulo em relação às estopas da camada mais externa do substrato de CMC.

[029] A pluralidade de camadas pode tipicamente passar por redução de volume e cura enquanto submetida a pressão aplicada e uma temperatura elevada, como em um autoclave, ou aplicação localizada de pressão e calor. No caso de infiltração por fusão, a pluralidade de camadas reduzida de volume e curada disposta sobre o substrato de CMC pode ser aquecida em vácuo ou em uma atmosfera inerte a fim de decompor os aglutinantes orgânicos, pelo menos um dos quais pirolisa durante esse tratamento térmico para formar cinzas de carbono, e produz uma camada porosa para infiltração por fusão. Com aquecimento adicional, seja como parte do mesmo ciclo de aquecimento como a etapa de queima de aglutinante ou em uma etapa de aquecimento subsequente independente, a camada porosa é infiltrada por fusão, como com silício fundido suprido externamente. O silício fundido infiltra no interior da porosidade, reage com o constituinte de carbono da matriz para formar carbeto de silício e preenche a porosidade para produzir a camada externa de CMC desejada.

[030] Para formar a camada externa de CMC 150, um processo de infiltração por fusão pode ser igual ou diferente em comparação ao processo de infiltração por fusão empregado na formação do substrato de CMC 120. Por exemplo, empregar o mesmo processo de infiltração por fusão que o aplicado ao substrato na camada mais externa pode resultar em uma camada externa 150 que tem um segundo teor de silício livre menor que o primeiro teor de silício livre do substrato. Alternativamente, o processo de infiltração por fusão pode ser adaptado (por exemplo, redução do tempo que a camada externa é disposta no banho de silício em comparação à formação do substrato) de modo que a camada externa resulte em uma camada externa 150 que tem um segundo teor de silício livre que é menor que o primeiro teor de silício livre do substrato.

[031] Em outra realização, o substrato de CMC e a camada externa de CMC podem ser formados ao mesmo tempo ou em tempos diferentes com o emprego de infiltração por fusão. Por exemplo, os pré-impregnados para formar o substrato e a camada externa podem ser diferentes. O pré-impregnado para a camada externa pode ser feito de um pré-impregnado que, após infiltração por fusão, consome mais do silício livre, o que resulta na camada externa que tem menos silício livre em comparação ao teor de silício livre do substrato. Tais pré-impregnados para o substrato podem incluir carbono e tais pré-impregnados para a camada externa pode incluir metais reativos adicionais, como molibdênio ou tântalo.

[032] Em outra realização, o substrato de CMC e a camada externa de CMC podem ser formados ao mesmo tempo com o emprego de um processo de infiltração por fusão. Por exemplo, após um processo de infiltração por fusão, um processo de extração de silício livre pode ser empregado para remover o silício livre da camada ou camadas mais externas para definir uma camada externa que tem menor teor de silício livre e maior porosidade em comparação ao teor de silício livre e porosidade do substrato.

[033] Ainda em referência à Figura 4, em outra realização de acordo com a presente revelação, o substrato pode ser formado por infiltração por fusão e a camada externa de CMC 150 pode ser formada por um processo de impregnação e pirólise de polímero (PIP). Por exemplo, um processo de PIP pode incluir embeber a pré-forma de fibra em um precursor polimérico líquido, que é primeiro curado (reticulado) e posteriormente pirolisado, convertendo o polímero em cerâmica. A seleção da pré-forma de fibra e do precursor polimérico líquido específicos pode resultar em uma camada externa 150 que tem um teor de silício livre que é menor que o teor de silício livre do substrato.

