RU2163228C2 - Способ химической инфильтрации из паровой фазы с переменными параметрами инфильтрации - Google Patents
Способ химической инфильтрации из паровой фазы с переменными параметрами инфильтрации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2163228C2 RU2163228C2 RU97118472/03A RU97118472A RU2163228C2 RU 2163228 C2 RU2163228 C2 RU 2163228C2 RU 97118472/03 A RU97118472/03 A RU 97118472/03A RU 97118472 A RU97118472 A RU 97118472A RU 2163228 C2 RU2163228 C2 RU 2163228C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- infiltration
- change
- gas phase
- value
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 title claims abstract description 88
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 title claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 48
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 58
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 53
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 47
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 31
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 8
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 41
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000005055 methyl trichlorosilane Substances 0.000 description 4
- JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N methyltrichlorosilane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)Cl JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 3
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- -1 methane) and propane Chemical compound 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
- F16D69/023—Composite materials containing carbon and carbon fibres or fibres made of carbonizable material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/571—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
- C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/32—Carbides
- C23C16/325—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
- C04B2235/5244—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
- C04B2235/614—Gas infiltration of green bodies or pre-forms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6562—Heating rate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/75—Products with a concentration gradient
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к изготовлению изделий из композиционного материала, состоящего из пористой волокнистой подложки или заготовки, уплотненной матрицей, в частности деталей из углерод-углеродного композиционного материала или изделий из композиционного материала с керамической матрицей. Между началом и концом процесса химической инфильтрации из паровой фазы модифицируют условия инфильтрации, изменяя по меньшей мере один из параметров инфильтрации, в том числе время пребывания газовой фазы в оболочке, давление, температуру, содержание предшественника в газовой фазе и содержание возможной добавки в газовой фазе таким образом, чтобы приспособить условия инфильтрации к изменению порометрии подложки. Способ позволяет контролировать микроструктуру материала, осаждаемого внутрь подложки, и сохранить неизменную микроструктуру. 1 с. и 7 з.п. ф-лы, 9 табл.
Description
Настоящее изобретение касается способа химической инфильтрации материала из паровой фазы внутрь пористой подложки.
Областью применения изобретения является изготовление изделий из композиционного материала, состоящего из пористой волокнистой подложки или заготовки, уплотненной матрицей, в частности деталей из углерод-углеродного композиционного материала (заготовка из углеродных волокон и углеродная матрица) или изделий из композиционного материала с керамической матрицей (КМКМ).
Углерод-углеродные композиционные материалы и КМКМ используют в различных областях, в которых эксплуатируют их термоструктурные свойства, то есть очень хорошие механические свойства, позволяющие создавать сильно напряженные структурные элементы, и способность сохранять эти механические свойства вплоть до относительно высоких температур. Так обстоит дело, например, в космической области, в частности для панелей тепловой защиты или сопел двигателей, в области авиации, например для деталей реактивных двигателей самолетов, и в области трения, в частности для тормозных дисков самолетов.
Химическая инфильтрация материала в пористую подложку из паровой фазы заключается в помещении подложки внутрь оболочки и обеспечении диффузии внутрь доступных внутренних пор подложки газовой фазы, содержащей, по меньшей мере, один газообразный предшественник материала, при котором, в частности, температуры и давления внутри оболочки, чтобы во всем объеме подложки из предшественника образовался осадок. Предшественником углерода может быть алкан, алкил, алкен, дающий при разложении пироуглерод. Для химической инфильтрации из паровой фазы керамического материала осуществляют диффузию газовой фазы, содержащей одно или несколько газообразных веществ, дающих желаемый керамический материал при разложении или в результате химической реакции между собой. Так, например, химическая инфильтрация из паровой фазы карбида кремния (SiC) может быть получена с помощью газовой фазы, содержащей метилтрихлорсилан (МТС), в присутствии газообразного водорода (H2). Газообразные вещества, являющиеся предшественниками других керамических материалов, таких как карбиды, нитриды или оксиды, хорошо известны специалистам.
Существует несколько способов инфильтрации из газовой фазы, в частности изотермически-изобарные способы и изобарные способы с градиентом температуры.
В изотермически-изобарных способах уплотняемые подложки ежеминутно поддерживают при одинаковой температуре во всем их объеме и при одинаковом давлении. Неудобство этого способа заключается в невозможности на практике осуществления равномерного уплотнения. В самом деле, материал матрицы имеет тенденцию осаждаться преимущественно внутри пор, близких к наружной поверхности подложки. Постепенное закупоривание поверхностных пор делает доступ газовой фазы внутрь материала все более и более трудным, что в результате приводит к возникновению градиента уплотнения между поверхностью и серединой материала. Можно, конечно, один или несколько раз обработать поверхность или зачистить подложку в процессе уплотнения, чтобы вновь открыть поверхностную систему пор. Но это требует прерывания процессов на время, необходимое для извлечения подложки из установки для уплотнения, ее охлаждения, зачистки, повторного введения подложки в устройство и возвращения к нужной температуре.
