CN103373858A

CN103373858A - 生产熔体浸渗的陶瓷基体复合物物品的方法

Info

Publication number: CN103373858A
Application number: CN2013101496349A
Authority: CN
Inventors: P.E.格雷
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-10-30
Also published as: US20130287941A1; JP6254766B2; CA2812238A1; EP2657207B1; BR102013010237A2; EP2657207A1; CA2812238C; JP2013241327A

Abstract

一种生产含硅CMC物品的方法。该方法需要生产含有至少一种树脂粘合剂和SiC粉末的基体浆料组合物。SiC粉末为所述CMC物品的SiC基体的前体，而树脂粘合剂为所述基体的碳焦的前体。用所述浆料组合物浸渍纤维增强材料以产生预成型物，然后加热该预成型物以形成含有SiC基体和多孔结构的多孔预成型物，并将树脂粘合剂转化为存在于多孔结构内的碳焦。然后用熔融的硅或熔融的含硅合金进行多孔结构的熔体浸渗，以使所述碳焦反应并形成至少部分地填充多孔预成型物内的多孔结构的碳化硅。碳焦构成多孔预成型物中的元素碳的基本全部。

Description

生产熔体浸渗的陶瓷基体复合物物品的方法

相关申请的交叉引用

本申请请求2012年4月27日提交的美国临时申请号61/639,629的权益，其内容通过引用并入本文。

发明背景

本发明总的涉及陶瓷基体复合物（CMC）物品和用于其生产的方法。更特别地，本发明涉及一种通过多孔预成型物的熔体浸渗生产含硅CMC物品的方法，所述多孔预成型物通过使用能促进所述预成型物的浸渗的基体浆料组合物生产。

不断寻求气体涡轮发动机的更高操作温度以提高其效率。尽管通过基于铁、镍和钴的超级合金的配方实现了高温能力的显著提高，但替代材料已被研究。CMC材料是值得关注的实例，因为其高温能力可显著降低冷却空气要求。CMC材料一般包含内嵌于陶瓷基体材料的陶瓷纤维增强材料。增强材料可以是分散于基体材料的不连续的短纤维或在基体材料内定向的连续纤维或纤维束，并在基体破裂的情况下充当CMC的负荷承载成分。陶瓷基体则保护增强材料，保持其纤维的取向，并用来驱散对增强材料的负荷。通常用脱模剂（release agent），例如氮化硼（BN）或碳来涂覆单纤维（细丝），以形成允许纤维和陶瓷基体材料之间有限和受控的滑移的弱界面或脱粘层。当裂纹在CMC中发展时，桥接裂纹的一个或多个纤维作用于将负荷再分布到附近的纤维和基体材料区域，从而抑制或至少减慢裂纹的进一步扩展。

对于很多高温应用，硅基复合物，例如作为基体和/或增强材料的碳化硅（SiC）是特别受关注的。CMC材料，特别是SiC/Si-SiC（纤维/基体）连续型纤维增强陶瓷复合物（CFCC）材料以及方法的值得关注的实例公开于美国专利号5,015,540、5,330,854、5,336,350、5,628,938、6,024,898、6,258,737、6,403,158和6,503,441，以及美国专利申请公开号2004/0067316，其内容通过引用并入本文。这些方法一般需要使用多个预浸渍层制造CMC，每个层的形式为“带”，其包含期望的陶瓷纤维增强材料、CMC基体材料的一种或多种前体以及促进带的柔韧性的一种或多种有机树脂粘合剂。根据常规实践，预浸渍带可通过用含有陶瓷前体和粘合剂的基体浆料浸渍增强材料而形成。优选的前体材料取决于CMC组件的陶瓷基体所期望的特定组成，例如SiC粉末以及碳和/或含碳的颗粒材料，例如碳黑（若期望的基体材料为SiC）。其它典型浆料成分包括粘合剂的溶剂，也称溶剂媒介物，以促进浆料的流动性以允许纤维增强材料的浸渍。