[034] Nas realizações acima, um material para as estopas pode ser fibras de SiC. Um exemplo de um material adequado para as estopas é o HI-NICALON® da Nippon Carbon Co., Ltda. Uma faixa adequada para os diâmetros das fibras é de cerca de dois a cerca de vinte micrômetros, apesar de que fibras com diâmetros maiores e menores também se encontram dentro do escopo desta revelação. As fibras podem ser, de preferência, revestidas com materiais para transmitir certas propriedades desejadas ao substrato de CMC e/ou à camada externa de CMC, como uma camada de interface de nitreto de carbono ou de boro (não mostrada). Aqueles versados na técnica entenderão que as indicações desta revelação também são aplicáveis a outras combinações de material de CMC e que tais combinações se encontram dentro do escopo desta revelação.

[035] Conforme descrito acima, a camada externa de CMC formada por um processo de infiltração por fusão ou um processo de impregnação e pirólise de polímero que tem pouca ou nenhuma fase de silício livre pode resultar na camada externa de CMC que tem maior resistência à fluência e/ou capacidade de temperatura que o substrato de CMC formado por Ml e que tem, em geral, densidade completa, ou nenhuma ou pouca porosidade, como cerca de 0 por cento, menos de 5 por cento, ou entre cerca de 0 e menos de 5 por cento. Além disso, o substrato de CMC como formado por uma infiltração por fusão de silício pode resultar em um substrato de carbeto de silício rico em silício que tem, por exemplo, 5 por cento, 10 por cento, 15 por cento, 20 por cento, 30 por cento, ou mais silício livre em volume de fase de silício elementar ou liga de silício. A camada externa de CMC pode ser, em geral, de menos de 5 por cento em volume de fase de silício elementar ou liga de silício, carbeto de silício puro, por exemplo, cerca de 1 para 1 de relação de silício para carbono, ou levemente rica em carbono, como uma relação de 0,995 de silício para 1,005 de carbono. A camada externa de CMC pode ter uma porosidade entre cerca de 5 por cento a cerca de 30, entre cerca de 5 por cento e cerca de 10 por cento, ou entre cerca de 10 por cento a cerca de 20 por cento. A espessura dos estratos ou da fita unidirecional para formar o artigo CMC pode ser de cerca de 127 mícrons (5 milipolegadas) a cerca de 254 mícrons (10 milipolegadas). O artigo CMC pode ser formado tendo um único estrato ou camada de fibras de reforço, uma pluralidade de estratos ou camadas de fibras de reforço, ou múltiplos estratos ou camadas de fibras de reforço para formar a camada externa de CMC. Por exemplo, o artigo CMC da presente revelação pode compreender um substrato de CMC formado de cerca de oito estratos ou camadas de fibras de reforço e infiltração por fusão e uma camada externa formada de um ou dois estratos ou camadas de fibras de reforço de modo que a camada externa possa ser cerca de 10 por cento a cerca de 25 por cento da espessura do artigo CMC. Em outras realizações do artigo compósito de matriz cerâmica, a camada externa pode ser cerca de 10 por cento a cerca de 50 por cento da espessura do artigo compósito de matriz cerâmica. Em outras realizações, o artigo CMC pode ter cerca de 50 a cerca de 100 estratos. Será entendido que outras configurações do número de estratos e espessura do substrato de CMC em relação à camada externa de CMC também são possíveis.

[036] Embora o artigo CMC possa ser formado por fitas de pré-impregnado unidirecionais, será entendido que uma fita de pré-impregnado tecida pode ser empregada para formar o substrato de CMC e/ou a camada externa de CMC. As fibras alinhadas na fita de pré-impregnado unidirecional podem resultar em menos poros que naquela resultante de um tecido de fibra pré-impregnada tecida. Além disso, uma ou mais camadas ou revestimentos adicionais podem ser formadas na camada externa de CMC do artigo CMC. Por exemplo, em algumas realizações, um sistema de revestimento de barreira ambiental (EBC) pode ser formado na camada externa.