Способ химической инфильтрации с градиентом температуры позволяет в значительной мере ограничить вышеупомянутое неудобство изотермического способа. Между внутренней частью подложки, более горячей, и поверхностью подложки, подвергающейся воздействию газовой фазы, устанавливается разность температур. В этом случае материал матрицы осаждается преимущественно во внутренней, более горячей части. Регулируя температуру поверхности подложки таким образом, чтобы она была ниже порога разложения или реакции газовой фазы, по меньшей мере в течение первой части процесса уплотнения, можно сделать так, чтобы фронт уплотнения по мере развития процесса постепенно перемещался от внутренней части к поверхности подложки. Известным способом градиент температуры может быть получен путем размещения одной или нескольких подложек вокруг воспринимающего элемента, связанного с катушкой индуктивности, таким образом, что внутренняя поверхность подложки или подложек контактирует с воспринимающим элементом. Градиент температуры может быть также получен за счет прямой индуктивной связи с подложкой в ходе уплотнения, когда природа подложки это позволяет. Эти способы описаны, например, во французской заявке на патент 2711647 и американской заявке на патент 5348774. В последней заявке нагрев подложек осуществляют одновременно за счет связи с воспринимающим элементом и за счет прямой связи с подложками по мере того, как перемещается вперед фронт уплотнения. Чтобы следить за развитием процесса уплотнения, предусмотрены приспособления для непрерывного измерения изменения массы подложек. В зависимости от измеренного изменения массы процесс может быть оптимизирован, в особенности что касается его длительности, путем воздействия на параметры уплотнения, особенно мощность, подаваемую на катушку индуктивности. Наблюдение за изменением массы подложек позволяет также определить окончание процесса уплотнения. Конечно, способ с градиентом температуры позволяет получить менее неоднородное уплотнение по сравнению с изотермическим способом, но он может быть использован только для подложек особой формы, особенно кольцевых подложек.
Каков бы ни был используемый способ уплотнения, микроструктура материала, осаждаемого внутрь подложки, зависит от условий, в которых осуществляют химическую инфильтрацию из паровой фазы. В случае, например, пироуглерода, изменяя эти условия инфильтрации, можно, в частности, получить пироуглерод разных типов: слоистый гладкий, слоистый темный, слоистый шероховатый или изотропный. Микроструктура пироуглерода является важной характеристикой, касающейся свойств уплотненной подложки. Таким образом, в случае изделий из углерод-углеродного композиционного материала часто стремятся получить микроструктуру типа слоистой шероховатой, в частности, по причине ее способности к графитизации при термообработке. Контроль микроструктуры материала, осажденного внутрь подложки, в равной степени важен для материала керамического типа.
В случае изотермических способов уплотнения было установлено, что несмотря на начальную фиксацию параметров инфильтрации, способных дать осадок желаемой микроструктуры, эта последняя могла изменяться в ходе процесса уплотнения. Трудность сохранения однородной микроструктуры наблюдалась, в особенности, при уплотнении толстых подложек, таких как волокнистые заготовки толщиной более 5 см.
Та же самая трудность существует также в способах уплотнения с градиентом температуры, который создается либо за счет индуктивной связи с воспринимающим элементом, контактирующим с подложками, либо за счет прямой индуктивной связи с подложками.
Настоящее изобретение имеет целью устранить это неудобство и предложить способ химической инфильтрации из паровой фазы, позволяющий уплотнять пористую подложку материалом с контролируемой микроструктурой.
Эта цель достигается благодаря тому, что в соответствии с изобретением между началом и концом процесса химической инфильтрации из паровой фазы модифицируют условия инфильтрации, изменяя, по меньшей мере, один из параметров инфильтрации, в том числе время пребывания газовой фазы в оболочке, давление, температуру, содержание предшественника в газовой фазе и содержание возможных добавок в газовой фазе, таким образом, чтобы приспособить условия инфильтрации к эволюции порометрии подложки, чтобы контролировать микроструктуру материала, осаждаемого внутрь подложки.
Предшественник обозначает здесь компонент или компоненты газовой фазы, который в выбранных операционных условиях приводит к осаждению желаемого материала внутрь подложки.
В случае осаждения пироуглерода, как уже указано, предшественниками являются, в частности, алканы, алкилы и алкены. Добавка обозначает здесь компонент или компоненты газовой фазы, который обеспечивает функцию активации осаждения углерода из предшественника в выбранных операционных условиях. Добавка может также представлять собой предшественник. Так, в газовой смеси, содержащей, например, метан и пропан (оба являются предшественниками), пропан играет роль добавки, когда температура равна приблизительно 1000oC, а давление равно приблизительно 1,3 кПа. Другие добавки, не обязательно предшественники, могут быть использованы вместо пропана или с пропаном в качестве активаторов для газов, менее реакционноспособных в вышеупомянутых условиях инфильтрации (например, для увеличения реакционной способности метана). При более высоких температурах и давлениях, например, при температуре приблизительно 1100oC и давлении приблизительно 6,5 кПа (50 Торр), метан играет роль предшественника без необходимости присутствия добавки.
Под порометрией здесь подразумевают то, что характеризует пористость подложки и, более конкретно, форму пористости. Например, она немедленно покажет специалисту, что сильно пористая подложка, но со слабо сообщающимися порами, может чувствительно поставить те же самые проблемы уплотнения, что и слабо пористая подложка, но с сильно сообщающимися порами, при этом порометрии будут рассматриваться как подобные.
В технологии обычной практикой является осуществление процессов химической инфильтрации из паровой фазы с предварительно заданными параметрами инфильрации от начала до конца процесса независимо от порометрии подложки. Это характерно, в частности, для изотермически-изобарных процессов. Параметры инфильтрации обычно выбирают такими, чтобы получить желаемую конечную плотность, что заставляет продолжать уплотнение настолько, насколько возможно в конце процесса по отношению к потребности, несмотря на то что порометрия наиболее неблагоприятна для диффузии газовой фазы в середину подложки. Это приводит к необходимости выбирать, например, температуру и содержание предшественника несколько повышенными, соответствующими порометрии в процессе завершающей фазы уплотнения.