使基体浆料部分干燥并（若适宜）使粘合剂部分固化（B-分段（B-staging））之后，将得到的带与其它带铺叠，将其压紧并（若适宜）固化，同时经受升高的压力和温度以产生固化的预浸渍预成型物。然后在真空或惰性气氛中加热（燃烧）所述预成型物以去除溶剂，使粘合剂分解，并将前体转化为期望的含碳陶瓷基体材料，产生准备好熔体浸渗的经燃烧的多孔预成型物。在熔体浸渗期间，硅和/或硅合金一般外部施加于多孔预成型物并熔化，且熔融的硅和/或硅合金浸渗进入预成型物的多孔结构内。一部分熔融的硅与存在于多孔预成型物的元素碳反应，所述元素碳例如初始存在于浆料作为前体的前述碳黑，和/或由有机粘和剂热解形成的任何碳焦。熔融的硅和碳黑反应，形成填充多孔结构的另外的碳化硅，以产生最终CMC组件。

以上方法的具体加工技术和参数将取决于材料的特定组成。生产CMC组件的常规熔体浸渗条件需要在气氛的压力和内含物两个方面精细控制的气氛，以去除可在熔体浸渗期间引起过量和不期望的除气作用的过量碳。因此，熔体浸渗一般在受控的炉气氛中进行，使得必须使用增加生产成本的分批操作。通过浸入熔融的硅而不带气氛控制地浸渗预成型物的尝试需要延长的处理（例如八小时或更多）并产生不可接受的预成型物，其具有包围着未浸渗芯的浸渗的壳。这是称为“闭塞”的现象的直接后果。“闭塞”是用于表示以下情形的术语：其中浸渗连同熔融的硅与预成型物中的碳黑反应导致SiC形成，其方式使得孔半径降低，使进一步浸渗变困难或完全使所有的进一步浸渗停止。

这种抑制浸渗现象（由于利用存在于预成型物的碳黑而过量形成SiC）说明于图1，图1示意性地表示根据现有技术制造的经燃烧的多孔预成型物10的一部分。图1所示的描绘表示了熔体浸渗开始之后的一瞬间的简图（snap-shot）。预成型物10的这部分包含基体12，基体12含有SiC颗粒14和尚未反应的碳15。出于生产CMC物品的目的，基体12也会包围纤维增强材料（未显示于图1），预成型物还预期包含纤维增强材料的存在）。基体12还表示为含有形式为孔16的多孔结构，其由于燃烧期间树脂质粘合剂的分解而形成。图1还示意性地表示熔体浸渗的效果，在此期间，由于熔融的硅（未显示）与基体12内的碳黑反应，另外的SiC 18在孔16的表面上形成。如图1所表示，另外的SiC 18可显著降低孔16的横截面积，其减慢并可甚至阻止熔融的硅的进一步浸渗。这种闭塞归因于上述类型的方法中两个主要的特征：在基体浆料中使用碳黑或高的碳含量，其减少浸渗所需的多孔结构；以及碳与熔融的硅的迅速反应，形成了固有地具有比硅更高的摩尔体积的另外的SiC 18。如上所述，现有技术的另一个限制性方面是用常规基体浆料材料生产的预成型物在熔体浸渗期间需要受控的压力和气氛，以取得良好的表面润湿和完全的熔体浸渗。一般已知，由于闭塞，在熔体浸渗过程后剩余的未反应的碳的存在和未填充的多孔结构的存在，对由图1所式现象产生的CMC物品的机械性质具有不利影响。

因此，期望改进的能生产熔体浸渗CMC组件的方法。这些方法将优选能实现浸渗速度和完全性的显著提高，以及降低或消除在熔体浸渗期间对精细控制的压力和气氛以控制除气作用的需要。解决这两个问题将提供CMC物品的坚固性显著提高的可能性，并降低加工成本。

发明简述

本发明提供一种生产多孔复合物预成型物的方法，所述预成型物可通过直接浸入或暴露于熔融的硅而被熔体浸渗，优选以相对高的浸渗速度并优选在浸渗期间不需要使用受控的压力或气氛。

