CN117301260A - 复合部件和防止在再渗透过程中从渗透部件流出的方法 - Google Patents

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CN117301260A CN202310711182.2A CN202310711182A CN117301260A CN 117301260 A CN117301260 A CN 117301260A CN 202310711182 A CN202310711182 A CN 202310711182A CN 117301260 A CN117301260 A CN 117301260A
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丹尼尔·吉恩·邓恩
贾里德·霍格·韦弗
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Abstract

一种用于修改复合部件的方法，可以包括将屏障段定位在复合部件的渗透段和生坯段之间，以形成组件；和启动渗透过程。屏障段的屏障段渗透率可低于渗透段的渗透率、生坯段的渗透率或两者。复合部件可包括在先前的渗透过程期间用熔融材料渗透的渗透段；未渗透的生坯段；以及屏障段，该屏障段具有不同于渗透段、生坯段或两者的微观结构。屏障段的微观结构可以被配置为在随后的渗透过程期间减缓渗透段和生坯段之间的材料流动。

Description

复合部件和防止在再渗透过程中从渗透部件流出的方法
技术领域
本主题大体上涉及复合部件。更具体地，本主题涉及复合部件和用于修改复合部件以防止在渗透过程期间构成材料从先前渗透的部件流向生胚、未渗透的材料的方法。
背景技术
包含分散在相同或不同成分的连续陶瓷基质中的纤维的增强陶瓷基复合材料(“CMC”)由于其韧性、耐热性、高温强度和化学稳定性而非常适合于结构应用。此类复合材料通常具有高强度重量比，这使得它们在重视重量的应用(例如航空应用)中具有吸引力。它们在高温下的稳定性使CMC非常适合部件与高温气体接触的应用，例如燃气涡轮发动机。
CMC可以使用各种方法由各种材料形成，包括以下方法：包括用渗透材料(例如，硅)渗透基质的方法。有时，先前渗透的原始CMC部件可能会损坏，因此需要维修，或者渗透的CMC部件可能需要返工或修改，并且生胚或未渗透的CMC材料可能用于维修或以其他方式修改原始CMC部件。例如，生胚、未渗透的材料可以与原始的CMC部件叠合，然后进行渗透，例如以降低孔隙率和强化生坯材料。然而，在这种生胚材料的渗透过程中，原始CMC部件中的游离硅或其他成分可能会从原始CMC部件迁移到生胚材料，这可能会削弱所得CMC部件的原始CMC部件部分。
因此，需要改进用于修改CMC和其他复合材料的方法。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1提供了燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2提供了经过修改的渗透部件的示意性横截面图，包括识别和去除不需要的材料、添加屏障段和生坯段以及随后的渗透。
图3提供了部件的示意性横截面图，该部件包括与硅源接触并设置在熔炉中的渗透段、屏障段和生坯段。
图4提供了说明用于修改复合部件的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标号已用于指代所公开实施例的相似或类似部分。
如本文所用，术语“第一”和“第二”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开来并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置并且是指燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机进气口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
术语“联接”、“固定”、“附接”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接，除非本文另有说明。
术语“渗透率”是指在压力(例如，毛细管压力)下流体相可以流过多孔域的难易程度。材料的渗透率可由颗粒大小、空隙或通道的连续性和大小、和/或材料微观结构中孔隙网络的几何特性决定。假设材料微观结构中的球形颗粒均匀排列，渗透率K可由等式1表示：
其中是孔隙率，k0是形状因子，T是弯曲度(tortuosity)，Dm是平均粒径。形状因子通常被引入到渗透率表达式中，以协调实际系统中的传输现象，这些现象来自理想化的孔隙排列和潜在的重复几何图案。例如，形状因子1通常用于狭缝形孔隙，1.4用于随机填充的球形孔隙，2用于圆柱形通道，3用于有序的球形孔隙。平均粒径Dm可以是例如中值粒径D50，其分裂粒径分布使得一半颗粒具有低于中值粒径D50的直径并且一半颗粒具有高于中值粒径D50的直径。使用粒度分布内的其他值可以提供例如材料渗透率的上限和下限。例如，直径D90表示材料内90％的颗粒具有低于或小于直径D90的直径，直径D10表示材料内10％的颗粒具有低于或小于直径D10的直径。因此，D90可用于确定材料渗透率的上限，而D10可用于确定材料渗透率的下限。
术语“反应渗透率”是指材料的微观结构在材料的起始多孔支架(scaffold)和渗透流体相之间发生局部反应时的有效渗透率。反应渗透率可能不同于起始多孔支架的渗透率，这是由于例如渗透过程中反应产物形成所产生的固相引起的体积变化。