В способах типа с градиентом температуры в ходе уплотнения безусловно существует разность температур между внутренней зоной подложки и наружными поверхностями подложки, при этом фронт уплотнения постепенно перемещается изнутри подложки к поверхности. Тем не менее, аналогично изотермическому способу, температуру в зоне уплотнения контролируют и точно поддерживают постоянной на оптимальной величине, определенной для оптимума уплотнения.
Заявителем неожиданно было установлено, что химическая инфильтрация из паровой фазы, осуществляемая с повышенным содержанием предшественника в течение всего процесса инфильтрации, то есть при гораздо более высоком содержании, чем обычно используется, приводит к образованию осадка с постоянной микроструктурой. Однако, и особенно в изотермических способах, тогда появляется, и это не является неожиданным, сильный градиент уплотнения, при этом уплотнение подложки в середине значительно менее заметно, чем вблизи поверхности. Этот градиент уплотнения тем более значителен, чем выше температура инфильтрации.
Или, если контролируемая микроструктура осадка необходима в соответствии с ожидаемыми свойствами уплотненной подложки, с этой целью также совершенно необходимо минимизировать неоднородность уплотнения между серединой и поверхностью подложки.
Постепенная регулировка параметров инфильтрации в течение всего процесса уплотнения в зависимости от изменения порометрии подложки отвечает этим требованиям. Кроме того, по сравнению с известными способами с фиксированными параметрами, она приводит к значительному выигрышу в общей продолжительности уплотнения.
Изменение условий инфильтрации, когда хотят сохранить постоянную микроструктуру, предпочтительно осуществляют путем изменения по меньшей мере содержания предшественника и/или добавки от первой величины в начале процесса инфильтрации до второй величины, меньшей первой, в конце процесса инфильтрации.
Для содержания основного предшественника и/или добавки в ходе процесса выбирают максимально возможную величину. Таким образом, например в случае изотермического уплотнения пироуглеродом, путем химической инфильтрации из паровой фазы, исходя из газовой фазы, содержащей смесь метана или природного газа и пропана, содержание пропана, который одновременно является основным предшественником и добавкой, может изменяться от величины, предпочтительно по меньшей мере равной 20%, которая является самой высокой величиной, используемой в начале процесса, до величины, предпочтительно заключенной между 6% и 20%, которая является наименьшей величиной, используемой в конце процесса. Содержание здесь измеряют в объемных процентах в газовой фазе. Выбор величины больше 35% для самого высокого объемного содержания пропана, используемого в начале процесса, не представляет интереса, так как при этом наблюдается только очень небольшое ускорение кинетики осаждения.
Для сохранения постоянной микроструктуры могут быть изменены другие параметры, при этом содержание предшественника может быть постоянным или непостоянным. Так обстоит дело с температурой и давлением. Таким образом, по-прежнему в случае изотермического уплотнения с газовой фазой, содержащей смесь метана или природного газа и пропана, чтобы получить микроструктуру типа слоистой шероховатой, температура уплотнения может быть уменьшена от первой величины, например, по меньшей мере равной приблизительно 1020oC, до второй величины, меньшей первой, и, например, заключенной приблизительно между 950oC и 1020oC, причем эту вторую величину выбирают такой, чтобы кинетика осаждения не была бы слишком медленной, при этом пороговая величина температуры осаждения в этом примере равна приблизительно 860oC. По-прежнему в том же самом примере давление может быть уменьшено от первой величины, например, по меньшей мере равной 2,5 кПа, до второй величины, меньшей первой, и, например, заключенной приблизительно между 0,5 кПа и 2 кПа, и затем вновь увеличено до третьей величины, например, больше 3 кПа.
Можно также изменять время пребывания газовой фазы. В случае, когда введение газовой фазы в оболочку, в которую помещена подложка, и извлечение остаточных газов из этой оболочки осуществляют непрерывно, время пребывания считают как среднее время истечения газа между доступом в оболочку и выходом из нее, то есть время пребывания в горячей части устройства; время пребывания зависит в таком случае от расхода газовой фазы и объема, который она может занимать в оболочке (функция температуры, давления, объема подложек и т.д.). В случае, когда инфильтрацию осуществляют импульсным методом, то есть последовательными циклами, каждый из которых состоит из впуска определенного количества газовой фазы в оболочку и извлечения остаточных газов путем создания в оболочке вакуума, время пребывания представляет собой время, которое проходит между началом впуска и началом извлечения. Преимущественно, если осуществляют изменение времени пребывания газовой фазы в ходе процесса инфильтрации, то это изменение происходит в направлении увеличения.
Изменение одного или нескольких параметров инфильтрации может быть осуществлено непрерывно в течение всего процесса инфильтрации или его части или прерывисто.
Процесс инфильтрации может быть разделен на несколько последовательных стадий, отделенных друг от друга, известным способом, операцией зачистки, которая, как уже указывалось, заключается в осуществлении обработки поверхности с целью удаления поверхностного осадка для того, чтобы вновь полностью открыть доступ газовой фазы во внутренние поры подложки. В этом случае изменение параметров инфильтрации может быть осуществлено прерывистым способом с установлением нового набора значений параметров для новой стадии уплотнения. Изменение параметров не происходит обязательно на каждой новой стадии.
Отмечают, кроме того, что настоящее изобретение может быть использовано со способами химической инфильтрации из паровой фазы различных типов, такими как изотермические-изобарные способы и способы с градиентом температуры.