[037] Além disso, o substrato e/ou a camada externa podem ser formados por um processo de infiltração por fusão de moldagem de pasta fluida, por exemplo, pelo emprego de uma pasta fluida de carbono, resina contendo carbono ou outro material carbonáceo e, opcionalmente, particulado de carbeto de silício que é introduzido no interior da porosidade de uma pré-forma fibrosa e, depois disso, silício fundido é infiltrado no interior do espaço restante para reagir com o material carbonáceo para formar carbeto de silício. A pré-forma fibrosa pode ser formada de um material tecido.

[038] A Figura 5 ilustra um artigo CMC 210 que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica 220 e camadas externas de compósito de matriz cerâmica 250 opostas de acordo com aspectos da presente revelação. A camada externa de CMC 250 pode se estender sobre todo o substrato de CMC ou apenas sobre uma porção do substrato de CMC 220, como em um lado e em ambos os lados de um substrato. O substrato 220 e a camada externa 250 podem ser formados de maneira similar e ter as características do substrato 20 (Figura 3) e 120 (Figura 4) e da camada externa 50 (Figura 3) e 150 (Figura 4), conforme descrito acima.

[039] A Figura 6 é uma vista em corte transversal de uma porção de um envoltório de turbina de CMC 310 que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica 320 e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica 350 de acordo com aspectos da presente revelação. Por exemplo, a camada externa 350 é disposta de modo adjacente ao fluxo de gás quente de uma turbina. O substrato 320 e a camada externa 350 podem ser formados de maneira similar e ter as características do substrato 20 (Figura 3) e 120 (Figura 4) e da camada externa 50 (Figura 3) e 150 (Figura 4), conforme descrito acima.

[040] A Figura 7 é uma vista em perspectiva explodida de uma palheta de turbina 400 que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica 420, uma camada externa de compósito de matriz cerâmica 450 e um sistema de camada de barreira ambiental 470 de acordo com aspectos da presente revelação, em geral. O substrato 420 e a camada externa 450 podem ser formados de maneira similar e ter as características do substrato 20 (Figura 3) e 120 (Figura 4) e da camada externa 50 (Figura 3) e 150 (Figura 4), conforme descrito acima.

[041] A Figura 8 é uma vista em perspectiva de uma porção de um bocal de turbina 500 que tem um substrato de compósito de matriz cerâmica 520, uma primeira camada externa de compósito de matriz cerâmica 550 e uma segunda camada externa de compósito de matriz cerâmica 555 de acordo com aspectos da presente revelação, em geral. A primeira camada externa 550 pode embalar ao redor da borda posterior do bocal. O substrato 520 e a camada externa 550 podem ser formados de maneira similar e ter as características do substrato 20 (Figura 3) e 120 (Figura 4) e da camada externa 50 (Figura 3) e 150 (Figura 4), conforme descrito acima.

[042] Conforme notado acima, em geral, artigos CMC formados somente com o uso de pré-formas uniformes e infiltração por fusão têm funções atrativas, incluindo uma densidade completa e propriedades mecânicas. Entretanto, devido ao silício livre resultante da infiltração por fusão, em temperaturas acima de cerca de 1.300 graus Celsius (cerca de 2.400 graus Fahrenheit), a resistência à fluência da matriz é deficiente, o que se manifesta por si só em resistências à ruptura de fluência e a Fadiga de Baixo Ciclo de Pico Sustentado (SPLCF) deficientes. Em temperaturas acima de cerca de 1.400 graus Celsius (cerca de 2.550 graus Fahrenheit), o silício livre funde. Os artigos CMC formados somente com o uso de infiltração química a vapor contêm porosidade significativa, o que leva a propriedades interlaminares deficientes e resistência à oxidação deficiente.

