CZ9902046A3 - Kompozice karbidu křemíku zesílená karbidem křemíku - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu zahrnujícího kroky: a) zajištění vlákenného polotovaru obsahujícího bezoxidové keramické vlákno s alespoň jedním povlakem, přičemž tento povlak zahrnuje povlakový prvek, vybraný ze skupiny sestávající z uhlíku, dusíku, hliníku a titanu, a vlákno má teplotu degradace mezi 1400°C a 1450°C, b) impregnování polotovaru na kaši obsahující částice karbidu křemíku mezi 0,1 % hmotnosti a 3 % hmotnosti přidaného uhlíku, c) zajištění povlakové směsi obsahující: i) slitinu obsahující kovový infiltrant a povlakový prvek a ii) pryskyřici, d) umístění povlakové směsi alespoň na část povrchu tělesa porézního karbidu křemíku, e) ohřátí povlakové směsi na teplotu mezi 1410°C a 1450°C pro roztavení slitiny a f) infiltrování vlákenného polotovaru roztavenou slitinou po časovou prodlevu mezi 15 minutami a 240 minutami pro vyrobení keramické kompozice zesílené keramickým vláknem.

Description

Kompozice karbidu křemíku zesílená karbidem křemíku

Prohlášení o podpoře vlády

Část předmětu tohoto vynálezu byla vyvinuta v rámci Programu pohonných materiálů umožňujících vysokorychlostní civilní dopravu sponzorovaného NASA podle smlouvy č. NAS326385.

Dosavadní stav techniky

Zesílené keramické matricové kompozice (CMC) jsou velmi vhodné pro konstrukční aplikace pro svoji houževnatost, tepelnou odolnost, pevnost za vysoké teploty a chemickou stabilitu. Tyto kompozice se mohou vyrábět přidáním whisker, vláken nebo destiček ke keramické matrici. Při zhotovování keramických matricových kompozic zesílených kontinuálními vlákny (CFCC) začíná způsob výroby obvykle tkaním souvislých vlákenných kabelů (např, slinutých vláken karbidu křemíku SiC, jako jsou Hi-Nicalon™ nebo Dow Corning Sylramic™) na látku, jako je dvourozměrná 5HS nebo 8HS, nebo trojrozměrné látky. Tato tkaná vlákenná látka se pak tvaruje do desky nebo tvaru zvaného vlákenný předlisek. Pórezita uvnitř vlákenného předlisku se pak vyplňuje, aby se vyrobila hustá CFCC. Nekřehký charakter CFCC poskytuje velmi potřebnou spolehlivost, která jinak u monolitických keramických výrobků chybí.

Zvýšená lomová odolnost keramických matricových kompozic se dosahuje zjišťováním trhlin, přenesením zátěže a vytažením vláken. Vytažení vláken se dosáhne tím, že je malé nebo žádné chemické spojení mezi vlákny a matricí, takže vlákna jsou schopná klouzat podél matrice. Je však také známo, že mnohé kombinace matrice-vlákno procházejí během zhuštění extenzivní chemickou reakcí nebo interdifuzí mezi materiály vláken a matrice. Takováto reakce nebo interdifuze může vést k nebezpečnému poklesu pevnosti, houževnatosti, φφ ·· φ · · · · φ φ Φ·Φ ·ΦΦ tepelné stability a odporu proti oxidaci. Proto se musí zvolit vhodná styčná plocha mezi vláknem a matricí, aby se zabránilo nebo se minimalizovaly chemické reakce a interdifuze. Povrchová úprava vláken je účinný prostředek pro regulaci reakce na styčné ploše vlákna s matricí. To se může provést potažením vláken vhodnou keramickou hmotou. Stejně důležitý, vhodný keramický povlak také dovoluje rozvázat styčnou plochu vlákna s matricí a umožňuje vláknu, aby se z matrice vytáhlo a klouzalo podle matrice a tak se zvyšovala lomová houževnatost této kompozice.

Povlakovaná vlákna karbidu křemíku a whiskry jsou známé ve stavu techniky kompozitních materiálů. Patent US č. 4,929,472 (Sugihara) zveřejňuje whiskry SiC, které mají povrch povlečený buď uhlíkatou vrstvou nebo vrstvou nitridu křemíku. Tyto whiskry s povlečeným povrchem se používají jako zesilující materiál pro keramické hmoty, jako je karbid křemíku SiC, karbid titanu TiC, nitrid křemíku Si₃N₄ nebo oxid hlinitý AI2O3. Bhattův US patent č. 4,781,993 uveřejňuje matrici SÍ3N4 zesílenou vláknem karbidu křemíku SiC pojeným reakcí, kde jsou vlákna karbidu křemíku SiC povlečená vrstvou amorfního uhlíku a krycí vrstvou, která má vysoký poměr křemík/uhlík a pokrývá amorfní vrstvu. Riceův US patent č. 4,642,271 uveřejňuje BN povlakovaná keramická vlákna uložená v keramické matrici. Tato vlákna mohou být SiC, AI2O3, nebo grafit, zatímco matrice může být SÍO2, SiC, ZrO2, ZrO2^-TiO₂, kordieritová, mullitová nebo matrice povlakovaného uhlíku. US patent č. 4,944,904, Singh a kol. zveřejňuje kompozici, která obsahuje vlákenný materiál povlečený nitridem bóru. Vlákna uhlíku nebo karbidu křemíku SiC se potáhnou BN a materiálem smáčivým křemíkem a pak se přimísí do materiálu podporujícího infiltraci. Tato směs se tvaruje na předlisek, který je pak pro vytvoření kompozice infiltrován roztaveným roztokem bóru a křemíku.

Zhuštění surových CFCC je obtížnější než zhuštění • · • · • · · ··· · · ·· · ··· · · · · · · • · · · · · · «·····

- 3 surových monolitických keramických materiálů. Obvyklé slinováni surové keramické matrice zesílené slinutými vlákny není možné, protože surová keramická matrice má tuhé vměstky. Zhuštění surových CFCC se však může dosáhnout infiltrací chemické páry (CVI) nebo infiltrací roztaveného křemíku. Infiltrace roztaveného křemíku je výhodný způsob, protože méně náročný na spotřebu času a častěji vytvoří úplně hutné těleso než proces CVI. Pro vysokoteplotní aplikace je pro dobré tepelné a mechanické vlastnosti a pro zabránění rychlé oxidaci/degradaci výztuh nebo zesilovacího povlaku úplné zhuštění nezbytné. Například požadované charakteristiky CFCC používaných u aplikací letecké přepravy zahrnují vysokou tepelnou vodivost, vysokou mez pevnosti v tahu a vysoké cyklické maximální únavové namáhání. Bylo zjištěno, že jedna běžná CFCC zhotovená postupem infiltrace chemické páry podle známého stavu techniky má tepelnou vodivost pouze kolem 4,7 BTU/hr.ft.F při 2200 °F a maximální cyklické únavové namáhání pouze kolem 15 ksi (asi 105 MPa), přičemž používá vlákno Hi-Nicalon™. Má se za to, že nízká tepelná vodivost a maximální cyklické únavové namáhání tohoto CVI materiálu je způsobené relativně vysokou pórezitou tohoto materiálu (typicky 10-20 %) , což je společné pro procesy CVI. Podle toho se technika zaměřila na zhušťování infiltrací křemíku.

Zhušťování infiltrací křemíku bylo praktikováno na monolitické keramické materiály, jako je reakcí pojený karbid křemíku, po mnoho let. Tento proces, jak je popsaný v Taylorově US patentu č. 3,205,043, zahrnuje infiltrování roztaveného křemíku přes póry surového tělesa obsahujícího alfa karbid křemíku a uhlík. Křemík reaguje s uhlíkem do formy beta karbidu křemíku, který pak pojí zrna alfa siC k sobě. Část infiltrovaného roztaveného křemíku, která nereaguje s uhlíkem, tuhne při chlazení a tak vyplňuje póry SiC tělesa pojeného SiC. Tento fenomén je známý jako • · · silikonizace a vede ke zcela hutnému konečnému produktu obsahujícímu SiC a zbytkový volný křemík. Protože infiltrace křemíku nezahrnuje smrštění surového tělesa (což je případ běžného slinování), je konečný hutný produkt blízký čistému tvaru. Technika používala infiltraci · křemíku stejně dobře pro zhušťování keramických kompozic obsahujících vlákna.

Patent US č. 5,296,311 McMurtryho, na jehož popis se odkazuje, zveřejňuje kompozici karbidu křemíku infiltrovanou křemíkem a zesílenou vlákny povlakovaného karbidu křemíku. McMurtry zveřejňuje také způsob, který zahrnuje kroky:

a) povlakování vláken SiC potahem vybraným ze skupiny sestávající znitřídu hliníku, nitridu bóru a diboridu titanu,

b) úpravu povrchu povlečených vláken směsí prášku SiC, vody a neionogenního povrchového činidla,

c) přípravu řídké kaše zahrnující prášek SiC a vodu,

d) impregnování povlečených vláken touto řídkou kaší za použití procesu vakuového odvodňování do formy odlitku,

e) sušení odlitku pro vytvoření surového tělesa,

f) infiltrování tohoto surového tělesa křemíkem pro vytvoření husté matricové kompozice pojené reakcí a zesílené vláknem SiC.