根据本发明的第一方面，提供一种方法，其需要生产含有至少一种树脂粘合剂和SiC粉末的基体浆料组合物。SiC粉末是CMC物品的SiC基体的前体，而至少一种树脂粘合剂是SiC基体的碳焦的前体。用基体浆料组合物浸渍纤维增强材料以产生预成型物，然后将其加热以形成含有SiC基体和多孔结构的多孔预成型物，并将至少一种树脂粘合剂转化为存在于多孔结构内的碳焦。然后用熔融的硅或熔融的含硅合金进行多孔预成型物内的多孔结构的熔体浸渗，以与碳焦反应并形成至少部分地填充多孔预成型物内的多孔结构的碳化硅。碳焦构成所述多孔预成型物中的元素碳的基本全部。

根据本发明的另一个方面，提供一种方法，其需要生产含有至少两种树脂粘合剂和SiC粉末且不含任何碳颗粒的基体浆料组合物。SiC粉末是CMC物品的SiC基体的前体，而所述至少两种树脂粘合剂是SiC基体的碳焦的前体并具有9.5-25%的有效焦收率。然后用基体浆料组合物浸渍纤维增强材料以产生预成型物，然后将其加热以形成含有SiC基体和多孔结构的多孔预成型物，并将所述至少两种树脂粘合剂中的至少一种转化为存在于多孔结构内的碳焦。然后用熔融的硅或熔融的含硅合金对多孔结构熔体浸渗，以使碳焦反应并形成部分地填充多孔预成型物内的多孔结构的碳化硅。

本发明的一个技术效果是多孔预成型物具有促进更迅速浸渗的产生的多孔结构。通过含有受控量的碳焦含量的多孔结构实现迅速浸渗，所述碳焦含量较不倾向于在熔体浸渗期间闭塞且在熔体浸渗期间不导致显著的堵塞。取而代之，本发明的一个优选方面是产生以下孔结构的能力：其中由与颗粒碳反应形成的SiC不存在于预成型物，且其中另外形成的SiC基体之间的空间含有树脂衍生的碳焦的细丝以及多孔结构。本发明的一个意外和预想不到的技术效果是能够消除对由于基体浆料组合物中大量的碳（作为树脂和碳黑）而通常所需的类型的受控气氛的需要。由本发明产生的另一个技术效果是，与现有技术中熔融的硅与故意存在的碳黑或其它颗粒碳之间发生的反应相比，由熔融的硅和树脂衍生的碳焦之间的反应产生的SiC似乎有更受控的形成。认为由本发明而变得可能的SiC的更受控形成也降低了闭塞的可能性。又一个技术效果是得到的多孔结构似乎因为呈现独特的连通性而促进浸渗，认为这归因于唯独由熔融的硅和碳焦形成SiC的方式。