[043] A partir da presente descrição, será entendido que as técnicas da presente revelação superam os problemas associados aos artigos CMC formados somente por uma pré-forma uniforme com o uso de infiltração por fusão ou de infiltração química a vapor ao fornecer uma cobertura ou camada externa de CMC que oferece resistência à fluência aumentada e/ou capacidade de temperatura aumentada ao artigo CMC. A técnica proposta da presente revelação pode aumentar o limite de temperatura dos compósitos de matriz cerâmica por Ml atuais de cerca de 1.300 graus Celsius (cerca de 2.400 graus Fahrenheit) para temperaturas acima da temperatura de fusão do silício, aproximadamente 1.414 graus Celsius (aproximadamente 2.577 graus Fahrenheit). Por exemplo, a presente técnica pode oferecer o potencial de aumentar a capacidade de temperatura de compósitos CMC em entre cerca de 90 graus Celsius (cerca de 200 graus Fahrenheit) e cerca de 150 graus Celsius (cerca de 300 graus Fahrenheit). Isso pode ser possível quando o artigo é usado em um gradiente térmico no qual o substrato é mantido abaixo de cerca de 1.370 graus Celsius (cerca de 2.500 graus Fahrenheit), porém a superfície externa é permitida exceder a temperatura, como em um envoltório de turbina. Essa capacidade de temperatura pode levar a redução no Consumo de Combustível Específico (SFC) em grande percentual para motores de aeronaves e, portanto, redução em combustível e despesas para as companhias de aviação.

[044] Tal técnica da presente revelação pode ser vantajosa para aplicação a componentes de turbina de suporte de cerâmica ou silício, por exemplo, palhetas, pás, bocais, envoltórios de turbina, etc.

[045] A Figura 9 ilustra um método 600 para formar um artigo compósito de matriz cerâmica. O método inclui, em 610, formar um substrato de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção de silício livre por infiltração por fusão e, em 620, formar uma camada externa de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre por infiltração por fusão ou impregnação e pirólise de polímero disposta em pelo menos uma porção do substrato. A segunda proporção de silício livre é menor que a primeira proporção de silício livre.

[046] Em outras realizações da presente revelação, um artigo compósito de matriz cerâmica pode incluir um substrato de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção de silício livre, uma camada externa de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do substrato e a segunda proporção de silício livre é menor que a primeira proporção de silício livre.

[047] Em outras realizações da presente revelação, o artigo compósito de matriz cerâmica pode incluir um substrato de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira porosidade e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda porosidade disposta em pelo menos uma porção do substrato. A segunda porosidade é maior que a primeira porosidade.

[048] Em outras realizações da presente revelação, o artigo compósito de matriz cerâmica pode incluir um substrato de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira resistência à fluência e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda resistência à fluência disposta em pelo menos uma porção do substrato. A segunda resistência à fluência é maior que a primeira resistência à fluência.

[049] Deve ser entendido que a descrição acima é destinada a ser ilustrativa, e não restritiva. Várias alterações e modificações podem ser feitas na presente invenção por um indivíduo de habilidade comum na técnica, sem que se afaste do espírito e escopo gerais da revelação, conforme definido pelas reivindicações a seguir, bem como pelos equivalentes das mesmas. Por exemplo, as realizações (e/ou aspectos das mesmas) descritas acima podem ser utilizadas em combinação entre si. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular às indicações das várias realizações sem se afastar de seu escopo. Embora as dimensões e tipos de materiais descritos no presente documento sejam destinados a definir os parâmetros das várias realizações, os mesmos não são, de nenhum modo, limítantes e são meramente exemplificativos. Muitas outras realizações ficarão evidentes para aqueles versados na técnica pela análise da descrição acima. O escopo das várias realizações deveria, por esse motivo, ser determinado com referência às reivindicações anexas, juntamente com o escopo de equivalentes completo para o qual tais reivindicações são designadas. Nas reivindicações anexas, os termos “que inclui” e “no(a) qual” são usados como equivalentes do inglês simples dos termos respectivos “que compreende” e “em que”. Além disso, nas reivindicações seguintes, os termos “primeiro(a)” “segundo(a)” e “terceiro(a)” etc. são usados meramente como rótulos e não se destinam a impor requisitos numéricos a seus objetos. Também, o termo "operacionalmente" em conjunto com termos como acoplado, conectado, unido, vedado ou similares é usado no presente documento para se referir tanto às conexões que resultam de componentes separados e distintos que são acoplados direta ou indiretamente quanto a componentes que são formados integralmente (isto é, peça única, integral ou monolítica). Adicionalmente, as limitações das reivindicações a seguir não são escritas em um formato de meios-mais-função e não são destinadas a serem interpretadas com base no sexto parágrafo da seção §112 do título 35 do U.S.C., a menos que e até que tais limitações de reivindicações expressamente usem a expressão “meios para” seguida de um enunciado sem nenhum tipo de função ou estrutura adicional. Deve ser entendido que não necessariamente todos os objetivos ou vantagens descritos acima podem ser alcançados de acordo com qualquer realização específica. Portanto, por exemplo, aqueles versados na técnica irão reconhecer que os sistemas e técnicas descritos no presente documento podem ser incorporados ou executados de tal forma que alcance ou otimize uma vantagem ou grupo de vantagens, conforme indicado no presente documento, sem necessariamente alcançar outros objetos ou vantagens que podem ser indicados ou sugeridos no presente documento.