术语“生胚状态”是指未经历流体渗透和后续反应的多孔支架。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指代。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修改可以允许变化而不会导致与之相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由诸如“大约”，“近似”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。近似语言可以指在单个值、值的范围和/或定义值的范围的端点的+/-1、2、4、5、10、15或20％的裕度内。
此处和贯穿说明书和权利要求，范围限制被组合和互换，这样的范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。例如，本文公开的所有范围均包括端点，并且端点可彼此独立组合。
大体上，本主题提供了复合部件和用于修改复合部件的方法。例如，本主题提供了一种在初始渗透过程之后修改复合部件的方法，其中将生胚、未渗透的材料添加到已经渗透的复合部件中。更具体地，包括渗透段、生坯段和屏障段的组件经受渗透过程，使得组件的渗透段经历第二次或后续渗透。如果没有屏障段，渗透段的一种或多种成分可能会从部件的已渗透段迁移或重新分布到未渗透的生坯段，这可能会导致已经渗透的区段出现空隙、裂缝或其他不良元素。屏障段具有比渗透段和生坯段中的一者或两者更低的渗透率，例如，通过不同的微结构，以减缓或防止材料在组件的渗透期间从渗透段迁移或重新分布到生坯段。例如，通过产生渗透率下降，屏障段阻止一种或多种成分(例如用于CMC部件的硅)从组件的已渗透段流出，该渗透率下降降低了已渗透段和生坯段之间的界面上的孔隙速度。因此，在渗透期间流入生坯段的流可能必须源于组件外部的源，例如，来自在渗透过程期间与生坯段接触定位的硅源的流。
现在参考附图，其中贯穿附图相同的数字指示相同的元件，图1是根据本公开的实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机10，本文称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定了轴向方向A(平行于供参考的纵向中心线12延伸)和径向方向R。通常，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14的下游的核心涡轮发动机16。
所示的核心涡轮发动机16通常包括限定环形入口20的基本管状外壳体18。外壳体18以串联流动关系包围：压缩机区段，该压缩机区段包括增压或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；和喷射排气喷嘴区段34。高压(HP)轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。
对于所示实施例，风扇区段14包括风扇38，该风扇具有多个风扇叶片40，风扇叶片40以间隔开的方式联接到盘42。如图所示，风扇叶片40大致沿径向方向R从盘42向外延伸。风扇叶片40和盘42一起可通过LP线轴36绕纵向中心线12旋转。在一些实施例中，可以包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，以将LP线轴36的转速降低到更有效的旋转风扇速度。
仍然参考图1的实施例，盘42被可旋转的前机舱48覆盖，前机舱的空气动力学轮廓可促进气流通过多个风扇叶片40。此外，风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向地围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当理解，机舱50可构造成由多个沿周向间隔开的出口导向轮叶52相对于核心涡轮发动机16支撑。此外，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部部分延伸，以在其间限定旁通气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的关联入口60进入涡轮风扇发动机10。随着一定体积的空气58穿过风扇叶片40，空气58的第一部分，如箭头62所示，被引导或送入旁通气流通道56，空气58的第二部分，如箭头64所示，被引导或送入LP压缩机22。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。空气的第二部分64的压力随后随着其被传送通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26而增加，在燃烧区段26中它与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导向到HP涡轮28中，其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取，从而导致HP轴或线轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。然后，燃烧气体66然后被导向到LP涡轮30中，其中来自燃烧气体66的第二部分热能和/或动能经由联接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级提取，从而导致LP轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导向通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，随着空气的第一部分62在从涡轮发动机10的风扇喷嘴排气部分76排出之前被导向通过旁通气流通道56，空气的第一部分62的压力显著增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定用于引导燃烧气体66通过核心涡轮发动机16的热气体路径78。