本发明请求保护：

1. 一种形成CMC物品的方法，该方法包含：

生产含有至少一种树脂粘合剂和SiC粉末的基体浆料组合物，所述SiC粉末为所述CMC物品的SiC基体的前体，而所述至少一种树脂粘合剂为所述SiC基体的碳焦的前体；

用所述基体浆料组合物浸渍纤维增强材料以产生预成型物；

加热所述预成型物以形成含有所述SiC基体和多孔结构的多孔预成型物，并将所述至少一种树脂粘合剂转化为存在于所述多孔结构内的碳焦；和

用熔融的硅或熔融的含硅合金对所述多孔预成型物内的多孔结构熔体浸渗，以使所述碳焦反应并形成至少部分地填充所述多孔预成型物内的多孔结构的碳化硅；

其中所述碳焦构成所述多孔预成型物中的元素碳的基本全部。

2. 项目1的方法，其中所述基体浆料组合物含有足够量的所述SiC粉末，以在所述多孔预成型物的基体中产生按体积计约45-约80%的SiC含量。

3. 项目1的方法，其中所述SiC粉末构成所述基体浆料组合物中的所述至少一种树脂粘合剂和所述SiC粉末的组合量的大于70重量%。

4. 项目1的方法，其中所述基体浆料组合物和所述多孔预成型物不含有任何碳颗粒。

5. 项目1的方法，其中所述基体浆料组合物含有一定量的所述至少一种树脂粘合剂，以在所述多孔预成型物的基体中产生按体积计约7%-30%的碳焦含量。

6. 项目1的方法，其中所述至少一种树脂粘合剂具有9.5-25体积%的有效焦收率。

7. 项目1的方法，其中所述至少一种树脂粘合剂选自呋喃、酚醛树脂、酚醛清漆、聚酯和环氧树脂。

8. 项目1的方法，其中所述多孔预成型物基本由所述SiC基体、碳焦和多孔结构组成。

9. 项目7的方法，其中所述多孔结构构成所述多孔预成型物的约20体积%或更多。

10. 项目1的方法，其中所述基体浆料组合物还含有一种或多种造孔剂、催化剂和树脂溶剂，以促进所述基体浆料组合物的流动性并促进所述纤维增强材料的浸渍。

11. 项目10的方法，其中所述造孔剂基本用作所述预成型物中的粘合剂，而不用作所述多孔预成型物中碳焦的来源。

12. 项目1的方法，其中所述至少一种树脂粘合剂包含至少两种树脂粘合剂。

13. 项目12的方法，其中所述至少两种树脂粘合剂中的第一种具有比所述至少两种树脂粘合剂中的至少第二种更高的焦收率。

14. 项目12的方法，其中所述树脂粘合剂在不同温度下产生碳焦。

15. 项目1的方法，其中所述熔体浸渗步骤在惰性气氛中进行。

16. 一种形成CMC物品的方法，该方法包含：

生产含有至少两种树脂粘合剂和SiC粉末，且不含任何碳颗粒的基体浆料组合物，所述SiC粉末是所述CMC物品的SiC基体的前体，而所述至少两种树脂粘合剂是所述SiC基体的碳焦的前体，所述至少两种树脂粘合剂的有效焦收率为9.5-25%；