Отмечают также, что контроль микроструктуры осадка может заключаться не только в поддержании однородной микроструктуры во всей осаждаемой матрице, это то, к чему будут чаще всего стремиться, но также в целенаправленном изменении микроструктуры в ходе процесса уплотнения.
Таким образом, если рассматривают, например, случай уплотнения, типа с градиентом температуры, пироуглеродом, полученным из газовой фазы, содержащей смесь метана или природного газа и пропана, различные микроструктуры пироуглерода могут быть последовательно осаждены, изменяя параметры инфильтрации. В этом примере приведенная ниже таблица 1 показывает диапазоны значений параметров инфильтрации, которые годятся для получения пироуглеродов слоистого шероховатого типа, слоистого темного типа и слоистого гладкого типа.
Условия осаждения, указанные в приведенной выше таблице для пироуглерода слоистого гладкого типа, годятся также для случая изотермического уплотнения. Сохранение гладкой слоистой микроструктуры, постоянной во всем осадке, может в таком случае потребовать изменения одного или нескольких параметров в указанных диапазонах в ходе процесса уплотнения.
Далее для сведения, но не в качестве ограничивающих объем изобретения, приводятся примеры осуществления способа согласно изобретению.
Пример 1
Пористую подложку, представляющую собой волокнистую заготовку из углеродных волокон, получают следующим образом. Слои ткани 250 мм х 250 мм из предварительно окисленных полиакрилонитрильных (ПАН) волокон разрезают и накладывают друг на друга, соединяя их между собой, путем сшивания. Сшивание осуществляют по мере того, как образуется заготовка, при этом каждый слой пришивают на нижележащую структуру, сохраняя чувствительно одинаковую плотность сшивания во всей заготовке, как это описано, в частности, во французской заявке на патент 2584106.
Пористую подложку, представляющую собой волокнистую заготовку из углеродных волокон, получают следующим образом. Слои ткани 250 мм х 250 мм из предварительно окисленных полиакрилонитрильных (ПАН) волокон разрезают и накладывают друг на друга, соединяя их между собой, путем сшивания. Сшивание осуществляют по мере того, как образуется заготовка, при этом каждый слой пришивают на нижележащую структуру, сохраняя чувствительно одинаковую плотность сшивания во всей заготовке, как это описано, в частности, во французской заявке на патент 2584106.
Полученную таким образом заготовку подвергают термообработке, чтобы превратить предварительно окисленный ПАН в углерод, а затем уплотнению путем химической инфильтрации, помещая заготовку в реакционную камеру печи, используемой для инфильтрации. Процесс инфильтрации изотермического типа осуществляют в четыре стадии. В конце каждой стадии и перед началом следующей стадии заготовку извлекают из печи, чтобы подвергнуть ее операции зачистки, заключающейся в удалении пироуглерода, отложившегося на поверхности заготовки, чтобы вновь открыть доступ к ее внутренним порам и способствовать продолжению уплотнения.
Газовая фаза, вводимая в реакционную камеру, представляет собой смесь природного газа (главным образом метана) и пропана, непрерывно циркулирующую между входом и выходом камеры. Время пребывания газовой фазы в камере приблизительно равно 1 с, давление в камере поддерживают на значении около 1,3 кПа (10 Торр). В течение каждой стадии процесса инфильтрации температуру поддерживают постоянной и равной приблизительно 980oC.
Изменение условий инфильтрации направлено только на параметр, который представляет собой содержание пропана (основной предшественник углерода и добавка) в газовой фазе.
Таблица 2, приведенная ниже, показывает для каждой из четырех стадий процесса инфильтрации продолжительность стадии и содержание пропана в объемных процентах в смеси природный газ-пропан.
Содержание пропана изменяют прерывисто, переходя от 20% во время I стадии, к 6% во время IV стадии.
В конце процесса инфильтрации относительный прирост массы заготовки, то есть отношение между увеличением ее массы и ей начальной массой, равен 220%. Исследование разреза, сделанного в уплотненной заготовке, показывает чувствительно однородную микроструктуру, типа слоистой шероховатой, вплоть до середины заготовки.
Пример 2
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 1. Инфильтрацию пироуглерода осуществляют также в четыре стадии, разделенные зачистками, используя газовую фазу, представляющую собой смесь природного газа и пропана. Время пребывания газовой фазы приблизительно равно 1 сек, давление приблизительно равно 1,3 кПа.
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 1. Инфильтрацию пироуглерода осуществляют также в четыре стадии, разделенные зачистками, используя газовую фазу, представляющую собой смесь природного газа и пропана. Время пребывания газовой фазы приблизительно равно 1 сек, давление приблизительно равно 1,3 кПа.
Изменение условий инфильтрации направлено здесь на два параметра: температуру и содержание пропана и осуществляется непрерывным образом. Таблица 3, приведенная ниже, показывает, для каждой из стадий I-IV процесса инфильтрации, продолжительность, температуру в начале стадии, температуру в конце стадии, содержание пропана в начале стадии и содержание пропана в конце стадии. Отмечают, что температура непрерывно изменяется только во время стадий I и II, в то время как содержание пропана непрерывно изменяется только во время стадий III и IV. Изменение температуры между ее самой большой величиной (1050oC) и ее самой низкой величиной (980oC) осуществляют точно линейно. Так же линейно изменяют содержание пропана между его самой большой величиной (20 об. %) и его самой низкой величиной (10 об.%). Отмечают, что процесс изотермического типа, так как температура в каждое мгновение одинакова во всей заготовке.