McMurtry uvádí, že vytvoření uvedených povlaků na vláknech SiC limitovalo jak mechanické, tak i chemické vázání s matricí a tak zlepšovalo pevnost a houževnatost materiálu kompozice. Avšak bylo zjištěno, že CFCC vyráběné v podstatě podle McMurtryho mají při teplotě místnosti čtyřbodovou pevnost v ohybu jen kolem 1 ksi. Ačkoliv je taková pevnost keramického materiálu typicky pouze kolem 60 % až 90 % jeho čtyřbodové pevnosti v ohybu, mají tyto CFCC pravděpodobně tahovou pevnost pouze kolem 0,6 až 0,9 ksi. Dále za předpokladu modulu pružnosti kolem 30 miliónů psi mají tyto CFCC při teplotě místnosti pravděpodobně nejvyšší tahové napětí méně než 0,003 %. Za důvod pro tyto nízké • · · hodnoty se považuje to, že vlákno používané podle McMurtryho má malou mez pevnosti a také částečná reakce nevázaného povlaku s roztaveným křemíkem. Navíc jednoduché nahrazení vláken SiC o vyšší pevnosti, jako je vlákno Hi-Nicalon™, představuje vážnější problémy zhoršení, protože tato vlákna o vyšší pevnosti se považují za více náchylná k poškození roztaveným křemíkem než vlákna SiC používaná McMurtrym. Tato vlákna o vyšší pevnosti degradují typicky zejména v teplotním rozsahu jen okolo 1410 až 1500 °C, zatímco krok infiltrace křemíku u McMurtryho se vykonává při teplotě kolem 1500 °C.

Navíc jeden specifický problém, na který se narazí u kompozic SiC zesílených SiC vyrobených procesem infiltrace křemíku, je to, že vlákno SiC nebo povlak ná něm může reagovat s roztaveným křemíkem během infiltrace, což má za následek degradaci požadovaných vlastností kompozice. Například se zjistilo, že díky vysoké reaktivitě roztaveného křemíku je během kroku infiltrace křemíku napadán BN dělící povlak, což má za následek těžkou degradaci podkladového vlákna SiC a proto také vlastností CFCC. Aby se takovýto atak zmenšil, byl studován koncept dvojitého povlaku, u kterého je na vrchu povlaku BN uložený druhý ochranný povlak CVD-SiC, viz například US patent . č. 4,944,904. Zatímco povlak CVD-SiC je za přítomnosti roztaveného křemíku stabilnější než podkladový povlak BN, bylo zjištěno, že roztavený křemík ještě rozpouští povlak CVD-SiC značně. Jako výsledek se má proces infiltrace křemíkové taveniny provádět při relativně nízké teplotě (to jest těsně u teploty tavení křemíku, která je 1410 °C) a po krátkou dobu (méně než 30 minut). Kvůli tomuto zkrácenému kroku infiltrace mají výsledné mikrostruktury CFCC často nekompletní infiltraci křemíku, vysokou pórezitu a špatné tepelně mechanické vlastnosti.

Druhý aspekt běžného procesu, jak je typicky představený • · · · · • · · · · 9

9« 99

9999 99 «9·9·9·

US patentem č. 4,889,686, který omezuje úplnost infiltrace křemíku, je použití uhlíku v impregnační kaši. Během kroku impregnace kaše se povlečené prameny nebo látky vláken impregnují uhlíkem, který je typicky přítomný alespoň jako 10 % hmotnosti kaše. Infiltrované prameny nebo látky vláken se pak umístí ve vakuové peci a ohřívají se za přítomnosti roztaveného křemíku. Infiltrovaný uhlík rychle reaguje s roztaveným křemíkem do formy matrice beta SiC. Podlé McMurtryho poskytuje přítomnost uhlíku v kaši reaktant pro vytvoření matrice SiC a má se za to, že zlepšuje smáčivé chování tekutého křemíku a tak křemíku dovoluje pronikat hlouběji do vnitřku pramenu vláken. Během infiltrace křemíku jsou do značné míry přijímány prospěšné účinky impregnovaného uhlíku. Například proces označený ochrannou známkou General Electric Toughened Silcomp využívá kaši s alespoň 10 % hmotnosti uhlíku. Protože je však reakce mezi křemíkem a uhlíkem reakce vysoce exotermická, může teplo vytvářené touto reakcí způsobovat nepříznivé lokální ohřátí předlisku vlákna na teplotu mezi 100 a 200 stupňů Celsia nad určenou teplotou roztaveného křemíku. Protože jsou stabilita vysoké pevnosti vláken SiC a některé uvolňovací povlaky (jako BN) velmi citlivé na teplotu, lze se setkat s degradací povlaků a vláken relativně často. Jeden přístup pro zmírnění této degradace je omezení doby a teploty, při které se provádí infiltrace křemíku. Jako výsledek relativně nízkých teplot používaných v kroku infiltrace křemíku je často neúplná silikonizace a zbývá nezreagovaný uhlík. Navíc bylo při běžném zpracování pozorováno, že reakce křemík/uhlík poblíž povrchových oblastí surové CFCC často blokuje následný průtok křemíku do vnitřku surové CFCC, což způsobuje lokalizované porézní oblasti. Její změna objemu způsobuje praskání složek síťového tvaru a nezreagovaný volný uhlík v kompozici degraduje její odolnost proti oxidaci za vysoké teploty.

• · ···· ··

Podle třetího aspektu běžného procesu se infiltrace křemíku provádí umístěním několika velkých kusů tuhého křemíku do různých míst na vrchu impregnovaného surového materiálu a ohřátím křemíku na jeho teplotu tavení. Teoreticky je proces infiltrace odkázaný hlavně na vzlínání tekutého křemíku nebo plynné přepravě par křemíku, aby pronikaly porézním polotovarem surové CFCC a reagovaly s impregnovaným uhlíkem v polotovaru do formy SiC in šitu. Ačkoliv tento proces funguje dobře pro monolitické keramické materiály, kde se infiltrace obvykle vede při relativně vysokých teplotách (alespoň 1750 °C) , což činí kinetiku infiltrace velmi rychlou, nefunguje dobře pro předlisky vláken. Díky omezené tepelné stabilitě vláken o vyšší pevnosti a systému povlaku rozhraní se má teplota v CFCC udržovat během infiltrace roztaveného křemíku velmi těsně u teploty tavení křemíku (kolem 1410 °C) . Protože je kinetika infiltrace při těchto nižších teplotách velmi pomalá, zabírá roztavenému křemíku nesmírně dlouhou dobu, než nasákne nebo se roztrousí do oblastí, které nejsou přímo pod kusem křemíku. Toto resultuje buď v nestejnoměrné charakterizované mnoha porézními oblastmi, nepříznivém rozrušení vlákno/povlak, když infiltrace dovolí probíhat po mnohem delší . dobu, aby se infiltrace dokončila. Za druhé je s touto technikou také mimořádně obtížné regulovat čisté množství křemíku infiltrovaného do předlisku vlákna. Jako výsledek se obvykle pozoruje ještě křemík ve formě povrchových hrudek na vnějším povrchu CFCC. Ačkoliv se může vykonat strojní postinfiltrace těchto hrudek, ta nejen pouze zvyšuje náklady na výrobu CFCC, ale také degraduje vlastnosti CFCC.

Běžné CFCC vyrobené postupy infiltrace křemíku tedy typicky obsahují vlákna, která jsou při typických teplotách infiltrace křemíku buď tepelně odolná, avšak mají malou pevnost, nebo obsahují vlákna, která mají velkou pevnost, infiltraci nebo v se procesu ·· • · • ·· 44 ··

4 4 · 4 4 · • 4 4·»· • 4 4 444 44 ·

4 4 4

444 444· ·4 44 avšak jsou náchylné k degradaci při typických teplotách infiltrace křemíku. Konvenční CFCC vyrobené procesy CVI mají typicky vysokou pórezitu a tak mají nízkou tepelnou vodivost, nízké maximální cyklické únavové napětí při vysokých teplotách a nízkou odolnost proti oxidaci.

Podle toho existuje potřeba CFCC, které mají vysokou tepelnou vodivost, vysoké maximální cyklické únavové napětí při vysokých teplotách, vysokou mezní tahovou deformaci a vysokuo mezní pevnost v tahu.

Podle čtvrtého aspektu běžného procesu bylo pozorováno, že povrchová struktura kompozice má po infiltraci křemíku tutéž drsnou tkanou strukturu vlákenného předlisku. Pro aplikace, jako jsou turbiny nebo kosmické součástky, které potřebují aerodynamickou konečnou úpravu povrchu, může mít takový hrubý povrch za následek zmenšený výkon. Jedno navržené řešení problému s hrubostí povrchu je uložit na povrch impregnovaného předlisku vrstvu CVD SiC a pak ji obrobit na požadovanou povrchovou jakost. Nevýhoda tohoto přístupu je to, že je obtížné a nákladné obrábět tvrdý povlak CVD SiC.

Podstata vynálezu

Podle předloženého vynálezu se navrhuje výhodný způsob, který zahrnuje kroky:

a) vytvoření vlákenného polotovaru zahrnujícího nekysličníkové keramické vlákno, které má alespoň jeden povlak, přičemž vlákno i povlak mají oba případně teplotu degradace mezi 1410 °C a 1450 °C a povlak zahrnuje prvek zvolený ze skupiny sestávající z uhlíku, dusíku, hliníku a titanu,

b) impregnování tohoto polotovaru v porézní formě kaší, která obsahuje částice karbidu křemíku a mezi 0,1 a 3 % hmotnosti přidaného uhlíku pro vytvoření impregnovaného surového tělesa, ·· ♦♦ Φ ·· ·· ·» • · · · ·· « · · » · · ··· · · · · · · • · · · · φ φ ··« ··>

• · · · · · · ···· ·· ··· ···· ·· ··

- 9 c) vytvoření povlakové směsi zahrnující:

i) slitinu resp. směs, která obsahuje kovový infiltrant a ten prvek, a ii) nějakou pryskyřici,

d) umístění povlakové směsi alespoň na část povrchu impregnovaného surového tělesa,

e) ohřátí této povlakové směsi na teplotu mezi 1400 °C a 1500 °C pro roztavení slitiny (případně mezi 1410 °C a 1450 °C), a

f) infiltrování surového tělesa roztavenou slitinou po časovou prodlevu mezi 15 minutami a 240 minutami, aby se vytvořilo keramické vlákno zesílené keramickou kompozicí.