用所述基体浆料组合物浸渍纤维增强材料以产生预成型物；

加热所述预成型物以形成含有所述SiC基体和多孔结构的多孔预成型物，并将所述至少两种树脂粘合剂中的至少一种转化为存在于所述多孔结构内的碳焦；和

用熔融的硅或熔融的含硅合金对所述多孔预成型物内的多孔结构熔体浸渗，以使所述碳焦反应并形成部分地填充所述多孔预成型物内的多孔结构的碳化硅。

17. 项目16的方法，其中所述基体浆料组合物含有足够量的所述SiC粉末，以在所述多孔预成型物的基体中产生按体积计约45-约80%的SiC含量。

18. 项目16的方法，其中所述SiC粉末构成所述基体浆料组合物中的所述至少两种树脂粘合剂和所述SiC粉末的组合量的大于70重量%。

19. 项目16的方法，其中所述基体浆料组合物含有一定量的所述至少两种树脂粘合剂，以在所述多孔预成型物的基体中产生按体积计约7%-约30%的碳焦含量。

20. 项目16的方法，其中所述基体浆料组合物和所述多孔预成型物不含有任何碳颗粒。

21. 项目16的方法，其中所述至少两种树脂粘合剂选自呋喃、酚醛树脂、酚醛清漆、聚酯和环氧树脂。

22. 项目16的方法，其中所述多孔预成型物基本由所述SiC基体、碳焦和多孔结构组成。

23. 项目16的方法，其中所述多孔结构构成所述多孔预成型物的基体的约25体积%或更多。

24. 项目16的方法，其中所述基体浆料组合物还含有造孔剂、催化剂和树脂溶剂中的至少一种，以促进所述基体浆料组合物的流动性并促进所述纤维增强材料的浸渍。

25. 项目24的方法，其中所述造孔剂基本用作所述预成型物中的粘合剂，而不用作所述多孔预成型物中碳焦的来源。

26. 项目16的方法，其中所述至少两种树脂粘合剂中的第一种具有比所述至少两种树脂粘合剂中的至少第二种更高的焦收率。

27. 项目16的方法，其中所述至少两种树脂粘合剂在不同温度下产生碳焦。

28. 项目16的方法，其中所述熔体浸渗步骤在惰性气氛中进行。

由以下详述，将更好地理解本发明的其它方面和优势。

附图简述

图1示意性地表示现有技术方法中典型的预成型物（在熔体浸渗过程期间的一瞬间）的一部分的多孔几何图形，其中碳黑是用于产生预成型物的基体浆料的组分。如所说明，预成型物内的多孔结构对于迅速浸渗是不足够的，因为通道基本被堵塞，导致在熔体浸渗期间本文称作“闭塞”的现象。

图2示意性地表示根据本发明一个实施方案的产生于不含碳黑的基体浆料的预成型物（马上进行浸渗过程前）的一部分的多孔几何图形，并描绘了期望的多孔结构和最少的堵塞，因为其不倾向于促进闭塞。

10	预成型物	110
			12	基体	112
14	颗粒	114
			15	碳	115
16	孔	116
			18	SiC	118
20	预成型物	120
			22	基体	122
24	颗粒	124
			26	多孔结构	126
30	焦	130

发明详述

本发明将就通过在多孔预成型物上进行熔体浸渗技术产生含SiC的基体而生产CMC物品的方法来描述。根据本发明的一个优选方面，通过燃烧用含有一种或多种陶瓷前体的基体浆料组合物浸渍纤维增强材料而形成的预浸渍预成型物来生产预成型物。配制浆料组合物以降低熔体浸渗过程期间陶瓷前体反应（其抑制（“闭塞”）随后熔融的硅浸渗进入经燃烧的多孔预成型物内）的倾向，使得熔融的硅能更迅速地浸渗多孔预成型物。此外，预成型物的熔体浸渗优选不需要精细控制的气氛或压力来实现完全浸渗。取而代之，预成型物可在保护性气氛（例如流动的氩）而不是受控的炉气氛中被熔体浸渗。此外，用本发明的一些实施方案，有可能在少到2-10分钟内完成熔体浸渗。

本发明的基体浆料组合物优选含有作为CMC组件的SiC基体的至少一种前体的SiC粉末。浆料组合物可含有比常规更高含量的SiC粉末，作为碳和/或含碳颗粒（例如碳黑）的替代，所述浆料组合物优选不含碳和/或含碳颗粒，或含有比现有技术的浆料组合物中低得多的含量。作为一个特定实例，浆料组合物可含有按重量计大于70%的SiC粉末且没有碳颗粒作为浆料组合物中的固体。SiC粉末的合适但非限制性的粒度范围为约10微米或更小。

根据本发明的另一个方面，基体浆料组合物含有一种或多种主树脂粘合剂，其不仅在燃烧形成多孔预成型物前用作预浸渍预成型物的粘合剂，而且用作在燃烧预浸渍预成型物后优选构成多孔预成型物中元素碳的唯一来源的焦的前体。浆料组合物优选含有主树脂粘合剂的溶剂，以促进基体浆料组合物的流动性并促进纤维增强材料的浸渍，以产生预浸渍预成型物。浆料组合物还可含有一种或多种造孔剂和/或催化剂。如果存在，造孔剂可以是树脂，所述树脂还用作预浸渍预成型物的粘合剂，但对多孔预成型物中焦的形成无贡献，或对焦的形成的贡献程度比主树脂粘合剂小得多。出于以下讨论的原因，主树脂粘合剂和任何造孔剂优选具有至少9.5%，最多约25%的有效焦收率范围。