К концу процесса инфильтрации относительный прирост массы равен приблизительно 220%. Уплотнение вплоть до середины заготовки имеет точно те же самые характеристики, что и констатированные в примере 1, но общая продолжительность процесса уплотнения определенно уменьшена.
Пример 3 (сравнительный пример)
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 1. Уплотнение пироуглеродом осуществляют в четыре стадии продолжительностью соответственно 500 ч, 500 ч, 400 ч и 400 ч, разделенные зачистками. Условия инфильтрации поддерживают неизменными в течение всего процесса инфильтрации, а именно газовая фаза представляет собой смесь природного газа и пропана с объемным содержанием пропана 6%, время пребывания газовой фазы составляет приблизительно 1,8 с, давление равно 1,5 кПа и температура равна 980oC.
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 1. Уплотнение пироуглеродом осуществляют в четыре стадии продолжительностью соответственно 500 ч, 500 ч, 400 ч и 400 ч, разделенные зачистками. Условия инфильтрации поддерживают неизменными в течение всего процесса инфильтрации, а именно газовая фаза представляет собой смесь природного газа и пропана с объемным содержанием пропана 6%, время пребывания газовой фазы составляет приблизительно 1,8 с, давление равно 1,5 кПа и температура равна 980oC.
Эти параметры, как и продолжительности стадий инфильтрации, имеют оптимальные значения, такие, которые были определены заявителем при осуществлении классического процесса химической инфильтрации из паровой фазы, то есть с постоянными параметрами, обеспечивающими уплотнение, аналогичное уплотнению, полученному в примерах 1 и 2. Относительный прирост массы тот же самый (220%), но микроструктура пироуглерода отнюдь не является однородной.
Констатируют значительную выгоду, приносимую настоящим изобретением в промышленном плане, так как общая продолжительность уплотнения уменьшена в 1,36 раза (пример 1) и в 1,82 раза (пример 2) при том же результате в степени уплотнения, который дает способ, являющийся ближайшим аналогом, но с сохранением при этом одинаковой микроструктуры в течение всей инфильтрации.
Пример 4
Волокнистую заготовку в форме диска диаметром 250 мм и толщиной 30 мм получают путем накладывания друг на друга и сшивания слоев ткани, как описано в примере 1.
Волокнистую заготовку в форме диска диаметром 250 мм и толщиной 30 мм получают путем накладывания друг на друга и сшивания слоев ткани, как описано в примере 1.
Заготовку уплотняют пироуглеродом химической инфильтрацией из паровой фазы, исходя из газовой фазы, представляющей собой смесь природного газа и пропана, при температуре 1015oC и давлении 1,5 кПа.
Процесс инфильтрации осуществляют в две стадии I и II, разделенные операцией зачистки. Таблица 4, приведенная ниже, для каждой из двух стадий дает продолжительность стадии, объемное содержание пропана и время пребывания газовой фазы.
В конце процесса инфильтрации относительный прирост массы равен приблизительно 250%, уплотнение чувствительно однородное и микроструктура пироуглерода, типа слоистой шероховатой, одинаковая.
Пример 5
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 4. Инфильтрацию пироуглерода также осуществляют в две стадии, разделенные зачисткой, используя газовую фазу, представляющую собой смесь природного газа и пропана, при давлении 1,5 кПа. Таблица 5, приведенная ниже, для каждой из двух стадий дает продолжительность стадии, объемное содержание пропана (постоянное в течение каждой стадии), значения температуры в начале и в конце (изменение непрерывное) и значение времени пребывания в начале и в конце (изменение непрерывное).
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 4. Инфильтрацию пироуглерода также осуществляют в две стадии, разделенные зачисткой, используя газовую фазу, представляющую собой смесь природного газа и пропана, при давлении 1,5 кПа. Таблица 5, приведенная ниже, для каждой из двух стадий дает продолжительность стадии, объемное содержание пропана (постоянное в течение каждой стадии), значения температуры в начале и в конце (изменение непрерывное) и значение времени пребывания в начале и в конце (изменение непрерывное).
Общий прирост массы равен 250%, пироуглеродная матрица имеет те же самые характеристики, что и в примере 4.
Пример 6 (сравнительный)
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 4. Инфильтрацию осуществляют в две стадии, разделенные зачисткой, используя газовую фазу, представляющую собой смесь природного газа и пропана. Условия инфильтрации поддерживают неизменными в течение всего процесса инфильтрации, а именно: объемное содержание пропана в газовой фазе - 6%, температура - 1015oC, время пребывания - 1,8 с, давление - 1,5 кПа.
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 4. Инфильтрацию осуществляют в две стадии, разделенные зачисткой, используя газовую фазу, представляющую собой смесь природного газа и пропана. Условия инфильтрации поддерживают неизменными в течение всего процесса инфильтрации, а именно: объемное содержание пропана в газовой фазе - 6%, температура - 1015oC, время пребывания - 1,8 с, давление - 1,5 кПа.
Продолжительность каждой стадии составляет 500 ч, чтобы достичь уплотнения с приростом массы 250%, как в примерах 4 и 5.
Примеры 4 и 5 доказывают, что изобретение, давая одинаковую микроструктуру осаждаемого пироуглерода, позволяет очень значительно уменьшить общую продолжительность уплотнения (уменьшение в 1,18 раза и в 2 раза по сравнению с примером 6).