Také v souladu se stávajícím vynálezem se vytvoří vlákno z karbidu křemíku zesílené kompozicí karbidu křemíku, která má mezní tahové napětí alespoň 0,3 % (s výhodou alespoň 0,6 %) při 2200 °F, mezní tahovou pevnost alespoň 20 ksi (s výhodou alespoň 30 ksi) při 2200 °F a která má tepelnou vodivost alespoň kolem 5,5 BTU/hr.ft.°F při 2200 °F a alespoň kolem 8 BTU/hr.ft.°F při 22 °C, maximální cyklické únavové napětí alespoň 20 ksi při 2200 °F po 1000 hodin a méně než 10 objemových procent beta karbidu křemíku vytvořeného in-itu.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je 750x zvětšená mikrofotografie vlákna karbidu křemíku zesíleného kompozicí karbidu křemíku a konvenčně infiltrovaného roztaveným nemíšeným křemíkem.

Obr. 2 je 750x zvětšená mikrofotografie vlákna karbidu křemíku zesíleného kompozicí karbidu křemíku podle předloženého vynálezu infiltrovaného směsí křemíku předem nasyceného uhlíkem.

Obr. 3 je 50x zvětšená mikrofotografie vlákna karbidu křemíku zesíleného kompozicí karbidu křemíku podle tohoto vynálezu, které v podstatě nevykazuje žádnou pórézitu v ··· ··· • · • · · · ···· ·· oblastech matrice v relativně rozsáhlé oblasti.

Obr. 4 37,5x zvětšená mikrofotografie kompozice, u které nastala infiltrace křemíku po impregnaci kaší SiC, která má vysokou koncentraci přídavného uhlíku.

Obr. 5 je graf, který porovnává maximální cyklické únavové napětí CFCC předloženého vynálezu oproti napětí CFCC dle stavu techniky vyrobené postupem CVI.

Obr. 6 je graf, který porovnává tepelnou vodivost kompozice podle tohoto vynálezu a kompozice zhuštěné infiltrací chemické páry.

Obr. 7 je nákres skladovatelné sestavy předlisku upevňovací prostředek-vlákno používané s výhodou pro výrobu kompozice podle tohoto vynálezu.

Obr. 8 je fotografie CFCC vytvořené podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Pro účely tohoto vynálezu je teplota degradace vlákna nebo povlaku teplota, při které začíná vlákno nebo vnitřní povlak degradovat po jedné hodině vystavení roztavenému křemíku za této teploty, což je pozorovatelné pod optickým mikroskopem se zvětšením 750x. Jeden příklad degradovaných vláken a degradovaných povlaků je poskytnutý na obrázku 1. Podobně se tepelná vodivost měří za použití laserového testu vzplanutí pro výpočet tepelné difuzivity tohoto materiálu. Podobně se maximální cyklické únavové napětí měří ohřátím zkušebních tyčí používaných v ASTM C1275-94 na 2200 °F po dvě hodiny bez zatížení, zvýšení zatížení na zkušební zátěž během asi 10 až 30 sekund, udržování na zkušebním zatížení a 2200 °F po dvě hodiny, snížení zkušebního zatížení na nulu během asi 10 sekund a opakování tohoto cyklu alespoň po 1000 hodin. Maximální cyklické únavové napětí je nejvyšší zkušební zátěž, která přetrvá toto cyklování alespoň po 1000 hodin.

Navíc se impregnace vztahuje k přidávání částic karbidu křemíku pro vyplnění pórézity vlákenného polotovaru, zatímco infiltrace se vztahuje k přidávání roztaveného kovu, jako je křemík, k impregnovanému vlákennému polotovaru.

Z prvního hlediska se vlákenný polotovar prohřeje v roztoku povrchově aktivního činidla, který v sobě nemá žádné keramické částečky. Z druhého hlediska předloženého vynálezu se prohřátý polotovar umístí do obalené krabice, která má kapalné medium (s výhodou vodnou kaši SiC), a vakuum vyvolané v systému, čímž se eliminují uvězněné bubliny z vnitřku prohřátého polotovaru. Z třetího hlediska se zdroj uhlíku v impregnační kaši SiC omezí na množství přibližně mezi 0,1 % hmotnosti a 3 % hmotnosti přidaného uhlíku (s výhodou mezi 0,1 a 1 % hmotnosti přidaného uhlíku) kaše, čímž se prakticky eliminuje exotermická reakce impregnovaného uhlíku s křemíkem a připouští delší krok infiltrace křemíku, což vede k úplnější infiltraci křemíku. Ze čtvrtého hlediska zahrnuje impregnační kaše dále bimodální směs karbidu křemíku, malé množství karbidu bóru a žádné pojivo. Podle pátého hlediska se vlákenný polotovar impregnuje kaší tlakovým litím v porézní formě, což takto podporuje úplnější impregnaci polotovaru. Podle šestého hlediska se dovoluje, aby proces impregnace kaší karbidu křemíku pokračoval po okamžiku úplné impregance vlákenného polotovaru, takže surový karbid křemíku úplně pokrývá nebo zarůstá povrch polotovaru a tak dovoluje následné dokončovací obrábění, aby se zajistila malá drsnost povrchu. Podle sedmého hlediska stávajícího vynálezu je křemík používaný pro infiltrování impregnovaného vlákenného polotovaru nasycený uhlíkem, čímž se snižuje hybná síla rozpouštění povlaku CVD SiC v roztaveném křemíku a umožňuje se delší doba infiltrace vedoucí k úplnějšímu zhuštění. Podle osmého hlediska se křemík, který se má použít v kroku ·· ♦· • · · « • · I

- 12 infiltrace křemíku, zpracovává na povlakovou směs, která obsahuje křemík a pryskyřici, a tato směs se rozprostře po lícové ploše předlisku vlákna z CFCC a tím se zajistí rovnoměrnější distribuce křemíku během infiltrace. Podle devátého hlediska dovoluje použití vlákna o vysoképevnosti avšak s nízkou teplotou degradace ve spojitosti s výše uvedenými modifikacemi, aby se krok infiltrace křemíku prováděl při teplotách (to jest přibližně mezi 1410 °C a 1450 °C) a dobách (to jest asi mezi 15 a 240 minutami) , které nedegradují vysokopevnostní vlákno, ale stále ještě dovolují úplnou infiltraci. Podle desátého aspektu je vytvořeno keramické vlákno bez oxidů zesílené keramickou kompozicí, které má vysokou tepelnou vodivost, vysoké maximální cyklické únavové napětí, vysokou nejvyšší tahovou pevnost a vysoké mezní tahové napětí.

Podle prvního aspektu se před impregnací kaší vlákenný polotovar prohřeje v roztoku povrchově aktivního činidla, který v sobě nemá žádné keramické částečky. Zatímco prohřívací roztok u postupu podle McMurtryho obsahoval částečky SiC, prohřívací roztok podle tohoto vynálezu nemá s výhodou žádné takové částice. Aniž bychom si přáli, aby to bylo svázáno s nějakou teorií, má se za to, že proces impregnace podle McMurtryho (který poskytoval zbavení vakua vody přes skleněnou nálevku vyloženou filtračním papírem) byl náchylný k poskytování neúplné impregnace, a tak se k prohřívacímu roztoku přidávaly částečky SiC jako cesta k zajištění toho, aby vlákna byla alespoň částečně povlečená částečkami SiC. Bylo zjištěno, že stávající vynález (který zahrnuje tlakovou impregnaci přes pórrézní formu) zajišťuje lepší impregnaci kaše do vlákenného polotovaru než proces McMurtryho a tím eliminuje potřebu zahrnovat částečky SiC v prohřívacím roztoku. Roztok povrchově aktivního činidla používaný k prohřívání vlákenného polotovaru typicky zahrnuje deionizovanou vodu a ne více než asi 2 % hmotnosti

neionogenního smáčivého činidla, jako 2 % hmotnosti povrchově aktivního činidla Triton X-100, které obsahuje i zo-octylphenoxypolyethoxyethanol.

Podle druhého aspektu předloženého vynálezu se prohřátý polotovar umístí do obalené krabice, která má kapalné medium (s výhodou vodnou kaši SiC) a vakuum uvnitř napojené na systém, a tak se eliminují uzavřené bubliny z vnitřku prohřátého polotovaru.

Podle třetího aspektu je množství přidaného uhlíku v impregnační kaši omezené na množství pod obvyklými úrovněmi. Neočekávaně bylo zjištěno, že polotovary vlákna SiC, které mají zdvojený krycí povlak BN/SiC, se mohou zcela infiltrovat křemíkem i přes použití nižších než obvyklých množství uhlíku v impregnační kaši. Toto zjištění je překvapující, protože nebylo dříve známo ve stavu techniky, jak by se mohla nízkouhlíková kaše (to jest kaše, která má mezi 0,1 % hmotnosti a 3 % hmotnosti přidaného uhlíku) úspěšně použít v procesu infiltrace křemíku prováděném při relativně nízkých teplotách (to jest mezi přibližně 1410 °C a 1450 °C) . Ačkoliv příklad I podle McMurtryho uveřejňuje kaši, která nemá žádný přidaný uhlík, byla teplota infiltrace křemíku podle tohoto příkladu I 1500 °C. Aniž bychom si přáli, aby to bylo spojováno s nějakou teorií, má se za to, že síť vláken SiC v surovém tělese působí jako přenosové potrubí roztavené slitiny za nepřítomnosti uhlíku, a tak nižší hladina uhlíku nepříznivě nepostihuje smáčivé chování křemíku.

Navíc snížené hladiny uhlíku v impregnační kaši také snižují rozsah exotermické reakce v následujícím kroku infiltrace křemíku mezi infiltrujícím roztaveným křemíkem a uhlíkem, aby vytvořily beta karbid křemíku in-situ. Tato podmínka dovoluje větší teplotní zpracovací okno, protože už není dále nezbytné vytvářet toleranci pro předjímané překročení teploty ze 100 °C na 200 °C vznikající z reakce • ♦ · · · · · · ·· · • · · · · «··· • · · · · · · ····«· • · · · · · · uhlík-křemík, která může degradovat povlak i vlákno. Toto dovoluje použiti vysokopevnostních vláken pod ochrannou známkou Hi-Nicalon, která jsou citlivé na degradaci za podmínek infiltrace křemíku, které byly typicky požadovány pro úplnou infiltraci pžedlisku.