在一些实施例中，涡轮风扇发动机10的部件可包括具有高温能力的复合材料，例如陶瓷基复合材料(CMC)。如本文所用，陶瓷基复合材料或“CMC”是指包括被陶瓷基相包围的增强材料(例如，增强纤维)的一类材料。通常，增强纤维为陶瓷基质提供结构完整性。CMC的基质材料的一些示例可以包括但不限于非氧化物硅基材料(例如碳化硅、氮化硅或其混合物)、氧化物陶瓷(例如碳氧化硅、氮氧化硅、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、铝硅酸盐或其混合物)或其混合物。任选地，陶瓷颗粒(例如，Si、A1、Zr、Y的氧化物及其组合)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)也可以包括在CMC基质内。
CMC增强纤维的一些示例可以包括但不限于非氧化物硅基材料(例如，碳化硅、氮化硅或其混合物)、非氧化物碳基材料(例如，碳)、氧化物陶瓷(例如，碳氧化硅、氮氧化硅、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、如莫来石的铝硅酸盐，或它们的混合物)，或它们的混合物。
通常，特定的CMC可以称为它们的纤维类型/基质类型的组合。例如，C/SiC为碳纤维增强碳化硅；SiC/SiC为碳化硅纤维增强碳化硅，SiC/SiN为碳化硅纤维增强氮化硅；SiC/SiC-SiN为碳化硅纤维增强碳化硅/氮化硅基质混合物等。在其他示例中，CMC可由基质和包含氧化物基材料的增强纤维(如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、铝硅酸盐及其混合物)组成。铝硅酸盐可以包括结晶材料，例如莫来石(3Al2O3 2SiO2)，以及玻璃状铝硅酸盐。
在某些实施例中，增强纤维可以在包含在基质中之前被捆束和/或涂覆。例如，纤维束可以形成增强带，例如单向增强带。可以将多个带铺设在一起以形成预制件部件。纤维束可以在形成预制件之前或在形成预制件之后用浆料组合物浸渍。预制件然后可以进行热处理，例如固化或烧尽以在预制件中产生高焦炭残留物，以及随后的化学处理，例如用硅熔融渗透，以得到由CMC材料形成的具有所需化学成分的部件。
这种材料连同某些整体陶瓷(即，没有增强材料的陶瓷材料)特别适用于高温应用。此外，这些陶瓷材料与超级合金相比重量轻，但仍能为由其制成的部件提供强度和耐用性。因此，目前正在考虑将此类材料用于燃气涡轮发动机的高温区段中使用的许多燃气涡轮部件，例如翼型件(例如，涡轮和轮叶)、燃烧器、护罩和其他类似部件，这将受益于这些材料可以提供的更轻的重量和更高的温度能力。
转向图2，将根据本主题的实施例描述燃气涡轮发动机(例如涡轮风扇发动机10)的复合部件100。如图2所示，复合部件100可以是复合翼型件，例如涡轮定子喷嘴翼型件。在其他实施例中，复合部件100可以是另一种复合翼型件，例如入口导向轮叶(IGV)、出口导向轮叶(OGV)52、转子叶片等，或者其他复合部件，例如燃烧器衬里、风扇壳、护罩、框架等。
如上所述，形成复合部件100包括处理固化的预制件，例如通过使固化的预制件经受诸如硅的材料的渗透以获得期望的化学成分和/或致密化的固化的预制件。有时，在形成复合部件100之后，复合部件100可经历翻新、修理、重组或其他返工或修改。例如，复合部件100在投入使用之前可能需要返工(例如，以满足新规范、纠正制造错误等)，并且返工包括将新材料结合到现有的、渗透的复合部件100。
作为另一个示例，在一定的使用期之后或在涡轮风扇发动机10和/或复合部件100损坏的事件之后，复合部件100的一部分可能需要用新材料替换。参考图2，如(A)处所示，损坏的或不想要的材料区域102被识别，并且如(B)处所示，从渗透的复合部件100中去除以在复合部件100中留下开口104，例如空隙、空腔等等。例如，损坏的或不想要的材料区域102可以被削掉或以其他方式从复合部件100中清除。
参考图2中的(C)和图3，无论是填充开口104以修复损坏的复合部件100还是用新材料修改复合部件100，复合材料的生坯段106与复合部件100的渗透段100′一起铺设或定位。此外，屏障段108定位在渗透段100′和生坯段106之间，使得屏障段108与渗透段100′和生坯段106均接触。如图2的(C)所示，屏障段108排列在现有的渗透段100′和复合材料的新的生坯段106之间的界面处。例如，如图3所示，屏障段108限定了接触渗透段100′的第一界面表面110和接触生坯段106的第二界面表面112。当如图2和图3中的(C)所示，铺设或定位在一起时，渗透段100′、生坯段106和屏障段108限定了组件116。
在一些实施例中，生坯段106包括屏障段108。例如，生坯段106和屏障段108可以由多个复合层114形成，其中屏障段108是形成生坯段106和屏障段108的多个复合层114中的至少一层，并且形成屏障段108的一个复合层或多个复合层114的至少一种特性不同于形成生坯段106的多个复合层114，如下进行更详细的描述。在这种实施例中，多个复合层114堆叠或铺设在一起，例如，作为复合层叠层，并且屏障段108的多个层114限定接触渗透段100′的第一界面表面110。多个复合层114可以是预浸渍层，例如，如上所述，在一些实施例中，纤维束可以形成为增强带并且在铺设为预制件之前利用浆料组合物浸渍，其中浆料浸渍带可称为“预浸料”，有限长度的带可称为“层”。在其他实施例中，生坯段106和/或屏障段108可以通过任何其他合适的工艺形成，例如浆料浇注工艺等，从而产生包括布置在基质中的增强纤维的复合预制件。