Пример 7
Пористую заготовку, представляющую собой волокнистую заготовку из волокон главным образом карбида кремния (SiС), получают, укладывая друг на друга слои ткани с сетчатым переплетением, нити которой состоят из волокон, выпускаемых в продажу японской фирмой Ниппон Карбон под названием "Nicalon". Чтобы получить заготовку с объемным содержанием волокон 35% и толщиной 5 мм, слои ткани укладывают в стопку и сжимают в приспособлении.
Пористую заготовку, представляющую собой волокнистую заготовку из волокон главным образом карбида кремния (SiС), получают, укладывая друг на друга слои ткани с сетчатым переплетением, нити которой состоят из волокон, выпускаемых в продажу японской фирмой Ниппон Карбон под названием "Nicalon". Чтобы получить заготовку с объемным содержанием волокон 35% и толщиной 5 мм, слои ткани укладывают в стопку и сжимают в приспособлении.
Заготовку уплотняют карбидом кремния, полученным химической инфильтрацией из паровой фазы в реакционной камере печи для инфильтрации. Процесс инфильрации изотермического типа осуществляют в три стадии I-III. После окончания первой стадии заготовку извлекают из печи для разборки приспособления, так как осадок SiC достаточен для того, чтобы обеспечить консолидацию заготовки, то есть чтобы соединить волокна между собой до степени, достаточной для того, чтобы заготовка сохраняла свою форму. Это не способ с зачисткой между стадиями уплотнения.
Газовая фаза, подаваемая в камеру, представляет собой смесь газообразного метилтрихлорсилана (МТС), предшественника Sic, и газообразного водорода (H2). Время пребывания газовой фазы в камере приблизительно равно 10 с, давление в камере поддерживают на значении приблизительно 13 кПа (100 Торр).
Изменение условий инфильтрации направлено только на температуру. Таблица 6, приведенная ниже, для каждой из стадий I-III показывает продолжительность стадии, температуру, которую поддерживают постоянной в течение каждой стадии, и плотность заготовки в конце каждой стадии.
Пример 8 (сравнительный)
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 7. Инфильтрацию SiC осуществляют в две стадии I и II: первую стадию консолидации, после которой заготовку извлекают из приспособления, и вторую стадию, в течение которой уплотнение продолжают до достижения степени уплотнения, точно идентичной той, которая была достигнута в примере 7.
Используют заготовку, идентичную заготовке примера 7. Инфильтрацию SiC осуществляют в две стадии I и II: первую стадию консолидации, после которой заготовку извлекают из приспособления, и вторую стадию, в течение которой уплотнение продолжают до достижения степени уплотнения, точно идентичной той, которая была достигнута в примере 7.
Используемая газовая фаза и условия инфильтрации те же, что и в примере 7, за исключением температуры, которую поддерживают постоянной в течение всего процесса, как указано в таблице 7, приведенной ниже. В этой таблице также указаны продолжительности стадий I и II, общая продолжительность и полученные плотности. Констатируют, что для достижения одной и той же конечной степени уплотнения (плотность 2,5) общая продолжительность процесса точно значительно больше, чем общая продолжительность в примере 7, выигрыш по этой общей продолжительности, получаемый за счет изменения параметра температура, составляет здесь 25%.
Пример 9
Волокнистые заготовки, такие как заготовки примера 4, укладывают коаксиально, так что они остаются слегка разделенными друг от друга посредством прокладок. Заготовки помещают в реакционную камеру печи для инфильтрации вокруг воспринимающего элемента, представляющего собой графитовый цилиндрический блок, с которым они контактируют их внутренними поверхностями. Воспринимающий элемент нагревается за счет индуктивной связи с катушкой индуктивности, расположенной снаружи камеры, таким образом, что между внутренними поверхностями заготовок и их внешними поверхностями, подвергающимися воздействию газовой фазы, вводимой в печь, устанавливается термический градиент. Заготовки уплотняют пироуглеродом, используя смесь природного газа и пропана. Температуру поверхности заготовок измеряют и устанавливают желаемую величину путем регулирования тока в катушке индуктивности, как описано в международной заявке на патент 95/11868.
Волокнистые заготовки, такие как заготовки примера 4, укладывают коаксиально, так что они остаются слегка разделенными друг от друга посредством прокладок. Заготовки помещают в реакционную камеру печи для инфильтрации вокруг воспринимающего элемента, представляющего собой графитовый цилиндрический блок, с которым они контактируют их внутренними поверхностями. Воспринимающий элемент нагревается за счет индуктивной связи с катушкой индуктивности, расположенной снаружи камеры, таким образом, что между внутренними поверхностями заготовок и их внешними поверхностями, подвергающимися воздействию газовой фазы, вводимой в печь, устанавливается термический градиент. Заготовки уплотняют пироуглеродом, используя смесь природного газа и пропана. Температуру поверхности заготовок измеряют и устанавливают желаемую величину путем регулирования тока в катушке индуктивности, как описано в международной заявке на патент 95/11868.
Условия инфильтрации пироуглерода изменяют во время процесса уплотнения следующим образом (см. табл. 8).
Получают уплотнение пироуглеродом, типа слоистого шероховатого, во всех точках изготовленных изделий.
Пример 10
Действуют, как в примере 9, но изменяя условия инфильтрации пироуглерода следующим образом (см. табл. 9).
Действуют, как в примере 9, но изменяя условия инфильтрации пироуглерода следующим образом (см. табл. 9).
Микроструктура пироуглерода матрицы изменяется по мере того, как фронт уплотнения перемещается от середины заготовок к их наружным поверхностям. В середине полученных изделий пироуглеродная матрица представляет собой чистый пироуглерод типа слоистый шероховатый, затем она постепенно эволюционирует в направлении наружной поверхности к чистому пироуглероду типа слоистый темный, при контакте с волокнами, проходя через смесь пироуглеродов слоистый шероховатый/слоистый темный.