作为一个非限制性的实例，在得到本发明的研究期间生产的合适的基体浆料组合物按重量百分数含有约78% SiC粉末、约15%树脂粘合剂和7%造孔剂。出于清楚的目的，仅指出SiC粉末、主树脂粘合剂和造孔剂的比例，而省略任何期望的溶剂的量，而且确定适合包含于浆料组合物的溶剂的量在本领域技术人员的能力之内。在燃烧后，该特定组合物产生按体积计含有约53% SiC、约16%焦（元素碳）且其余基本为多孔结构的基体材料。重要的是，浆料组合物所含焦的量高于现有技术中形成SiC的基体浆料组合物中的常规量，而有足够高的水平以用作现有技术的浆料组合物中包括的碳和/或含碳颗粒材料的完全替代。浆料组合物含有一定量的主树脂粘合剂，其足以在多孔预成型物的基体中产生按体积计约7%-约30%的焦含量。小于9.5%的焦收率可能不在预成型物20中产生焦含量的期望的最低量，而超过25%的焦收率可能在基体中产生未反应的碳，出于CMC机械强度的观点，这是不期望的。因此，主树脂粘合剂和任何造孔剂优选具有至少为9.5%，最多约25%的有效焦收率范围。这些百分数相对于除纤维增强材料以外的预成型物的基体。此外，优选调适基体浆料组合物，以在多孔预成型物中产生至少45体积%的SiC，优选上限为约80体积%。除了增强材料、SiC粉末和焦含量以外，燃尽（burnout）以后的多孔预成型物的余量优选基本为多孔结构，例如至少20%并更优选大约为约25体积%或更多。本发明的一个优选方面是从基体浆料组合物消除碳颗粒。

可用于本发明的主树脂粘合剂为产生碳的树脂，例如热固性呋喃（C₄H₄O）基树脂，然而可预见到能使用其它树脂，例如酚醛树脂、酚醛清漆、聚酯或环氧树脂，只要它们的焦收率和多孔结构的体积百分数可用于获得上文指出的焦含量和多孔结构。在优选实施方案中，使用两种或更多种树脂以获得本发明规定范围内的焦含量和多孔结构，在该情况下，所述树脂中至少一种可具有比用于浆料组合物的一种或多种其它树脂显著更高的焦收率。例如，所述树脂中的一种可具有高的焦收率而且是多孔预成型物中碳焦的主要来源，而另一种树脂可主要用作预浸渍预成型物中的粘合剂并在经燃烧的多孔预成型物中产生多孔结构而不是碳焦的显著来源。在这种情况下，可认为第一种树脂是浆料组合物中的主树脂粘合剂，而认为第二种是造孔剂。可基于具有能获得本发明规定范围内的焦含量和多孔结构的有效（组合的）焦收率来选择浆料组合物中的树脂和它们的量。此外，实际上可以基于具有不同的燃尽温度来选择树脂，使得碳焦在不同温度下形成于预成型物内，以提供另一个可用来在该过程的给定阶段中实现期望的多孔结构条件的参数。

对主树脂粘合剂和任何造孔剂的适当选择可以用来控制反应，使得在用熔融的硅来熔体浸渗期间不迅速形成大量的SiC，若允许迅速形成大量的SiC的发生，则会由于SiC相对于硅增加摩尔体积而促进预成型物内的内部多孔结构的堵塞。以上提及的反应控制可通过实现由主树脂粘合剂逐渐形成焦而达到，而不是使浆料组合物中具有显著量的可易得的颗粒碳，认为后者促进在预成型物的多孔结构内迅速和过量形成SiC。将预成型物中所有可得的元素碳提供为由主树脂粘合剂分解而产生的碳焦的另一个优选和期望方面是，发现了产生的焦是不连续的，或者其以一定形式存在，使得产生的多孔结构保持得比以前认为有可能的多孔结构（使用含有碳颗粒的现有技术浆料）更开放。