渗透段100′和生坯段106之间的屏障段108有助于延缓或防止游离或残留硅和/或其他成分从原始的、已渗透段100′流向生坯段106，例如，在渗透生坯段106的渗透过程期间。也就是说，屏障段108可用于限制、阻碍和/或避免流体传输穿过相邻体，例如渗透段100′和生坯段106。例如，在复合部件100是CMC部件并且渗透段100′和生坯段106均由CMC材料形成的情况下，屏障段108形成屏障，以防止在随后的渗透期间硅和/或其他成分的流失或回流，例如如图3所示，从渗透段100′中的未反应硅的兜部115流向生坯段106。更具体地，在可以是熔体渗透(MI)、化学气相渗透(CVI)等或其组合的后续渗透期间，可以施加高于硅熔点的温度。在没有屏障段108的情况下，生坯段106靠着原始的渗透段100′定位，并且渗透段100′中存在的残余硅可能在随后或第二次渗透期间部件暴露于的较高温度下熔化。熔化的硅可以通过毛细管作用被拉入添加的、新形成的“生胚”CMC材料的精细毛细管中。在冷却时，这种硅可能保留在生坯CMC部分中，在由渗透段100′和生坯段106形成的最终复合部件100的渗透段100′中留下空隙、裂缝、裂纹、孔隙或其他不希望的元素。
如上所述，定位在渗透段100′和生坯段106之间的屏障段108不同于渗透段100′、生坯段106或两者，用于减缓、限制、阻碍或防止在渗透过程期间成分从渗透段100′迁移到生坯段106，其中先前渗透段100′和生坯段106同时暴露于渗透条件。例如，屏障段108的至少一种特性可以不同于生坯段106和/或渗透段100′的相应的至少一种特性。
在至少一些实施例中，屏障段108的屏障段渗透率Kbarrier低于渗透段100′的渗透段渗透率Kinfiltrated、生坯段106的生坯段渗透率Kgreen、或渗透段渗透率Kinfiltrated和生坯段渗透率Kgreen两者。例如，在渗透段100′和生坯段106之间的界面处，较低的屏障段渗透率Kbarrier导致局部流体速度在该界面上下降，这阻碍了由局部毛细管力引起的回流。在一些实施例中，屏障段渗透率Kbarrier可以是生坯段渗透率Kgreen的二分之一(1/2)或更小。作为示例，渗透段渗透率Kinfiltrated和生坯段渗透率Kgreen可各自在约1x10-14m2至约1x10-12的范围内，并且屏障段渗透率Kbarrier可以在约1x10-18m2至约1x10-15m2的范围内。生坯段渗透率Kgreen的范围是通过毛细管重量增益程序(capillary weight-gain procedure)测量的，该程序类似于文章(A.Marchais等人，“填充SiC粉末和SiC/SiC预制件中十六烷的毛细管渗透：熔融硅渗透的孔隙描述和计算”，《陶瓷国际》，第42卷，第7774-7780页(2016年)——A.Marchais，et al.，“Capillary infiltration of hexadecane in packed SiC powderand in SiC/SiC preforms：Pore description and calculation of molten Siinfiltration，”Ceramics International，vol.42，pp.7774-7780(2016))中报告的使用异丙醇作为渗透剂的程序。
屏障段108的低屏障段渗透率Kbarrier可以由屏障段108的微观结构产生，屏障段108可以是一个或多个复合层114或以另一种合适的方式形成的复合预制件，如上文所述。例如，屏障段108的微观结构可以不同于渗透段100′、生坯段106或两者的微观结构，以控制硅或其他成分在渗透过程期间从渗透段100′到生坯段106的传输。与渗透段100′的渗透段渗透率Kinfiltrated和/或生坯段106的生坯段渗透率Kgreen相比，屏障段108的微结构导致较低的屏障段渗透率Kbarrier，可以导致从渗透段100′到生坯段106的流动路径上的速度场下降或压力场不连续，从而减缓或阻止诸如硅之类的成分从渗透段100′流向生坯段106。
例如，屏障段渗透率Kbarrier与通过屏障段108的流动速度相关，例如，屏障段渗透率Kbarrier的10％的下降可对应于通过屏障段108的流动速度的10％的下降。因此，相对于渗透段渗透率Kinfiltrated和/或生坯段渗透率Kgreen，可以选择较低的屏障段渗透率Kbarrier，以充分降低通过屏障段108的流动速度，从而减少或防止在渗透过程期间从渗透段100′回流到生坯段106。例如，具体参考图3，箭头V表示游离硅流动的速度矢量，每个箭头的长度表示流动速度的大小。如图3所示，沿着y轴的流动，其在所描绘的实施例中是主轴或主导速度，比沿着x轴的流动具有更大的幅度，该X轴穿过部件的厚度。也就是说，沿着或平行于y轴延伸的箭头V具有比沿着或平行于x轴延伸的箭头V更长的长度。因此，从渗透段100′和生坯段106到屏障段108的流动速度的幅度小于从硅源120到生坯段106的流动速度的幅度，这表明在图3所示的实施例中屏障段108至少比生坯段106具有更低的渗透率。
在至少一些实施例中，至少部分地基于用于渗透包括渗透段100′、生坯段106和屏障段108的组件116的循环时间，屏障段渗透率Kbarrier可以低于生坯段渗透率Kgreen(这可被称为再渗透过程，因为渗透段100′正在经历第二次或进一步的渗透过程)。例如，在一些实施例中，生坯段渗透率Kgreen与屏障段渗透率Kbarrier的比率可以大于2∶1，由从屏障段108中硅传输的时间尺度和渗透组件116的循环时间导出的时间尺度因子缩放。生坯段渗透率Kgreen和屏障段渗透率Kbarrier之间的比率可表示为等式2所示：
其中时间尺度因子t0/tprocess是屏障段108中硅传输的时间尺度t0与组件116渗透的循环时间tprocess的比率。在一些实施例中，生坯段渗透率Kgreen与屏障段渗透率Kbarrie，可以大于4∶1，在一些实施例中大于5∶1，在一些实施例中大于10∶1，在一些实施例中大于20∶1，在一些实施例中大于50∶1，并且在一些实施例中大于100∶1，每个比率按如上所述的时间尺度因子缩放。换句话说，在各种实施例中，屏障段渗透率Kbarrier可以在以下范围内，由时间尺度因子缩放，如等式2所示：
0.01Kgreen≤Kbarrier≤0.75Kgreen