Claims (8)
1. Способ химической инфильтрации в паровой фазе материала внутрь пористой подложки с помощью газовой фазы, содержащей по меньшей мере один предшественник вышеупомянутого материала в газообразном состоянии, включающий этапы расположения подложки внутри оболочки, введения газовой фазы в оболочку, удаления остаточных газов из оболочки и контроля за условиями инфильтрации, определяемыми группой параметров, включающей: время пребывания газовой фазы между введением в оболочку и удалением из оболочки, давление в оболочке, температура подложки, содержание предшественника в газовой фазе и содержание возможной добавки в газовой фазе, отличающийся тем, что условия инфильтрации изменяются в течение процесса инфильтрации, вызывая изменение по меньшей мере одного из указанных параметров между первой величиной в начале процесса инфильтрации и второй величиной, отличной от первой, причем указанное время пребывания, если оно изменилось, повышается от первой величины ко второй, а указанная температура, в случае изменения, уменьшается от первого значения до второго, концентрация, в случае изменения, уменьшается с первого значения до второго, и концентрация возможной добавки, в случае изменения, уменьшается с первого значения до второго, причем условия инфильтрации изменяются таким образом, чтобы приспособить условия инфильтрации к изменению порометрии подложки, чтобы контролировать микроструктуру материала, осажденного внутрь подложки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление, в случае изменения, уменьшается от первого значения в начале процесса инфильтрации до второго, меньшего, чем первое, значения, в процессе инфильтрации, затем повышается до третьего значения, большего, чем второе, в конце процесса инфильтрации.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что химическая инфильтрация в паровой фазе осуществляется при сохранении неизменной температуры подложки.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что химическая инфильтрация в паровой фазе осуществляется с установлением градиента температур внутри подложки.
5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что изменение условий инфильтрации осуществляется непрерывным способом.
6. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что изменение условий инфильтрации осуществляется прерывистым способом.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что химическая инфильтрация в паровой фазе осуществляется в несколько последовательных стадий, причем изменение или каждое изменение условий инфильтрации осуществляется в начале новой стадии.
8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что для химической инфильтрации в паровой фазе пиролитического углерода при помощи газовой фазы, содержащей смесь метана и пропана, изменяют объемное процентное содержание пропана в газовой фазе от величины по меньшей мере 20% до величины, от 6% до 20%.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9504157A FR2732677B1 (fr) | 1995-04-07 | 1995-04-07 | Procede d'infiltration chimique en phase vapeur avec parametres d'infiltration variables |
FR9504157 | 1995-04-07 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97118472A RU97118472A (ru) | 1999-08-10 |
RU2163228C2 true RU2163228C2 (ru) | 2001-02-20 |
Family
ID=9477870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97118472/03A RU2163228C2 (ru) | 1995-04-07 | 1996-04-09 | Способ химической инфильтрации из паровой фазы с переменными параметрами инфильтрации |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6001419A (ru) |
EP (1) | EP0819105B1 (ru) |
JP (2) | JP4627808B2 (ru) |
CA (1) | CA2217643C (ru) |
DE (1) | DE69630443T2 (ru) |
FR (1) | FR2732677B1 (ru) |
RU (1) | RU2163228C2 (ru) |
UA (1) | UA51648C2 (ru) |
WO (1) | WO1996031447A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581400C2 (ru) * | 2009-12-16 | 2016-04-20 | Мессье-Бугатти-Доути | Способ изготовления фрикционной детали на основе углерод-углеродного композиционного материала |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2732677B1 (fr) * | 1995-04-07 | 1997-06-27 | Europ Propulsion | Procede d'infiltration chimique en phase vapeur avec parametres d'infiltration variables |
GB9901041D0 (en) * | 1999-01-18 | 1999-03-10 | Dunlop Aerospace Ltd | Densification of porous bodies |
FR2834052B1 (fr) | 2001-12-20 | 2004-03-19 | Snecma Moteurs | Procede pour le suivi du deroulement d'un processus utilisant un gaz reactif contenant un ou plusieurs hydrocarbures gazeux |
US6953605B2 (en) * | 2001-12-26 | 2005-10-11 | Messier-Bugatti | Method for densifying porous substrates by chemical vapour infiltration with preheated gas |
US20040122515A1 (en) * | 2002-11-21 | 2004-06-24 | Xi Chu | Prosthetic valves and methods of manufacturing |
FR2854168B1 (fr) * | 2003-04-28 | 2007-02-09 | Messier Bugatti | Commande ou modelisation de procede d'infiltration chimique en phase vapeur pour la densification de substrats poreux par du carbone |
GB0323807D0 (en) * | 2003-10-10 | 2003-11-12 | Univ Southampton | Fabrication of metamaterials |
GB0323806D0 (en) * | 2003-10-10 | 2003-11-12 | Univ Southampton | Fabrication of semiconductor metamaterials |
US20050186878A1 (en) * | 2004-02-23 | 2005-08-25 | General Electric Company | Thermo-mechanical property enhancement plies for CVI/SiC ceramic matrix composite laminates |