因此，本发明的一个优选方面是选择一种或多种主树脂粘合剂和任何造孔剂用于基体浆料组合物，使得它/它们在多孔预成型物内产生受控量的碳焦和开放的多孔结构，其能提高熔融硅的浸渗，因为抑制了浸渗期间的闭塞。这个结果示意性地表示于图2，图2显示经燃烧的多孔预成型物20（在马上进行浸渗过程之前的阶段）的一部分，所述预成型物20包含含有SiC颗粒24的基体22（未显示纤维增强材料）。基体12还表示为含有互连的多孔结构26。图2还示意性地表示产生于燃烧过程的类似细丝且不连续的碳焦30，在燃烧过程期间主树脂粘合剂已转化为焦，所述焦将在随后的熔体浸渗过程期间反应以在多孔结构26内产生另外的SiC（未显示）。如图2所表示，碳焦30不显著降低多孔结构26的横截面积，降低多孔结构26的横截面积会抑制熔融硅的浸渗。这个结果与图1中示意性地表示的情况相反，图1显示了受限的多孔结构，其归因于根据现有实践在浸渗前含有碳颗粒和碳焦两者的预浸渍预成型物。取而代之，图2表示了基体22内的多孔结构26，根据本发明的一个优选方面，基体22仅含有主要形成于主树脂粘合剂燃尽期间的碳焦30。认为得到的碳焦30有利地具有类似细丝的外观，其进一步抑制闭塞。

优选控制SiC粉末、形成焦的主树脂粘合剂和造孔剂（若存在）的体积比，以使多孔预成型物20在硅熔体浸渗期间不经受闭塞和不需要受控的气氛或压力来实现浸渗，如同用先前的含有碳和/或含碳颗粒（例如碳黑）的浆料组合物所浸渗的预成型物所需。用本文描述的组合物消除了对在受控的气氛中进行熔体浸渗的需要，因为颗粒碳几乎或完全不存在于浆料组合物中，所述浆料组合物用来生产经历燃烧的预浸渍预成型物，并从而生产经历熔体浸渗的所得多孔预成型物20。此外，认为用主树脂粘合剂产生的碳焦30的反应活性远高于现有技术基体浆料组合物中使用的颗粒碳。作为一个实例，可能简单地将多孔预成型物20在惰性（例如氩或氮）覆层下于低压（例如高于大气压30托（约40毫巴）或更少）浸入熔融的硅。预成型物20能被迅速浸渗，有可能在少到约2-10分钟内，相比用常规浆料组合物生产的预成型物需要较典型的40分钟或更多。

本发明的一个技术效果是：通过由一种或多种主树脂粘合剂衍生足够的碳焦来显著降低并更优选消除对浆料组合物中含碳颗粒的需要并补偿缺少的含碳颗粒，认为可获得优化的孔结构，其促进更迅速的浸渗而不带有现有预浸渍材料所观察到的不期望的闭塞现象。本发明的另一个优选方面是能够消除熔体浸渗期间对使用受控气氛的需要，其通过使用高容量方法（high-volume process）使预成型物通过与熔融的硅（或含硅合金）直接结合而被浸渗，例如浸入熔融的硅或连续式隧道炉中。此外，还可消除用于受控气氛方法的与预成型物铺叠加工相关的劳动力和成本。

在本发明的优选实施方案中，其中浆料组合物含有两种或更多种不同的主树脂粘合剂，所述浆料组合物可含有约5-约25重量%的第一主树脂粘合剂和约2-约20重量%的第二主树脂粘合剂，所述第一主树脂粘合剂具有相对高的碳焦收率，例如约30-约70%，所述第二主树脂粘合剂具有相对低的碳焦收率，例如约0-约10%。若第二主树脂粘合剂的焦收率等于或接近0%，可认为它是造孔剂，只要它主要用作预浸渍预成型物中的粘合剂并在经燃烧的多孔预成型物20中产生多孔结构且不是碳焦30的显著来源。

树脂的焦收率可通过以下测定：在惰性或真空气氛中将固化树脂的样品加热到足够高的温度，例如高于500℃，然后测定从初始样品剩下的残余物的百分数。本领域技术人员将理解，典型的呋喃、酚醛清漆和酚醛树脂具有接近50%的焦收率，然而例如环氧树脂和聚酯的树脂具有较低焦收率，例如范围为约20-约40%。通过计算和认识焦收率，能够确定将要在浆料组合物中组合（以产生可在各种各样的压力和气氛下在少得多的时间内被熔体浸渗的基体材料）的两种或更多种主树脂粘合剂、任选任何造孔剂以及SiC粉末的量的优选比例。