[050] Embora a revelação tenha sido descrita em detalhes em conjunto com apenas um número limitado de realizações, deve-se entender facilmente que a revelação não se limita a tais realizações reveladas. Em vez disso, a revelação pode ser modificada para incorporar qualquer número de variações, alterações, substituições ou arranjos equivalentes não descritos até o momento, mas que são proporcionais ao espírito e escopo da revelação. Adicionalmente, embora várias realizações tenham sido descritas, deve ser entendido que aspectos da revelação podem incluir apenas algumas das realizações descritas. Consequentemente, a revelação não deve ser vista como limitada pela descrição antecedente, mas é apenas limitada pelo escopo das reivindicações anexas.

[051] Esta descrição escrita usa exemplos, incluindo o melhor modo, e também habilita a qualquer pessoa versada na técnica a praticar a revelação, o que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da revelação é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a serem abrangidos pelo escopo das reivindicações caso tenham elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações ou caso incluam elementos estruturais equivalentes às diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Reivindicações

Claims

1. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato de compósito de matriz cerâmica de infiltração por fusão que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção de silício livre; e uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de infiltração por fusão que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do dito substrato ou uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de impregnação e pirólise de polímero que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre disposta em uma superfície externa de pelo menos uma porção do dito substrato; e em que a dita segunda proporção de silício livre é menor que a dita primeira proporção de silício livre.

2. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende, em geral, carbeto de silício e silício livre e a dita camada externa compreende, em geral, carbeto de silício puro.

3. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende, em geral, carbeto de silício e silício livre e a dita camada externa compreende, em geral, carbeto de silício e carbono livre.

4. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende entre 5 por cento e cerca de 30 por cento de silício livre e a dita camada externa compreende menos de 5 por cento de silício livre.

5. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende entre cerca de 5 por cento e cerca de 15 por cento de silício livre e a dita camada externa compreende cerca de 0 por cento de silício livre.

6. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende uma primeira porosidade, a dita camada externa compreende uma segunda porosidade e a dita segunda porosidade é maior que a dita primeira porosidade.

7. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende, em gerai, nenhuma porosidade e a dita camada externa compreende uma porosidade de cerca de 5 por cento a cerca de 30 por cento.

8. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende, em geral, menos de 5 por cento de porosidade e a dita camada externa compreende uma superfície externa que tem, em geral, nenhuma porosidade e uma superfície interna que tem de cerca de 5 por cento a cerca de 10 por cento de porosidade.

9. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende entre 5 por cento e cerca de 30 por cento de silício livre e, em geral, nenhuma porosidade e a dita camada externa compreende menos de 5 por cento de silício livre e uma porosidade entre cerca de 5 por cento a cerca de 30 por cento.

10. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato compreende entre 5 por cento e cerca de 15 por cento de silício livre e, em geral, nenhuma porosidade e a dita camada externa compreende cerca de 0 por cento de silício livre e uma porosidade, em geral, entre cerca de 5 por cento e menos de cerca de 10 por cento.

11. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita camada externa compreende uma camada externa de compósito de matriz cerâmica de impregnação e pirólise de polímero.

12. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita camada externa compreende a camada externa de infiltração por fusão formada após a formação do substrato.

13. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato e a dita camada externa são infiltrados por fusão ao mesmo tempo e em que o silício livre da dita camada externa é extraído.

14. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato e a dita camada externa são infiltrados por fusão ao mesmo tempo e em que o dito substrato é formado de uma primeira sobreposição de pré-impregnado e a dita camada externa é formada de uma segunda sobreposição de pré-impregnado diferente da dita primeira sobreposição de pré-impregnado.

15. ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito artigo compreende pelo menos um dentre um envoltório de turbina, uma palheta de turbina e um bocal de turbina.

16. MÉTODO PARA FORMAR UM ARTIGO COMPÓSITO DE MATRIZ CERÂMICA, caracterizado pelo fato de que o método compreende: formar um substrato de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma primeira proporção de silício livre por infiltração por fusão; formar uma camada externa de compósito de matriz cerâmica que compreende um material de reforço de fibra cerâmica em um material de matriz cerâmica que tem uma segunda proporção de silício livre por infiltração por fusão ou impregnação e pirólise de polímero disposta em pelo menos uma porção do substrato; e em que a segunda proporção de silício livre é menor que a primeira proporção de silício livre.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende, em geral, carbeto de silício e silício livre e a camada externa compreende, em geral, carbeto de silício puro.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende, em geral, carbeto de silício e silício livre e a camada externa compreende, em geral, carbeto de silício e carbono livre.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende entre 5 por cento e cerca de 30 por cento de silício livre e a camada externa compreende menos de 5 por cento de silício livre.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende entre cerca de 5 por cento e cerca de 15 por cento de silício livre e a camada externa compreende cerca de 0 por cento de silício livre.

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende uma primeira porosidade, a camada externa compreende uma segunda porosidade e a segunda porosidade é maior que a primeira porosidade.

22. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende, em geral, menos de 5 por cento de porosidade e a camada externa compreende uma porosidade de cerca de 5 por cento a cerca de 30 por cento.

23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende, em geral, nenhuma porosidade e a camada externa compreende uma porosidade de cerca de 5 por cento a cerca de 10 por cento.

24. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende entre 5 por cento e cerca de 30 por cento de silício livre e, em geral, nenhuma porosidade e a camada externa compreende menos de 5 por cento de silício livre e uma porosidade entre cerca de 5 por cento a cerca de 30 por cento.

25. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende entre 5 por cento e cerca de 15 por cento de silício livre e, em geral, nenhuma porosidade e a camada externa compreende cerca de 0 por cento de silício livre e uma porosidade, em geral, entre cerca de 5 por cento e menos de cerca de 10 por cento.

26. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a formação da camada externa compreende formar a camada externa por impregnação e pirólise de polímero.

27. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a formação da camada externa compreende formar a camada externa por infiltração por fusão após formação do substrato por infiltração por fusão.

28. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a formação da camada externa compreende formar o substrato e a camada externa por infiltração por fusão ao mesmo tempo e que compreende adicionalmente extrair silício livre da camada externa.

29. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a formação do substrato compreende sobrepor um primeiro pré-impregnado, a formação da camada externa compreende sobrepor um segundo pré-impregnado e a formação do substrato e formação da camada externa compreendem infiltração por fusão do primeiro pré-impregnado e do segundo pré-impregnado ao mesmo tempo.

30. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o material de reforço de fibra cerâmica do substrato é o mesmo que o material de reforço de fibra cerâmica da camada externa.