如下文更详细地描述，屏障段渗透率Kbarrier可以低于生坯段渗透率Kgreen，因为屏障段108的微观结构不同于生坯段106的微观结构。例如，为了将屏障段108的微观结构与屏障段108的微观结构区分开来，屏障段108的粒度分布可以不同于生坯段106的粒度分布和/或屏障段108的游离硅含量可以不同于生坯段106的游离硅含量，两者之一或两者都可能影响屏障段108的孔隙率，并因此影响其渗透率。
屏障段108的微观结构可以以多种方式相对于渗透段100′和/或生坯段106的微观结构进行修改。作为示例，粒度分布可以在屏障段108和渗透段100′和/或生坯段106之间变化，以在屏障段108中产生不同的微观结构。例如，粒度分布可以变化，使得生坯段106包括较大的颗粒，而屏障段108包括较小的颗粒。此外，粒度分布可在屏障段108内变化，其中屏障段108中的最大颗粒分布在更接近于限定屏障段108与渗透段100′之间的界面的第一界面表面110，而屏障段108中的最小颗粒分布在离第一界面表面110最远的地方，使得例如屏障段108内的平均粒度从第一界面表面110朝向屏障段108和生坯段106之间的第二界面表面112减小。
粒度分布影响材料中形成的孔隙的数量和尺寸，并且材料的孔隙率表示其渗透率。因此，改变屏障段108相对于渗透段100′和/或生坯段106的粒度分布，和/或改变屏障段108内的粒度分布，改变了孔隙大小和分布，因此改变了相对于渗透段100′的渗透段渗透率Kinfiltrated、生坯段106的生坯段渗透率Kgreen，或两者的屏障段108的屏障段渗透率Kbarrier，和/或相对于通过屏障段108的渗透率的屏障段108的屏障段渗透率Kbarrier。因此，可以选择屏障段108内的孔隙大小分布，以实现相对于渗透段100′和/或生坯段106的屏障段108中的较低渗透率。
作为示例，可由其形成段100′和生坯段106的典型CMC材料可具有约1微米的中值粒度。与渗透段100′和生坯段106相比，屏障段108可具有修改的粒度分布，其将中值粒度移向约0.5微米。如可以使用例如等式1确定的，将中值粒度从约1微米减小到约0.5微米，导致与渗透段渗透率Kinfiltrated和生坯段渗透率Kgreen相比，屏障段渗透率Kbarrier约减少四倍(4X)。例如，使用上面描述的等式2，将中值粒度从生坯段106中的约1微米减小到屏障段108中的约0.5微米，导致屏障段渗透率Kbarrier为生坯段渗透率Kgreen的约四分之一(1/4)，或Kbarrier≤0.25Kgreen。作为另一个示例，将中值粒度从生坯段106中的约1微米减小到屏障段108中的约0.1微米，导致屏障段渗透率Kbarrier约为生坯段渗透率Kgeen的十分之一(1/10)，或Kbarrier≤0.1Kgreen。
作为修改屏障段108的微观结构的另一个示例，屏障段108的残余孔隙率可以相对于渗透段100′和/或生坯段106的残余孔隙率降低，以降低屏障段108相对于渗透段100′和/或生坯段106的渗透率。例如，在熔体渗透过程期间，残留通道或空隙可以用硅填充，使得完全反应的基线MI-CMC部件具有残留硅体积含量，可以认为是在渗透结束时液态硅进入的残余孔隙率。根据等式1，降低材料的残余孔隙率可以减少或降低材料的渗透率。
CMC材料中碳化硅与碳(SiC与C)颗粒的质量分数比的修改可用于增加或减少残余孔隙率。例如，相对于碳化硅的质量分数增加碳颗粒的含量或质量分数可以降低CMC材料的残余孔隙率。例如，使用等式1，通过增加碳含量将残余孔隙率从约13％降低到约5％，导致渗透率降低21倍，即，由于碳含量增加，具有约5％残余孔隙率的材料的渗透率比具有大约13％残余孔隙率的材料的渗透率低21倍。例如，参考等式2，将屏障段108中的游离硅含量(例如，通过增加碳含量)从约13％降低至约8.5％，可将屏障段渗透率Kbarrie，降低至生坯段渗透率Kgreen的四分之一(1/4)或更少，使得Kbarrier≤0.25Kgreen。作为另一个示例，将屏障段108中的游离硅含量从约13％减少到约6.5％可以将屏障段渗透率Kbarrier降低到生坯段渗透率Kgreen的十分之一(1/10)或更少，使得Kbarrier≤0.1Kgreen。因此，减少屏障段108中的残余孔隙率或游离硅的量，例如通过相对于渗透段100′和/或生坯段106的碳含量增加屏障段108中的碳颗粒含量，可以相对于渗透段渗透率Kinfiltrated和/或生坯段渗透率Kgreen降低屏障段渗透率Kbarrier
在至少一些实施例中，屏障段108的较低渗透率可以是较低反应渗透率。渗透段100′、生坯段106和/或屏障段108的反应渗透率可以不同于相应段100′、106、108的起始孔隙的渗透率，并且由于例如源于固相(固相源于渗透期间反应产物的形成)的体积变化。例如，当较低的渗透率是较低的反应渗透率时，当屏障段108在渗透过程期间由于在渗透期间反应产物的形成引起的孔隙率降低而发生反应时，屏障段渗透率Kbarrier较低。例如，屏障段渗透率Kbarrier可以随着包括渗透段100′、生坯段106和屏障段108的组件116的环境温度升高(例如，在组件116设置在熔炉118(图3)并且熔炉118内的环境温度升高到高于硅的熔点的情况下，如下所述)而降低。因此，屏障段108的反应渗透率可低于渗透段100′和/或生坯段106的反应渗透率，以减缓或防止在渗透过程期间从渗透段100′回流至生坯段106。
此外，屏障段108可以根据例如渗透段100′和/或生坯段106进行调整。也就是说，在渗透段100′和生坯段106之间的界面处的局部流体速度可以调整为给定组件116的所需流体速度。作为一个示例，例如，通过与第二屏障段108的粒度分布相比改变第一屏障段108中的粒度分布，或者通过以其他方式在不同屏障段108中产生不同的微观结构，屏障段108的屏障段渗透率Kbarrier可以基于屏障段108的成分从一个组件116到另一个组件地变化。