应认识到本发明的基本原理可由本领域技术人员以若干不同形式来实施。例如，浆料组合物可含有具有9.5-25%的期望焦收率范围的单一树脂，或可实现9.5-25%的有效碳焦收率的两种或更多种树脂，其可以通过有判断力地选择树脂的类型和量而改变，这基于它们单独的碳焦收率和/或它们在浆料组合物中的比例。

下表1举例显示了该原理的一些选择的变化，确定了特定的树脂、它们的碳焦收率以及认为能促进多孔预成型物中的浸渗速率的树脂的量（按重量百分数，忽略溶剂和任何催化剂）。在这些实施例中，“树脂”实际上是第一主树脂粘合剂且“造孔剂”实际上是浆料中的第二主树脂粘合剂，因为其焦收率符合本文对“造孔剂”所用的定义。表1中的实施例还报导了可用于与树脂组合的SiC粉末的合适量。应认识到本发明另外的益处是能使用足量的造孔剂作为预浸渍预成型物中的粘合剂而不带有可能的非期望的相伴的碳含量增加。因此可见本发明的益处包括较平稳的不受干扰的熔体浸渗（通过避免或至少最小化闭塞现象的一个或多个根本起因）。本发明另一个值得关注的益处是：消除或至少最小化浆料中碳颗粒的存在可降低或完全消除在预成型物的预成型物熔体浸渗期间对受控或特殊气氛的需要。

表1。

组合物实施例	树脂	树脂%	树脂焦收率，%	造孔剂	造孔剂%	造孔剂焦收率，%	SiC类型	SiC粉末，%
									1	糠醇	17	50	聚乙烯醇缩丁醛	4	0	＜10μm	78
2	酚醛树脂	17	50	聚乙烯醇缩丁醛	4	0	＜10μm	78
									3	环氧树脂	21	35	无	0	不适用	＜10μm	78
4	糠醇	17	50	聚甲基丙烯酸甲酯	4	0	＜10μm	78
									5	酚醛树脂	17	50	聚甲基丙烯酸甲酯	4	0	＜10μm	78

虽然已就具体实施方案描述本发明，但显然本领域技术人员可采用其它形式。因此，应理解本发明不限于具体公开的实施方案。因此，本发明的范围将仅由权利要求限制。

Claims

1. 一种形成CMC物品的方法，该方法包含：

用所述基体浆料组合物浸渍纤维增强材料以产生预成型物；

2. 权利要求1的方法，其中所述基体浆料组合物含有足够量的所述SiC粉末，以在所述多孔预成型物的基体中产生按体积计约45-约80%的SiC含量。

3. 权利要求1的方法，其中所述SiC粉末构成所述基体浆料组合物中的所述至少一种树脂粘合剂和所述SiC粉末的组合量的大于70重量%。

4. 权利要求1的方法，其中所述基体浆料组合物和所述多孔预成型物不含有任何碳颗粒。

5. 权利要求1的方法，其中所述基体浆料组合物含有一定量的所述至少一种树脂粘合剂，以在所述多孔预成型物的基体中产生按体积计约7%-30%的碳焦含量。

6. 权利要求1的方法，其中所述至少一种树脂粘合剂具有9.5-25体积%的有效焦收率。

7. 权利要求1的方法，其中所述至少一种树脂粘合剂选自呋喃、酚醛树脂、酚醛清漆、聚酯和环氧树脂。

8. 权利要求1的方法，其中所述多孔预成型物基本由所述SiC基体、碳焦和多孔结构组成。

9. 权利要求7的方法，其中所述多孔结构构成所述多孔预成型物的约20体积%或更多。

10. 权利要求1的方法，其中所述基体浆料组合物还含有一种或多种造孔剂、催化剂和树脂溶剂，以促进所述基体浆料组合物的流动性并促进所述纤维增强材料的浸渍。