Snížením obsahu uhlíku kaše se eliminují mnohé problémy spojené s tradičními procesy tavné infiltrace a vytvoří se lepší kompozice se zcela hustou a stejnoměrnou matricí, malou pórézitou, žádným nezreagovaným zbytkovým volným uhlíkem, žádným praskáním matrice, zlepšenou rozměrovou kontrolou a s žádnou degradací povlak/vlákno.

Přidaný uhlík v kaši je typicky přítomný jako uhlík ve formě částic, koloidní uhlík nebo pryskyřice nesoucí uhlík. Tento přidaný uhlík se vypočítává na základě uhlíkatého spáleného zbytku zbývajícího po pyrolýze přidaného zdroje uhlíku.

U výhodných provedení stávajícího vynálezu obsahuje infiltrační kaše asi mezi 0,1 % hmotnosti a 3 % hmotnosti, výhodněji mezi 0,1 % hmotnosti a 1 % hmotnosti přidaného uhlíku.

U výhodných provedení se tedy navrhuje proces, který zahrnuje následující kroky:

a) vytvoření vlákenného polotovaru obsahujícího karbid křemíku,

b) impregnování polotovaru kaší obsahující mezi 0,1 % hmotnosti a 3 % hmotnosti přidaného uhlíku a

c) infiltrování polotovaru s matricovou slitinou obsahující křemík.

Držíme-li se tohoto postupu, má výsledná CFCC typicky méně než 10 % hmotnosti (s výhodou méně než 3 % hmotnosti) beta karbidu křemíku vytvořeného insitu.

Podle čtvrtého aspektu zahrnuje impregnační kaše také bimodální směs alfa karbidu křemíku, malé množství karbidu bóru a žádnou pojivovou složku. Složka karbidu křemíku kaše ► · · · · · typicky zahrnuje jemnou složku, která má velikost částice asi mezi 0,1 a 0,8 pm, a hrubou složku, která má velikost částice asi mezi 1 a 15 pm. Jemná složka s výhodou zahrnuje mezi 25 % hmotnosti a 55 % hmotnosti kaše, zatímco hrubá složka zahrnuje mezi 1 % hmotnosti a 30 % hmotnosti kaše. Bimodální charakter karbidu křemíku poskytuje vysoké svázání v porézním polotovaru a dává tak nižší pórézitu jak v surovém tělese tak i zhuštěné CFCC. Zjistilo se, že použití unimodální směsi částic SiC vytváří slabé těsnění, přílišné smrštění a mimořádné vysoušení, zatímco směs z hrubých unimodálních částic SiC nemůže zcela proniknout prameny vláken. Karbid bóru je typicky přítomný v množství mezi 0,5 % hmotnosti a 5 % hmotnosti kaše. Tato složka karbidu bóru poskytuje výhodu zlepšení odolnosti kompozice proti oxidaci. Má se za to, že když se vyskytnou praskliny, bór oxiduje a zaceluje prasklinu. Neočekávaně se také zjistilo, že odstranění pojivové složky z kaše (která se popisuje u McMurtryho jako křemičitan sodný) nezmnešilo pevnost surového tělesa nebo zhuštěné CFCC. Surová tělesa požadují typicky pojivo, aby měla přijatelnou surovou pevnost. Podle výhodných provedení tudíž není v kaši žádná pojivová složka. Kaše může tedy zahrnovat běžná množství odpěňovadel a dispergovadel.

U výhodných provedení může kaše obsahovat mezi 25 a 55 % hmotnosti jemného karbidu křemíku, mezi 1 a 30 % hmotnosti hrubého karbidu křemíku, mezi 0,5 a 5 % hmotnosti karbidu bóru, mezi 20 a 65 % hmotnosti deionizované vody, mezi 0 a 1 % hmotnosti ztekucovadla, mezi 0 a 0,2 % hmotnosti odpěňovadla, mezi 0 a 0,5 % hmotnosti povrchově aktivního činidla a mezi 0 a 5 % hmotnosti zdroje uhlíku. S výhodou může mít kaše obsah tuhých látek mezi 46 a 75 % hmotnosti a pH mezi 7 a 10,5.

U některých provedení mohou typická složení kaše zahrnovat následující složky:

• · · • · · · · ·

	kaše 1	kaše 2	kaše 3	kaše 4	kaše
celkem	84,75	83,49	84,24	54,51	75,23
SiC jemný	56,44	50,09	46,33	35,43	48,90
SiC hrubý	28,31	33,40	37,91	19,08	26,33
SiC B4C	0,59	0,58	1,26	0,34	0,47
DI voda	55,1	37,2	40,1	43,3	59,8
% tuhých	62	70	69	60	57,5
ztekucov.	0,3	0,4	0,3	0,2	< 1%
odpěňov.	0,07	0,05	0,1	0,027	<1%
povrch.	0,76	0,73	0,73	0,073	0,1
akt.čin.
přidaný	4,07	3,99	4,04	1,52	0,8

uhlík

U výhodnějších provedení je ztekucovadlo kopolymer, jako je SMA 1440H (50 % roztok) dostupný u ATOCHEM, Severní Amerika ve Filadelfii, Pennsylvania; odpěňovadlo je emulze DB-31 dostupná u Ashland Chemical Company z Tonawanda, NY; pH se upravuje NaOH; povrchově aktivní činidlo je alkyl polyether alkohol, jako je Triton X-100, dostupný u JT Baker z Phillipsburgu, New Jersey; a přidaný uhlík je disperze sazí Derusol (56 % tuhých látek) dostupná u Degussa z Frankfurtu, Německo.

U pátého provedení je vlákenný polotovar infiltrovaný tlakovým litím v porézní formě a tím podporuje úplnější impregnaci předlisku. U výhodných provedení zdvojují jak vlákenný polotovar, tak i forma geometrii i velikost finální složky CFCC. Typicky je forma porézní sádrová forma a licí tlak je přibližně mezi 20 kPa a 200 kPa. Bylo zjištěno, že použití porézní fóry ve spojení s tlakovým litím vytváří CFCC, která má vyšší stupeň impregnace než proces zveřejněný podle McMurtryho, který zahrnoval lití za atmosferického tlaku přes skleněnou nálevku vyloženou filtračním papírem. Navíc, zatímco by používaná nálevka v procesu podle McMurtryho poskytla pouze jednosměrný tah, porézní forma podle předloženého vynálezu může zajistit tah, který je rovnoměrný po celém povrchu polotovaru. Schopnost poskytnout rovnoměrný tah po celém povrchu polotovaru dovoluje impregnaci složitých tvarů. Tato schopnost nebyla u procesu podle McMurtryho přítomná.

V souladu s předloženým vynálezem je tedy zajištěn způsob tlakového lití pro výrobu impregnovaného vlákenného polotovaru, který zahrnuje kroky:

a) opatření vlákenného polotovaru, který zahrnuje:

i) mezi 20 % objemu a 80 % objemu povlečeného vlákna, přičemž vlákno zahrnuje karbid křemíku, ii) mezi 20 % objemu a 80 % objemu pórézity,

b) zajištění porézní formy, která má komoru,

c) umístění vlákenného polotovaru do této komory,

d) spojení vlákenného polotovaru s kaší, která zahrnuje vodu a keramické částice pro impregnování pórézity vlákenného polotovaru keramickými částicemi kaše a

e) zbavení kaše vody přes porézní formu pod tlakem pro vytvoření surového tělesa, které má pórézitu, která je menší než pórézita vlákenného polotovaru.

Tlak používaný během impregnace je s výhodou asi mezi 20 kPa a asi 200 kPa. Forma je s výhodou z pálené sádry. Pórézita komplikovaně tvarovaného surového tělesa vytvořeného tímto postupem je typicky mezi 15 % objemu a 30 % objemu.

U šestého provedení může způsob impregnace karbidu křemíku pokračovat po bodu úplné impregnace vlákenného polotovaru tak, že částice karbidu křemíku zcela pokryjí povrch polotovaru a tím dovolí následné dokončovací obrábění pro zajištění malé povrchové hrubosti. Po odstranění formy a vysušení odlitku se tato obrostlá monolitická vrstva SiC • · · · ·

- 18 udržuje, aby zajistila mnohem jemnější konečnou úpravu povrchu. Protože navíc je tato surová obrůstající povrchová monolitická vrstva SiC mnohem měkčí než konečný zhuštěný povrch, ale také má dobrou pevnost zasyrova, mohou být přídavné kroky dokončovacího obrábění povrchu, jako je obrábění za syrová, provádět snadno, takže dávají vysoce na čisto obrobený povrch porovnatelný s povrchem normálních monolitických složek SiC. Toto obrostlé surové těleso se pak tavně infiltruje slitinou pro vyplnění zbývajících spár mezi částicemi SiC a pro reakci s impregnovaným přidaným uhlíkem do formy SiC in-situ jak uvnitř vlákenného polotovaru, tak i na monolitické povrchové vrstvě SiC. Konečná CFCC pak bude zušlechtěna na zcela hustou kompozici s hladkou a zakázkovou povrchovou úpravou, která je obtížně nebo nákladně dosažitelná za použití dalších procesů CFCC, jako je CVI.

Proces obrůstání může být prováděn na jakýchkoli tvarech CFCC včetně plochých panelů a dutých válců. U jednoho výhodného provedení se duté válcové vlákenné polotovary impregnují s malou mezerou (méně než 0,5 cm) mezi vnějším průměrem dutého válce a povrchem formy a tím se umožňuje, aby se na vnějším průměru vytvořila monolitická vrstva. V impregnaci se pokračuje, dokud se obrůstající vrstva nevytvoří také na vnitřním průměru. Po odstranění formy se vnitřní průměr oškrábe, aby se vytvořil hrubý povrch, zatímco vnější průměr se leští, aby se vytvořila hladká konečná povrchová úprava. Po tavné infiltraci se snadno získá složka se zakázkovou konečnou povrchovou úpravou (hladký vnější průměr a hrubý vnitřní průměr).