通过在屏障段中利用较低的渗透率，例如通过与渗透段100′和生坯段106相比改变屏障段的微观结构，渗透期间从渗透段100′到生坯段106的不希望的流动无需使用不同的材料和/或化学变化或处理即可减缓或防止。例如，生坯段106和屏障段108可以由与渗透段100′相同的材料(例如，CMC材料，例如SiC/SiC)形成，其中屏障段108由相同的材料形成，具有不同的微观结构以相对于渗透段渗透率Kinfiltrated和/或生坯段渗透率Kgreen降低屏障段渗透率Kbarrier。通过利用微结构来阻止或防止从渗透段100′回流，不需要将不同的材料和/或化学变化/处理添加到该过程和组件116中。因此，较低的屏障段渗透率Kbarrier可以通过利用界面动力学的优点来实现，这可以减少现有的渗透段100′的材料与新的生坯段106的材料之间的任何潜在差异。
参见图2的(C)和图3，包含纤维和基质成分的生坯段106相对于渗透段100′形成并定位，使得至少一部分屏障段108设置在所有位置，在没有屏障段108的情况下，生坯段段106将与渗透段100′相接。也就是说，渗透段100′、生坯段106和屏障段108被组装或铺设在一起作为组件116，其中屏障段108将生坯段106与渗透段100′分开。如图2和3所示，屏障段108可具有任何合适的形状和/或可由任何合适数量和构造的部分或区域组成，以在渗透段100′和生坯段106之间形成屏障。
在渗透段100′、生坯段106和屏障段108组装在一起作为组件116之后，生坯段106在例如与例如硅金属或合金源之类的硅(Si)源120(对于CMC部件)接触的同时被加热。在与硅源120接触的同时加热生坯段106在与基质成分反应时产生陶瓷基质。熔融渗透硅相容易润湿生坯段106的基质成分(例如，SiC和/或碳基质成分)，因此容易通过毛细管作用被拉入生坯段106的一部分孔隙中。通常，硅渗透到基质成分中不需要外部驱动力，并且形成生坯段106的预制件通常不会因渗透而发生尺寸变化(因为预制件的孔隙中填充了硅)。使用硅(例如，硅金属或合金)的纤维增强CMC的熔体渗透(MI)的当前常规工艺包括分批工艺，其中可以将硅金属粉末施加到生坯段106的表面上或者可以使用多孔碳芯(porous carbonwick)而转移到处于熔融状态下的预制件。也可以使用其他MI过程以及其他渗透过程。此外，应当理解，在与硅源接触的同时加热生坯段106可以包括在特定压力下将整个组件116加热到特定温度，例如在如图3所示的熔炉118中。
如图2的(D)所示，一旦渗透过程完成(例如，在组件116已在一定压力下加热到阈值温度一段预定的时间之后)，生坯段106、屏障段108和渗透段100′连接在一起作为修改后的复合部件122。本领域的普通技术人员将了解温度、压力和加热时间的范围，以及对于所选渗透过程可接受的其他变量，例如MI或化学蒸气渗透过程。
因此，用生胚复合材料修改现有的、渗透的复合部件100可以包括后续渗透。当执行后续渗透以重组、修复、重建、致密化、加强、扩大或以其他方式修改原始渗透的复合部件100，其本身通过包括渗透的过程来形成时，可能发生硅从复合部件的先前渗透段100到新的生坯段106的流失或者回流。然而，由于屏障段108设置在渗透段100′和生坯段106之间，可以避免硅相从渗透段100′的流失。因此，可以在渗透过程期间通过添加外部源硅而不是通过从保持其硅相的原始CMC部件100虹吸掉硅来在新形成的CMC生坯段106致密化期间添加硅。
从前面的讨论中可以理解，本主题包括用于修改复合部件的各种方法，例如修复或以其他方式修改现有的、已经渗透的复合部件。图4示出了用于修改复合部件100的方法400。如图4所示，方法400可选地包括(402)识别不想要的材料区域102和(404)去除不想要的材料区域102。例如，如上所述，复合部件100可能被损坏并且为了修复复合部件100，损坏的部分可以被去除并用新材料替换，即生坯段106，其作为将生坯段106连接到复合部件100的渗透段100′的一部分而被渗透。因此，在一些实施例中，方法400包括识别损坏或不想要的材料区域102并且从复合部件100去除损坏的或不想要的材料区域102，以准备将生坯段106连接到复合部件100。然而，在其他实施例中，在将生坯段106连接到复合部件100之前，没有损坏或不想要的区域102从复合部件100去除，因此(402)和(404)可以从方法400中省略。
仍然参考图4，方法400可以包括(406)形成生坯段106和(408)形成屏障段108。在一些实施例中，生坯段106可以包括多个复合层114，并且屏障段108可以包括一个一个或多个复合层114。例如，如方法400的(406)处所示形成生坯段106可包括由第一多个复合层114形成生坯段106。此外，如方法400的(408)处所示形成屏障段108可以包括由第二多个复合层114形成屏障段108。生坯段106和屏障段108也可以以其它方式形成，例如由其它类型的复合预制件形成。此外，应当理解，如上文更详细描述的，生坯段106和屏障段108可以形成为单独的预制件(即，限定生坯段106的预制件和限定屏障段108的预制件)或者形成为包括生坯段106和屏障段108的单个预制件。
图4中所示的方法400包括(410)将屏障段108定位在渗透段100′和生坯段106之间以形成组件116。方法400进一步包括(412)启动渗透过程。在至少一些实施例中，启动渗透过程包括(414)将硅源120定位成与至少生坯段106接触，(416)将组件116和硅源120布置在熔炉118中，以及(418)将熔炉118内的温度升高到硅的熔点以上。应当理解，(414)定位硅源120和(416)将组件116和硅源120设置在熔炉118内可以以相反的顺序执行，即，组件116和硅源120可以设置在熔炉118中，然后硅源120可以定位成与组件116的至少生坯段106接触。
如本文所述，本主题可利用各种部件或部件段的诸如粒度、残留硅含量、孔隙率、非反应性和反应性渗透等参数来确定例如屏障段108是否可以充分减缓、限制、阻碍和/或防止硅在随后的渗透过程中从先前渗透的材料传输到生胚、未渗透的材料。应当理解，可以使用各种不同的方法和过程来测量和/或量化这些参数。例如，部件或材料的粒度或特定表面面积可以通过光散射、显微镜、图像分析或BET测量来测量。作为其他示例，可以通过显微镜、图像分析、X射线衍射或具有元素分析的化学蚀刻来测量或评估残余硅水平。作为进一步的示例，重量分析可适用于测量孔隙率，并且基于重量增益或渗透前沿高度的非反应性渗透和反应性渗透测量可用于测量渗透率。