Za použití procesu obrůstání se mohou získat CFCC, které mají vnějšky s vysokou povrchovou hladkostí, ekonomicky. Toto umožní použití tvrzených keramických kompozic v mnoha aplikacích, kde jsou důležité také aerodynamické požadavky. Navíc může tento vynález také poskytnout povrchové konečné úpravy na míru pro CFCC používané jako obklady spalovacích

- 19 komor pro aplikace u letadel nebo plynových turbin, kde jsou klíčové parametry pro optimální výkon toky tepla a plynu. S tímto vynálezem se mohou vytvořit na míru dva povrchy tak, že má hrubý povrch pryč od proudu plynu (pro optimální disipaci tepla) a jemnější povrch poblíž proudu plynu (pro optimalizaci aerodynamiky proudu plynu).

V souladu s předloženým vynálezem je tedy navržený způsob zajištění hladkého povrchu na CFCC, který zahrnuje kroky:

a) vytvoření vlákenného polotovaru, který obsahuje:

i) mezi 20 % objemu a 80 % objemu povlečeného vlákna, přičemž vlákno zahrnuje karbid křemíku, a ii) mezi 20 a 80 % objemu pórézity,

b) impregnování kaše obsahující keramické částice do této pórézity vlákenného polotovaru pro vytvoření surového tělesa, které má menší pórézitu než vlákenný polotovar (s výhodou mezi 15 % objemu a 30 % objemu pórézity) a vnější povrch, a

c) uložení keramických částeček na tento vnější povrch surového tělesa pro vytvoření monolitické vrstvy z keramických částeček na vnějším povrchu tohoto surového tělesa a případně

d) mechanické obrobení této monolitické vrstvy na drsnost povrchu Ra ne větší než 200 mikroinch (5 gm).

U některých provedení zahrnuje monolitická vrstva karbid křemíku ve formě částic a má pórézitu mezi 30 % objemu a 60 % objemu.

Podle některých provedení způsob dále zahrnuje krok:

e) infiltrace surového železa matricovou slitinou obsahující roztavený křemík a

f) konečnou úpravu kompozice infiltrované taveninou na povrchovou drsnost Ra ne větší než 50 inch.

Podle sedmého hlediska tohoto vynálezu je uhlík rozpuštěný ve slitině, která se má použít v kroku tavné infiltrace (s výhodou v nebo za bodem nasycení), čímž se snižuje hybná síla rozpouštění vnějšího ochranného povlaku CVD SiC na vlákně SiC roztavenou slitinou a umožňuje se úplnější infiltrace slitiny. Se sníženým nebezpečím ataku roztavené slitiny na CVD karbid křemíku vnější ochranné vrstvy se může krok infiltrace slitiny navrhnout pro úplnější zhuštění. Tato slitina typicky obsahuje alespoň 80 % hmotnosti křemíku.

Aniž bychom si přáli, aby to bylo spojeno s nějakou teorií, má se za to, že interakce SiC-roztavený křemík nastává přes určitý třístupňový mechanismus. Nejprve se rozpouštějí jemná zrna SiC z vnějšího ochranného povlaku CVD v roztaveném křemíku jako křemík a uhlík. Po rozpuštění se koncentrace uhlíku v roztaveném křemíku bezprostředně v sousedství rozpuštěného povlaku SiC zvyšuje oproti koncentraci ve více vzdálených roztavených oblastech a tak se vytváří gradient koncentrace uhlíku v roztaveném křemíku. S tímto gradientem koncentrace působícím jako hybná síla se uhlík v oblasti bohaté na uhlík přepravuje podle gradientu koncentrace do oblasti na uhlík chudé. Když pohyb uhlíku v roztoku narazí na své dráze na velkou částici SiC, používá tuto SiC částici jako nukleační místo a znovu precipituje mimo roztok a vytváří větší zrna SiC přes rekrystalizaci. Čistý výsledek ataku roztaveného křemíku je rozpuštění jemných zrn SiC z povlaku a růst větších zrn SiC někde jinde, takže povlak SiC se kontinuálně rozpouští roztaveným křemíkem, ikdyž je rozpustnost SiC v křemíku omezená. Protože se jeví, že klíčový faktor regulace rozpouštění povlaku SiC je gradient koncentrace uhlíku, může zajištění předlegovaného křemíku, který má v sobě rozpuštěný uhlík, snižovat nebo eliminovat tvorbu gradientu koncentrace uhlíku v roztaveném křemíku a proces přepravy odpovědný za umožnění nepřetržitého odstraňování rozpuštěného uhlíku se neobjeví. Protože jsou vlákna karbidu křemíku často jemně zrnitá a ·♦*· ··.· ··«· ··· · · »·«· ·· · · · . · ·««··· • · · · · « .

···♦ ·· ·»· ♦··♦ »« «· jsou tak náchylná k témuž mechanismu degradace, který byl probrán výše, měla by také slitina křemík-uhlík bránit také rozpouštění jemně zrnitých vláken SiC. S těmito minimalizovanými nebo eliminovanými problémy může proces tavné infiltrace probíhat dokonaleji. Navíc má také zajištění uhlíku v roztoku v roztaveném křemíku účinek snižování teploty tavení křemíku a takto umožňuje nižší teploty, které se mohou použít a snížení rizika degradace vláken SiC. Podle toho má použití slitiny křemík-uhlík dvojí užitek zabránění rozpouštění povlaku SiC (a tímtéž mechanismem rozpouštění jemně zrnitého vlákna SiC) a snížení požadované teploty zpracování.

Jedno provedení slitiny podle tohoto vynálezu se může vyrobit přidáním mezi přibližně 0,003 % hmotnosti a 10 % hmotnosti uhlíku k roztavenému křemíku. Ta se typicky vyrobí jednoduchým smíšením prášků křemíku a uhlíku a jejich roztavením při teplotě vyšší než teplota tavné infiltrace. Slitina se pak typicky ochladí do tuhého stavu a tento tuhý stav se rozdrtí na použitelnou velikost částic.

Také se má za to, že rozpouštění dusíku do roztaveného křemíku může být účinné při snižování ataku křemíku na povlaky obsahující dusík, jako jsou povlaky nitridu bóru. V souladu s tímto vynálezem se tedy navrhuje způsob, který zahrnuje kroky:

a) zajištění vlákenného polotovaru zahrnujícího bezoxidové keramické vlákno, které má alespoň jeden povlak, přičemž tento povlak zahrnuje prvek vybraný ze skupiny sestávající z uhlíku, dusíku, hliníku a titanu,

b) ohřátí matricové slitiny obsahující kovový infiltrant (s výhodou křemík) a předem určené množství prvku, který je v něm rozpuštěný, a

c) infiltrování vlákenného polotovaru matricovou slitinou.

Také v souladu s předloženým vynálezem se vyvoří »4 4 4

4 4

4 4 4

4 4

4444 44 • 4 4 4 4 * · 444 444 kompozice, která zahrnuje:

a) vlákenný polotovar zahrnující bezoxidové keramické vlákno, které má alespoň jeden povlak, přičemž tento povlak obsahuje prvek vybraný ze skupiny sestávající z uhlíku, dusíku, hliníku a titanu, a

b) matricovou slitinu, kde matricová slitina zahrnuje prvek, který je v ní rozpuštěný.

U výhodných provedení této kompozice je bezoxidové vlákno potažené vnitřním uvolňovacím potahem z nitridu bóru a vnějším ochranným povlakem z CVD karbidu křemíku a matricová slitina obsahuje bór a uhlík, které jsou v ní rozpuštěné.

Kovový infiltrant matricové slitiny je typicky křemík.

Mohou však být také použity další kovové infiltranty, které se taví při teplotách nižších než teplota degradace bezoxidového vlákna zvoleného pro vlákenný polotovar a které jsou odolné proti oxidaci. Vhodné kovové infiltranty zahrnují například křemík, hliník a jakýkoli další kov, »

který má teplotu tavení nižší, než teplotu degradace vlákna, a jeho směsi. Když se jako kovový infiltrant vybere křemík, zahrnuje obecně alespoň 80 % hmotnosti, výhodněji alespoň 95 % hmotnosti matricové slitiny. U některých výhodných provedení vhodných pro použití s dvojími povlaky z vnitřního uvolňovacího povlaku z nitridu bóru a vnějšího ochranného povlaku z karbidu křemíku slitina zahrnuje: a) mezi 80 % hmotnosti a 99,997 % hmotnosti křemíku, b) mezi 0,003 % hmotnosti a 10 % hmotnosti uhlíku a c) mezi 1 % hmotnosti a 10 % hmotnosti bóru.

U provedeních, u kterých obsahuje alespoň jeden povlak uhlík, jako karbid křemíku, zahrnuje slitina alespoň 90 % hmotnosti křemíku a alespoň kolem 0,003 % hmotnosti rozpuštěného uhlíku jako prvek. U provedení, kde alespoň jeden povlak obsahuje dusík, jako nitrid bóru nebo nitrid hliníku, může slitina zahrnovat alespo%n 1 % hmotnosti

4

4 • 4 • · • 444 • 4 4 4

4 4 4

444 444

4 «4 dusíku jako prvek. U některých provedení, u kterých alespoň jeden povlak zahrnuje hliník, jako nitrid hliníku, slitina zahrnuje alespoň 1 % hmotnosti rozpuštěného hliníku. U některých provedení, u kterých alespoň jeden povlak obsahuje titan, jako diborid titanu, slitina zahrnuje alespoň 1 % hmotnosti rozpuštěného tutánu. Prakticky musejí být ke slitině přidávána jen velmi malá množství prvku, aby prvek slitinu sytil. U některých provedení je uhlík přítomný v množství, které odpovídá alespoň 50 % jeho hladiny nasycení ve slitině, když je slitina ohřátá na 1410 °C.

U osmého provedení a aby se ulehčila infiltrace slitiny se vytváří povlaková směs obsahující křemík a pryskyřici. Tato povlaková směs se umístí alespoň na jednu lícovou plochu surového CFCC polotovaru před krokem infiltrace pro rovnoměrnější distribuci křemíku během infiltrace. U jednoho provedení povlakové směsi vhodné pro použití s jednoduchými tvary CFCC polotovaru (jako je plochý panel) se zpracuje množství povlakové směsi obsahující v podstatě totéž množství křemíku, které je nezbytné pro úplné zhuštění polotovaru, do plochého lože, které má tutéž délku a šířku jako polotovar. Vlákenný polotovar se pak umístí přímo na vrchní plochu lože povlakové směsi a tato kombinace se umístí do pece. Protože každá část jednoho povrchu vlákenného polotovaru je v přímém styku s povlakovou směsí, je největší vzdálenost nutná k tomu, aby ji křemík překonal, aby plně infiltroval surovou CFCC, je významně zmenšená (obvykle ne na více než 0,3 cm) a docílí se plné a stejnoměrné tavné infiltrace. Když je tavná infiltrace dokončená, je zbytek povlakové směsi porézní houba SiC, která se odděluje od zhuštěné části CFCC snadno.

Protože se také jak oblast, která se má infiltrovat, tak i celkové množství poskytnutého křemíku mohou přesně regulovat, je zde velmi málo přebytečného křemíku, jako zpracované povrchy se zdají velmi čisté a není potřebný

		··	• * #	·· ··
•	•	•	• ·	♦ · · ·
•	•	• *	• ·	• *· · ···
•	•	•	• ·	• ·
····		• ·	··· ·♦··	··

- 24 žádné přídavné mechanické obrábění.

Další provedení povlakové směsi je vhodnější pro použití se složitě tvarovanými polotovary. Tato povlaková směs zahrnující křemík a pryskyřici se nejprve vytvaruje do surového tenkého tvaru kopírujícího povrchový obrys polotovaru (typicky tradiční technikou formování keramického prášku, jako je lisování vhodně tvarovaného přípravku). Směs se pak umístí v peci pro vytvrzení pryskyřice a tím se vytvaruje volně usazený povlakový plášť, který má stejný vnější tvar jako alespoň jedna lícová plocha komplikovaně tvarovaného polotovaru a s požadovaným množstvím křemíku potřebným pro infiltraci. Vytvrzený povlakový plášť (jako monolit nebo v segmentech) se pak přizpůsobí vrchní části vlákenného polotovaru, aby se zajistil dokonalý styk a souměrný zdroj infiltrace křemíku.

V souladu se stávajícím vynálezem se tedy vytvoří způsob rovnoměrné infiltrace porézního tělesa infiltrantem, kde má porézní těleso povrch a který zahrnuje kroky:

a) zajištění povlakové směsi obsahující materiál infiltrantu a pryskyřici, přičemž směs má formu uzpůsobenou pro dokonalý styk s alespoň částí porézního tělesa,

b) umístění povlakové směsi alespoň na větší část té části povrchu porézního tělesa, který se má infiltrovat,

c) ohřátí povlakové směsi na teplotu dostetčnou pro roztavení materiálu infiltrantu a infiltraci pórů porézního tělesa roztaveným infiltrantem.

U výhodných provedení zahrnuje povlaková směs mezi 80 w/o a 98 w/o slitiny a mezi 2 % hmotnosti a 15 % hmotnosti pryskyřice a výhodněji dále zahrnuje mezi 1 % hmotnosti a 5 % hmotnosti přidaného uhlíku. U výhodných provedení použitých s vlákennými polotovary zahrnuje matricová slitina křemík předběžně nasycený alespoň jedním prvkem vlákenných povlaků, jak je popsáno výše. Když je jako složka kovového infiltrantu slitiny vybraný křemík, je alespoň 50 % hmotnosti křemíku typicky přítomno ve velikostech zrn ne větších než 4 mm. U některých provedení zahrnuje pryskyřice tekutou fenolickou pryskyřici.

Podle zejména výhodných provedení je vytvořený způsob pro křemíkování porézního tělesa z karbidu křemíku, který má povrch, který zahrnuje kroky:

a) zajištění povlakové směsi zahrnující křemík a pryskyřici,

b) umístění povlakové směsi alespoň na části povrchu porézního tělesa z karbidu křemíku, a

c) ohřátí povlakové směsi na teplotu dostačující pro roztavení křemíku a infiltrování pórů porézního tělesa z karbidu křemíku roztaveným křemíkem.

Podle dalších výhodných provedení zahrnuje materiál infiltrantu křemík a objem křemíku v povlakové směsi představuje obsah, který je mezi 100 % a 200 % objemu pórézity porézního tělesa. U dalších má povrch porézního tělesa určitý tvar a povlaková směs se vytvaruje tak, aby odpovídala tomuto tvaru povrchu porézního tělesa. U dalších se povlaková směs umístí na lícovou plochu porézního tělesa takovým způsobem, aby největší vzdálenost mezi kteroukoli částí porézního tělesa a povlakovou směsí nebyla větší než 1 cm. Podle dalších má lícová plocha porézního tělesa zakřivený povrch, pryskyřice povlakové směsi se vytvrdí a část povlakové směsi má tvar v podstatě podobný povrchu lícové plochy porézního tělesa.

Podle devátého provedení dovoluje použití alespoň některých z výše uvedených modifikací, aby se krok infiltrace křemíku provedl při relativně nízké teplotě (to jest asi mezi 1410 a 1450 °C) a po krátkou časovou prodlevu (to jest asi 20 až 60 minut) , což zabraňuje degradaci vlákna, ale stále dovoluje dokonalou infiltraci.

V souladu s předloženým vynálezem se tedy navrhuje způsob, který zahrnuje kroky:

·· ·· · ·# ·· ·« • · · · ··· « 9 · • · · · · ··«· • · ·· · * · ···>·· • · · · · · · « ···· ·· ··· ··♦· φ« ·«

- 26 a) zajištění vlákenného polotovaru zahrnujícího bezoxidové keramické vlákno, které má alespoň jeden povlak, tento povlak zahrnuje povlakový prvek vybraný ze skupiny cestávající z uhlíku, dusíku, hliníku a titanu, alespoň tohoto vlákna a tento povlak má teplotu degradace mezi 1410 °C a 1450 °C,

b) impregnování polotovaru kaší obsahující částice karbidu křemíku a mezi 0,1 a 3 w/o přidaného uhlíku,

c) zajištění povlakové směsi zahrnující:

i) slitinu obsahující kovový infiltrant a povlakový prvek a ii) pryskyřici,

d) umístění povlakové směsi alespoň na část povrchu tělesa porézního karbidu křemíku,

e) ohřátí povlakové směsi na teplotu mezi 1410 °C a 1500 °C (s výhodou mezi 1410 °C a 1450 °C) pro roztavení slitiny a

f) infiltrování vlákenného polotovaru matricovou slitinou po časovou prodlevu mezi 15 minutamia 240 minutami pro vytvoření keramické kompozice vyztužené keramickým vlákenm.

Podle desátého provedení se navrhuje keramická kompozice zesílená vláknem karbidu křemíku, jejíž vysoká pevnost vlákna SiC není degradována v kroku tavné infiltrace (vytvářející takto vysokou maximální tahovou pevnost a napětí) a jejíž pórézita je v podstatě vyplněná krokem tavné infiltrace (vytvářející takto vysokou cyklickou únavovou pevnost a vysokou tepelnou vodivost). Podle výhodných provedení se navrhuje kompozice karbidu křemíku zesílená vláknem karbidu křemíku, která má maximální tahovou deformaci alespoň 0,3 % (s výhodou alespoň 0.6 %) při 2200 °F (používající ASTM C1275-94); maximální tahovou pevnost alespoň 20 ksi (s výhodou alespoň 30 ksi) (používající ASTM C1275-94); tepelnou vodivost alespoň kolem 5,5 BTU(hr ft°F • · · ··»·· • · · · « * ·····» • · · · · · ·· ······· ·· φ*

- 27 při 2200 °F a alespoň kolem 8 BTU/hr.ft.F při teplotě místnosti; a maximální cyklické únavové napětí alespoň 20 ksi při 2200 °F, viz obrázky 5 a 6. Ta má také zřejmou pórézitu méně než 1 %. Tato kompozice má také typicky méně než 10 % objemu beta karbidu křemíku vytvořeného in-situ, s výhodou méně než 3 % objemu.

Vhodná vlákna pro použití u předloženého vynálezu zahrnují jakékoli bezoxidové keramické vlákno, které má teplotu degradace alespoň kolem 1400 °C, s výhodou alespoň 1410 °C. Některá vhodná vlákna zahrnují bezoxidová keramická vlákna , jako jsou vlákna uhlíku a karbidu křemíku. Podle jednoho provedení se používají vlákna slinutého karbidu křemíku. Podle dalších provedení jsou používána vlákna zahrnující karbid křemíku vyrobená Nippon Carbon Company pod názvem Hi-Nicalon™, nebo vlákna SiC vyrobená DoW Corning, pod označením Sylramic™. Některá vlákna, která obsahují karbid křemíku, jako materiál Hi-Nicalon™, mají charakteristický znak vysoké pevnosti (to jest, pevnost alespoň 200 MPa a s výhodou alespoň 300 MPa) , avšak degradují při relativně nízkých teplotách (to jest, tato vlákna degradují, když jsou vystavená roztavenému křemíku za teplot mezi 1410 °C a 1420 °C po dobu jedné hodiny). Když se použijí takováto vysokopevnostni vlákna s mírnou teplotou, využijí se výhodně výše popsané aspekty předloženého vynálezu orientované na snížení náročnosti kroku tavné infiltrace.