因此，如本文所述，本主题提供了复合部件和用于修改复合部件的方法。例如，本主题提供了一种屏障段，该屏障段在渗透过程期间定位在未渗透的生坯段和现有的、已经渗透的复合部件的现有渗透段之间，例如，该渗透过程作为修改现有的、已经渗透的复合部件的一部分修复或以其他方式修改复合部件。在随后的渗透期间，屏障段减缓或防止一种或多种成分(例如用于CMC部件的硅)从渗透段重新分布或迁移到生坯段。成分从渗透段重新分布或迁移到生坯段可能会削弱组件的渗透段，使得屏障段有助于保持现有的渗透的复合部件的完整性和强度。如本文所述，屏障段可具有比渗透段、生坯段或渗透段和生坯段两者更低的渗透率，例如通过不同的微结构，以帮助防止从渗透段流到生坯段。此外，屏障段的较低渗透率可以利用组件的不同段之间的界面动力学来减缓或防止从渗透段到生坯段的流动，而无需使用不同的材料或化学变化或处理，这可以减少在最终部件中的现有渗透区域和新区域(由生坯段形成)之间的潜在差异。本领域的普通技术人员也可以认识到本文描述的主题的其他优点。
本公开的进一步方面由以下条项的主题提供：
一种用于修改复合部件的方法，包括将屏障段定位在所述复合部件的渗透段和生坯段之间，以形成组件；和启动渗透过程，其中所述屏障段具有低于所述渗透段的渗透段渗透率、所述生坯段的生坯段渗透率、或所述渗透段渗透率和所述生坯段渗透率两者的屏障段渗透率。
根据任一前述条项所述的方法，其中粒度分布从所述屏障段到所述生坯段变化。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述粒度分布从所述屏障段中的较小颗粒到所述生坯段中的较大颗粒变化。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述生坯段包括所述屏障段。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述生坯段包括多个复合层，所述多个复合层中的至少一个复合层限定所述屏障段。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段限定界面表面，所述界面表面接触所述渗透段。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述复合部件是陶瓷基复合材料(CMC)部件，并且其中所述渗透过程是硅渗透过程。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述硅渗透过程是熔体渗透过程。
根据任一前述条项所述的方法，其中启动所述渗透过程包括将硅源定位成与至少所述生坯段接触。
根据任一前述条项所述的方法，其中启动所述渗透过程进一步包括将所述组件和所述硅源布置在熔炉中并且将所述熔炉内的温度升高到硅的熔点以上。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述硅渗透过程是化学气相渗透过程。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段渗透率是反应渗透率，使得当所述屏障段在所述渗透过程期间发生反应时所述屏障段渗透率较低。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段的所述反应渗透率低于所述生坯段的反应渗透率。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段的所述反应渗透率低于所述渗透段的反应渗透率。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述渗透段在启动所述渗透过程之前被渗透，使得启动所述渗透过程包括启动所述渗透段的第二次渗透。
根据任一前述条项所述的方法，进一步包括识别不想要的材料区域；和去除不想要的材料区域。
根据任一前述条项所述的方法，进一步包括由第一多个复合层形成所述生坯段；和由第二多个复合层形成所述屏障段。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段渗透率是所述生坯段渗透率的二分之一或更小。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述生坯段渗透率与所述屏障段渗透率的比率大于4：1。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述生坯段渗透率与所述屏障段渗透率的比率通过时间尺度因子t0/tprocess来缩放，所述时间尺度因子是所述屏障段中硅传输的时间尺度t0与所述组件的渗透的循环时间tprocess的比率。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段渗透率小于所述生坯段渗透率，由等式确定。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段的中值粒度小于所述渗透段、所述生坯段、或所述渗透段和所述生坯段两者的中值粒度。
根据任一前述条项所述的方法，其中所述屏障段的残余孔隙率小于所述渗透段、所述生坯段、或所述渗透段和所述生坯段两者的残余孔隙率。
根据任一前述条项所述的方法，其中相对于所述渗透段，碳化硅与碳颗粒的质量分数比在所述屏障段中增加，以与所述渗透段的残余孔隙率相比降低所述屏障段的残余孔隙率。
根据任一前述条项所述的方法，其中相对于所述生坯段，碳化硅与碳颗粒的质量分数比在所述屏障段中增加，以与所述生坯段的残余孔隙率相比降低所述屏障段的残余孔隙率。