Když se na vlákna použije povlak, je výhodné použít bezoxidový keramický potah, jako je A1N, BN nebo TiB₂. Když se použije povlak BN, má s výhodou tloušťku přibližně mezi 0,1 až 3 μιη, výhodněji asi mezí 0,3 až 2 μιη, a obvykle se použije jako vnitřní uvolňovací povlak. Když se použije povlak A1N, má s výhodou tloušťku mezi kolem 1-15 mikronů. Když se použije povlak karbidu křemíku, zejména jako vnější ochranná vrstva dvojitého potahu, pak je jeho výhodná »4 44 • 9 9 4

9 9

9 9 9

9 9

9999 99

999 99 99

9 9 9

9 9 4 • ··· ··· • 4

99

- 28 tloušťka mezi 1 gm a 5 pm. Tento povlak je také citlivý na roztavený křemík za vysokých teplot a tak způsob podle předloženého vynálezu pomáhá tomuto povlaku dobře přečkat krok infiltrace.

U jednoho výhodného způsobu provedení vynálezu zahrnuje kaše kolem 1 % hmotnosti až 30 % hmotnosti hrubého karbidu křemíku, kolem 25 % hmotnosti až 55 % hmotnosti jemného karbidu křemíku, žádné pojivo, mezi 0,5 % hmotnosti a 5 % hmotnosti karbidu bóru a mezi 21 % hmotnosti a 26 % hmotnosti deionizované vody. Kaše se mele mezi 1 a 4 hodinami, aby se zajistila její homogenita. Faktor pH kaše se upravuje na rozmezí mezi 8 a 10 přidáním hydroxidu amonného do kaše. Po rozemletí se kaše zředí 34 až 38 % hmotnosti deionizované vody, aby se vytvořila kaše, která má obsah tuhých částic karbidu křemíku 57 až 58 % hmotnosti. Ke kaši se přidá zdroj uhlíku tak, aby v kaši bylo přítomno od 0,1 % hmotnosti do 1 % hmotnosti přidaného uhlíku. Souběžně se vhodné množství vlákna slinutého SiC ve formě tkaného polotovaru napouští v roztoku vody obsahujícím kolem2 % nebo méně neionického smáčivého činidla, jako je povrchově aktivní, činidlo Triton X-100. Polotovar se pak ponoří do vodné řídké kaše karbidu křemíku a vytvoří se vakuum, aby se polotovar zbavil bublin. Vlákenný polotovar upravený povrchově aktivním činidlem se pak vloží do porézní sádrové formy. Do porézní formy se pak nalije kaše. Pak se na kaši aplikuje tlak (20 - 200 kPa) , aby se podpořila impregnace polotovaru částicí SiC a zbavení vody. Přebytečná kaše se odstraní ze surové části a pak se umožní, aby se zbylý odlitek zcela vysušil do formy surového tělesa. Toto surové těleso se pak dokonale zhustí tavnou infiltrací křemíku. Teplotní rozsah pro infiltraci křemíku je mezi 1400 °C a 1500 °C. Podle některých provedení využívajících teplotně citlivá vlákna se tavná infiltrace provádí při teplotě mezi 1410 °C a 1450 °C, typičtěji mezi 1400 °C 1420 °C. Za těchto • fl • · · • · fl · • · • flflfl • fl fl • fl fl «· • flflfl • · • flfl • · • flfl flflflfl • fl flfl • · · · • flfl · • flfl flflfl • · • fl flfl

- 29 podmínek může být trvání infiltrace mezi asi 15 minutami a 4 hodinami, s výhodou asi mezi 20 minutami a asi 40 minutami. Proces se s výhodou provádí ve vakuu (aby se eliminovaly plynové bubliny ve zhuštěném tělese), ale může se provádět v inertním plynu za atmosferického tlaku.

Kompozice typicky obsahuje mezi asi 20 % objemu až 80 % objemu povlečeného vlákna (typičtěji mezi kolem 40 % objemu a 70 % objemu) ; asi mezi 1 % objemu a 79 % objemu infiltrovaného karbidu křemíku (typičtěji asi mezi 15 % objemu a 30 % objemu) a přibližně mezi 1 % objemu a 79 % objemu infiltrované slitiny (typičtěji asi mezi 15 % objemu a 30 % objemu).Zhuštěná část matrice CFCC typicky obsahuje méně než 1 % objemu patrné pórezity.

Pokud má plnící materiál karbidu křemíku značné znečištění (například má alespoň 50 angstrómů silnou vrstvu oxidu křemičitého), pak se může krok infiltrace slitiny předejít krokem redukce oxidu křemičitého, při kterém se surové těleso podrobuje teplotám asi mezi 1300 °C až 1350 °C po dobu asi půl hodiny v redukční atmosféře. Protože mnohé pece na tavnou infiltraci mají grafitové vyhřívací elementy, může se navrhnout, aby redukce nastala v témže topném chodu těsně před aktuální infiltrací slitiny a jako část cyklu šplhání teploty nahoru.

PŘÍKLAD I

Tento příklad zkoumá účinek přidání malých množství uhlíku k roztavenému křemíku, aby se pro krok tavné infiltrace vytvořila slitina křemíku nasycená uhlíkem.

Kolem 94 gms prášku křemíku (velikosti 30 - 80 mesh) bylo smícháno přibližně s 1 gm sazí Raven 1255 a asi 5 gm elementárního bóru SB 95. Tato směs byla naloženo do grafitového kelímku potaženého kaší práškového BN (aby udržovala slitinu od ulpívání na grafitovém kelímku). Kelímek se pak umístil do vakuové pece a ve vakuu se ohříval jednu hodinu přibližně na 1450 °C, aby se směs Si-C-B

- 30 dokonale roztavila a vytvořila slitinu. Po ochlazení dolů se pak slitina Si nasycená uhlíkem rozdrtila na prášek (velikosti 16 mesh) pro použití na přípravu povlakové směsi pro tavnou infiltraci.

Kolem 91,2 gamu výše popsané rozdrcené slitiny nasycené uhlíkem bylo smícháno s 6,8 gm kapalné fenolické pryskyřice Varcum 29353 a 2 gm sazí Raven 1255 pro přípravu povlakové směsi pro tavnou infiltraci. Vlákenný polotovar SiC (vlákno Hi-Nicalon™, 8 listová saténová vazba) povlečený 0,5 μπιΒΝ a 4 gm SiC) byl umístěn v sádrové formě a odlitku z kaše a vodnou řídkou kaší SiC do surového panelu. Před krokem tavné infiltrace se surový panel nejprve rozstřihl na dvě části. Jedna z těchto částí se umístila na vrch křemičité infiltrační povlakové směsi vyrobené z křemíku nasyceného uhlíkem, zatímco druhá byla umístěna na vrch křemičité infiltrační povlakové směsi vyrobené z křemíku, který nebyl předem nasycený uhlíkem. Tyto dva vzorky byly společně vloženy do vakuové pece pro tavnou infiltraci. Podmínky použité tavné infiltrace byly identické pro oba vzorky při 1450 °C po dobu 60 minut.

Po tavné infiltraci byly vzorky rozřezány na příčné řezy, namontovány a metalograficky vyleštěny pro detailní charakterizaci. Optické mikroskopické zkoumání příčných řezů odhalilo drasticky odlišné výsledky na těchto dvou vzorcích. U vzorku, který byl tavně infiltrovaný normálním křemíkem bez předběžného nasycení uhlíkem, se narazilo na rozsáhlý atak na povlak SiC, BN a na vlákna SiC (jeho reakční zóny jsou zobrazené světle vybarvenými oblastmi vláken a zhroucenými povlaky na obrázku 1) . S uvolňovacím povlakem a vlákny částečně zničenými by se vyskytla těžká degradace tepelně mechanických vlastností. Ve skutečnosti bylo zjištěno, že mezní tahová pevnost a napětí této CFCC je pouze 38,3 ksi respektive 0,38 %. Na druhou stranu pro vzorek, který byl tavně infiltrovaný předlegovaným křemíkem • ·

- 31 nasyceným uhlíkem, nebyla vůbec žádná reakce (viz obrázek 2) , a proto se mohly získat mimořádné vlastnosti kompozice. Ve skutečnosti byla zjištěno, že mezní tahová pevnost a napětí této CFCC podle předloženého vynálezu je jen 54,5 ksi respektive 0,62 %.

Obrázek 2 tohoto příkladu může být také použit pro zkoumání účinku použití méně než obvyklých množství uhlíku v infiltrační kaši. Obrázek 3 představuje malé zvětšení mikrosnímku stávajícího vynálezu, který ukazuje, jak shora popsaný způsob poskytuje v podstatě dokonalou infiltraci surového tělesa a v podstatě nulová zdánlivá, nebo otevřená pórézita. Obrázek 3 může být srovnáván s obr. 4, který obsahuje mikrosnxmek CFCC vyrobené běžným zpracováním využívajícím kaši s alespoň kolem 10 % hmotnosti přidaného uhlíku. Na rozdíl od dokonalého zhuštění ukázaného na obr. 3, má méně dokonalé zpracování materiálu podle obr. 4 za následek vyšší pórézitu v mikrostruktuře CFCC a popraskanou matrici.

PŘÍKLAD II

Tento příklad odhaluje způsob přípravy a použití povlakové směsi podle předloženého vynálezu pro infiltraci komplikovaně tvarovaného vlákenného polotovaru.

Byl připraven porézní polotovar z vláken SiC, který měl tvar trubky (kolem 18 cm průměr a kolem 28 cm výšky) , jeden vyklenutý konec a čtyři jazyky byl připraven a naimpregnován kaší karbidu křemíku, jak bylo popsáno shora.