根据任一前述条项所述的方法，其中相对于所述渗透段和所述生坯段，碳化硅与碳颗粒的质量分数比在所述屏障段中增加，以与所述渗透段的残余孔隙率和所述生坯段的残余孔隙率相比降低所述屏障段的残余孔隙率。
一种复合部件，包括在先前的渗透过程期间用熔融材料渗透的渗透段；未渗透的生坯段；和屏障段，所述屏障段具有不同于渗透段、所述生坯段、或所述渗透段和所述生坯段两者的微观结构，其中所述屏障段的所述微观结构被配置为在随后的渗透过程期间减缓所述渗透段和所述生坯段之间的材料流动。
根据任一前述条项所述的复合部件，其中所述生坯段包括所述屏障段。
根据任一前述条项所述的复合部件，其中所述生坯段是复合层的叠层，并且其中所述屏障段是所述复合层的所述叠层中的至少一个复合层。
根据任一前述条项所述的复合部件，其中相对于所述生坯段的生坯段渗透率，所述屏障段的所述微观结构降低了所述屏障段的屏障段渗透率，使得所述屏障段渗透率是所述生坯段渗透率的二分之一或更小。
一种用于修改陶瓷基复合材料(CMC)部件的方法，包括将屏障段定位在所述CMC部件的渗透段和生坯段之间；将硅源定位成与所述生坯段接触；和启动熔体渗透过程，其中所述屏障段具有低于所述渗透段的反应渗透率、所述生坯段的反应渗透率、或所述渗透段的所述反应渗透率和所述生坯段的所述反应渗透率两者的反应渗透率。
本书面描述使用示例来公开本公开的实施例，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可授予专利的范围由权利要求限定并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性差异的等同结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于修改复合部件的方法，其特征在于，包括：
将屏障段定位在所述复合部件的渗透段和生坯段之间，以形成组件；和
启动渗透过程，
其中所述屏障段具有低于所述渗透段的渗透段渗透率、所述生坯段的生坯段渗透率、或所述渗透段渗透率和所述生坯段渗透率两者的屏障段渗透率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中粒度分布从所述屏障段到所述生坯段变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述粒度分布从所述屏障段中的较小颗粒到所述生坯段中的较大颗粒变化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述生坯段包括所述屏障段。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述屏障段限定界面表面，所述界面表面接触所述渗透段。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述复合部件是陶瓷基复合材料(CMC)部件，并且其中所述渗透过程是硅渗透过程。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述硅渗透过程是熔体渗透过程。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中启动所述渗透过程包括将硅源定位成与至少所述生坯段接触。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中启动所述渗透过程进一步包括将所述组件和所述硅源布置在熔炉中并且将所述熔炉内的温度升高到硅的熔点以上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述屏障段渗透率是反应渗透率，使得当所述屏障段在所述渗透过程期间发生反应时所述屏障段渗透率较低。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6820334B2 (en) * 2002-04-19 2004-11-23 General Electric Company Method for repairing articles of ceramic composites
US20060188736A1 (en) * 2005-02-18 2006-08-24 General Electric Company Diffusion barrier for assemblies with metallic and silicon-containing components and method therefor
US9366140B2 (en) * 2013-03-15 2016-06-14 Rolls-Royce Corporation Ceramic matrix composite repair by reactive processing and mechanical interlocking
SG10201702694WA (en) * 2016-06-23 2018-01-30 Rolls Royce Corp Joint surface coatings for ceramic components
US10150188B1 (en) * 2017-08-04 2018-12-11 General Electric Company Method of ceramic matrix composite repair
US10774008B2 (en) * 2017-09-21 2020-09-15 General Electric Company Ceramic matrix composite articles
US20190376389A1 (en) * 2018-06-08 2019-12-12 General Electric Company Composite Component Modifications

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