Souběžně bylo 94 % hmotnosti granulí křemíku (komerční třídy 30 - 80 mesh) ručně smícháno špachtlí s 5 % hmotnosti bóru (SB 95) a 1 % hmotnosti uhlíku (Raven 1255) . Tato směs pak byla umístěna do uhlíkové krabice potažené BN. Povlak BN zabraňuje reakci mezi slitinou a grafitem a také ulpívání. Tato směs byla ohřívána na 1450 °C asi po dobu 1 hodiny ve vakuu, aby se křemík roztavil a vytvořil slitinu křemíkového • ·

- 32 infiltrantu. Po ochlazení byla tuhá slitina infiltrantu rozdrcena na částice o velikosti kolem 16 mesh.

Ručním mícháním byla připravena povlaková směs obsahující kolem 91,2 % hmotnosti slitiny křemíkového infiltrantu o velikosti 16 mesh, asi 2,0 % hmotnosti uhlíku (Raven 1255) a kolem 6,8 % hmotnosti fenolické pryskyřice (Varcum 29353).

Aby se vytvořil dokonalý styk mezi polotovarem a povlakovou směsí a zajistila rovnoměrná aplikace povlakové směsi na polotovar, byla zkonstruována segmentová a stohovatelná grafitová vnitřní zajišťovací armatura, jak je ukázáno na obr. 7. Tato zajišťovací armatura 1 je navržená tak, aby vytvářela mezeru 2 mezi sebou a polotovarem 3, aby mohla být povlaková směs snadno nalita do mezery a napěchována. Pro stávající příklad byla mezera stanovena asi na 0,635 cm a množství povlakové směsi bylo zvoleno tak, aby bylo asi 1,4 krát více, než se teoreticky požaduje, aby dokonale vyplnila surový polotovar.

Zajišťovací armatura 1 zahrnuje samostatné stohovatelné prstence 91, 92 a 93, které dovolují napěchování povlakové směsi v pravidelných rozestupech. Při samotném prstenci 91 uloženém na místě se povlaková směs nalila do mezery vytvořené mezi vlákenným polotovarem a prstencem 91 a napěchovala se. Následně byl nad prstenec 91 ustaven prstenec 92 a byla nalita a upěchována další povlaková směs. Tato procedura se opakovala s každým vyšším prstencem, dokud se vnitřní průměr surového polotovaru úplně nestýkal s povlakovou směsí. Kopec povlakové směsi byl také umístěn na jazyky 4 ve styku jak s povrchy jazyku, tak i s polotovarem.

Sestava surový polotovar/povlaková směs/zajišťovací armatura se ohřála asi na 120 °C, aby se vytvrdila složka pryskyřice povlakové směsi. Následně byla odstraněna zajišťovací armatura, jeden prstencový segment v určitou dobu. Kombinace surový polotovar/plášť potahu se pak ohřála • ·

- 33 9 na teplotu přibližně mezi 1410 °C a asi 1450 °C ve vakuu, aby se roztavila legující složka povlakové směsi a infiltrovala do polotovaru s roztavenou slitinou. Když byla tavná infiltrace dokončena, zjistilo se, že zbytek pláště potahu je porézní houba SiC, která se snadno oddělovala od křemíkované kompozice. Obr. 8 ukazuje infiltrovanou kompozici. Protože celkové množství poskytnutého křemíku bylo přesně regulováno, byl zde velmi malý přebytek křemíku a jako-zpracované povrchy se zdály velmi čisté.

PŘÍKLAD III

Tento příklad zkoumá účinek přerůstání infiltrační vrstvy na povrch vlákenného polotovaru.

Plochý obdélníkový vlákenný polotovar (6 inch x 3 inch x 0,Q08 inch) zhotovený z vlákenné tkaniny 5 HS Hi-Nicalon SiC byl zalit kaší v sádrové formě. Během odlévání se dával pozor na to, aby se zajistilo, že se nevyskytlo žádné vytvoření jakékoli přídavné povrchové vrstvy monolitického SiC. Po odstranění formy a vysušení byla surová deska kompozice tavně infiltrována pro vytvoření husté kompozice. Bylo pozorováno, že povrchová textura této desky (jak rubová, tak i čelní) má v podstatě dvojnásobnou drsnost než počáteční tkaná látka. Kvantitativní měření povrchu se vedlo na jako-zpracovaném povrchu CFCC za použití dotykového profilometru. Získala se vysoká hodnota povrchové drsnosti 560 mikroinch.

Pak se zhotovil druhý podobný vlákenný polotovar. Tentokrát se však dovolilo, aby licí proces pokračoval po úplné impregnaci vnitřku polotovaru. Jako výsledek byla na jednom povrchu vlákenné desky usazená vnější vrstva monolitického SiC (alespoň o tloušťce kolem 0,010 inch). Po odstranění formy a vysušení byl surový monolitický povrch SiC mírně vyleštěn brusným papírem a ručně drženým diamantovým kotoučem pojeným kaučukem na tlouštku kolem 10 mil. Surová deska byla tavně infiltrována tímtéž způsobem • ·

- 34 jako ta první. Povrchová úprava tohoto potaženého povrchu desky po tavné infiltraci bylo mnohem hladcí než rubový povrch. Nebyla zde žádná podobnost s původní povrchovou texturou hrubého polotovaru. Měření drsnosti povrchu profilometrem na této desce přineslo mnohem menší číslo 85 mikroinch. Je jasné, že by se mohla získat dokonce lepší jakost povrchu se zlepšenou povrchovou úpravou (jako je kartáčování) nebo postupem obrábění za surová.

Je zřejmé, že postupy podle vynálezu a výše popsané materiály jsou podstatné povýšení na poli výroby keramických kompozic. Předcházející popis a příklady jsou míněny jako ilustrativní z různých technik a materiálů podle vynálezu a nejsou určené pro omezení rozsahu vynálezu, který zahrnuje všechny modifikace a obměny, které spadají do rozsahu následujících nároků a jejich ekvivalentních provedení. Například polotovar z keramického vlákna může zahrnovat polotovar z vlákna uhlíku, na kterém jsou vykonány kroky impregnace a infiltrace.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Slitina obsahující:

   a) mezi 80 % hmotnosti a 99,997 % hmotnosti křemíku a

   b) mezi 0,003 % hmotnosti a 10 % hmotnosti uhlíku a

   c) mezi 1 % hmotnosti a 10 % hmotnosti bóru.
2. 2. Slitina podle nároku 1 obsahující:

   a) mezi 90 % hmotnosti a 99,997 % hmotnosti křemíku a

   b) mezi 0,003 % hmotnosti a 3 % hmotnosti uhlíku.
3. 3. Slitina podle nároku 1 sestávající v podstatě z:

   a) mezi 80 % hmotnosti a 99,997 % hmotnosti křemíku,

   b) mezi 0,003 % hmotnosti a 10 % hmotnosti uhlíku a

   c) mezi 1 % hmotnosti a 10 % hmotnosti bóru.
4. 4. Způsob zahrnující kroky:

   a) zajištění vlákenného polotovaru obsahujícího bezoxidové keramické vlákno, které má alespoň jeden povlak, přičemž tento povlak zahrnuje prvek vybraný ze skupiny sestávající z uhlíku, dusíku, hliníku a titanu,

   b) ohřátí matricové slitiny obsahující křemík a předem stanovené množství prvku, který je v něm rozpuštěný, a

   c) infiltrace vlákenného polotovaru matricovou slitinou.
5. 5. Způsob podle nároku 4, u kterého zahrnuje vlákenný polotovar vlákna obsahující karbid křemíku.
6. 6. Způsob podle nároku 5, u kterého má vlákno obsahující karbid křemíku teplotu degradace mezi 1410 °C a 1450 °C.

   - 36 999 ··· • · • · ··
7. 7. Způsob podle nároku 6, u kterého se vlákno obsahující karbid křemíku potáhne alespoň jedním povlakem, který má teplotu degradace mezi 1410 °C a 1450 °C.
8. 8. Způsob podle nároku 7, u kterého je povlak karbid křemíku a prvek je uhlík.
9. 9. Způsob podle nároku 4, u kterého je vlákno obsahující karbid křemíku povlečené vnitřním uvolňovacím povlakem nitridu bóru a vnějším ochranným povlakem karbidu křemíku a u kterého je prvek rozpuštěný v matricové slitině uhlík.
10. 10. Kompozice obsahující:

    a) vlákenný polotovar zahrnující bezoxidové keramické vlákno, které má alespoň jeden povlak, přičemž tento povlak zahrnuje prvek vybraný ze skupiny sestávající z uhlíku, dusíku a titanu, a

    b) matricovou slitinu, kde tato matricová slitina obsahuje prvek, který je v ní rozpuštěný.
11. 11. Kompozice podle nároku 10, u které vlákenný polotovar zahrnuje a) vlákno obsahující karbid křemíku, b) vnitřní uvolňovací povlak z nitridu bóru povlečený na něm a

    c) vnější ochranný povlak z karbidu křemíku a kde matricová slitina obsahuje:

    a) alespoň 80 % hmotnosti křemíku a

    b) mezi 0,003 % hmotnosti a 10 % hmotnosti rozpuštěného uhlíku.
12. 12. Kompozice podle nároku 11, u které matricová slitina zahrnuje:

    a) mezi 80 % hmotnosti a 99,997 % hmotnosti křemíku,

    b) mezi 0,003 % hmotnosti a 10 % uhlíku,

    c) mezi 1 % hmotnosti a 10 % hmotnosti bóru.

    • · · ·· · ·· · • · · · ·

    - 37
13. 13. Kompozice podle nároku 11, u které matricová slitina obsahuje:

    a) mezi 90 % hmotnosti a 99,997 % hmotnosti křemíku a

    b) mezi 0,003 % hmotnosti a 3 % hmotnosti uhlíku.
14. 14. Kompozice podle nároku 11, u které matricová slitina sestává v podstatě z:

    a) mezi 80 % hmotnosti a 99,997 % hmotnosti křemíku,

    b) mezi 0,003 % hmotnosti a 10 % hmotnosti uhlíku a

    c) mezi 1 % hmotnosti a 10 % hmotnosti bóru.