KR100624094B1 (ko) * | 2004-05-28 | 2006-09-19 | 주식회사 데크 | 탄소섬유 강화 세라믹 복합체 제조방법 |
US20050271876A1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-08 | Walker Terrence B | Method for producing carbon-carbon brake material with improved initial friction coefficient or 'bite' |
US7691443B2 (en) * | 2005-05-31 | 2010-04-06 | Goodrich Corporation | Non-pressure gradient single cycle CVI/CVD apparatus and method |
US8057855B1 (en) * | 2005-05-31 | 2011-11-15 | Goodrich Corporation | Non-pressure gradient single cycle CVI/CVD apparatus and method |
GB2428671B (en) | 2005-07-29 | 2011-08-31 | Surface Transforms Plc | Method for the manufacture of carbon fibre-reinforced ceramic brake or clutch disks |
US20070184179A1 (en) * | 2006-02-09 | 2007-08-09 | Akshay Waghray | Methods and apparatus to monitor a process of depositing a constituent of a multi-constituent gas during production of a composite brake disc |
US7959973B2 (en) | 2006-11-29 | 2011-06-14 | Honeywell International Inc. | Pressure swing CVI/CVD |
FR2934014B1 (fr) * | 2008-07-17 | 2011-05-13 | Snecma Propulsion Solide | Procede de realisation d'une tuyere ou d'un divergent de tuyere en materiau composite. |
US8383197B2 (en) * | 2009-05-28 | 2013-02-26 | Honeywell International Inc. | Titanium carbide or tungsten carbide with combustion synthesis to block porosity in C-C brake discs for antioxidation protection |
US20110033623A1 (en) * | 2009-08-05 | 2011-02-10 | Honeywell International Inc. | Method of preventing carbon friction material anti oxidation system migration by utilizing carbon vapor deposition |
DE102012100176B4 (de) * | 2012-01-10 | 2016-11-17 | Cvt Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur chemischen Gasphaseninfiltration von wenigstens einem refraktären Stoff |
US9512044B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-12-06 | Rolls-Royce Corporation | Ceramic matrix composites and methods for producing ceramic matrix composites |
EP2970024B1 (en) | 2013-03-15 | 2019-10-16 | Rolls-Royce Corporation | Method for producing high strength ceramic matrix composites |
RU2658858C2 (ru) * | 2016-08-31 | 2018-06-25 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" (АО "УНИИКМ") | Углерод-углеродный композиционный материал и способ изготовления из него изделий |
RU2678288C1 (ru) * | 2018-01-10 | 2019-01-24 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Волокнистый материал объемной структуры из дискретных фрагментированных углеродных волокон, способ его изготовления и устройство для осуществления способа |
US11691924B2 (en) * | 2020-02-21 | 2023-07-04 | Raytheon Technologies Corporation | CVI matrix densification process |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2722198B2 (ja) * | 1988-03-31 | 1998-03-04 | 日本石油株式会社 | 耐酸化性を有する炭素/炭素複合材料の製造法 |
JP3007936B2 (ja) * | 1989-07-27 | 2000-02-14 | 日石三菱株式会社 | 炭素材料の製造法 |
US5348774A (en) * | 1993-08-11 | 1994-09-20 | Alliedsignal Inc. | Method of rapidly densifying a porous structure |
FR2711646B1 (fr) * | 1993-10-27 | 1996-02-09 | Europ Propulsion | Procédé d'infiltration chimique en phase vapeur d'une matrice pyrocarbone au sein d'un substrat poreux avec établissement d'un gradient de température dans le substrat. |
US5846611A (en) * | 1993-10-27 | 1998-12-08 | Societe Europeene De Propulsion | Chemical vapor infiltration process of a material within a fibrous substrate with creation of a temperature gradient in the latter |
FR2714076B1 (fr) * | 1993-12-16 | 1996-03-15 | Europ Propulsion | Procédé de densification de substrats poreux par infiltration chimique en phase vapeur de carbure de silicium. |
KR100389502B1 (ko) * | 1994-11-16 | 2003-10-22 | 굿리치 코포레이션 | 압력구배화학기상침투및화학기상증착장치,방법및이에의한생성물 |
FR2732677B1 (fr) * | 1995-04-07 | 1997-06-27 | Europ Propulsion | Procede d'infiltration chimique en phase vapeur avec parametres d'infiltration variables |
-
1995
- 1995-04-07 FR FR9504157A patent/FR2732677B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-04-09 RU RU97118472/03A patent/RU2163228C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1996-04-09 WO PCT/FR1996/000530 patent/WO1996031447A1/fr active IP Right Grant
- 1996-04-09 JP JP53005496A patent/JP4627808B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-09 EP EP96912082A patent/EP0819105B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-09 CA CA002217643A patent/CA2217643C/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-09 US US08/930,743 patent/US6001419A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-09 DE DE69630443T patent/DE69630443T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-09-04 UA UA97104912A patent/UA51648C2/ru unknown
-
2007
- 2007-10-02 JP JP2007258873A patent/JP2008019511A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЕМЯШЕВ А.В. Газофазная металлургия тугоплавких соединений. - М.: Металлургия, 1987, с.26-27, 76-79, 131-136, 187. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581400C2 (ru) * | 2009-12-16 | 2016-04-20 | Мессье-Бугатти-Доути | Способ изготовления фрикционной детали на основе углерод-углеродного композиционного материала |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6001419A (en) | 1999-12-14 |
CA2217643C (en) | 2004-09-21 |
JP2008019511A (ja) | 2008-01-31 |
FR2732677B1 (fr) | 1997-06-27 |
JPH11503107A (ja) | 1999-03-23 |
EP0819105A1 (fr) | 1998-01-21 |
DE69630443D1 (de) | 2003-11-27 |
WO1996031447A1 (fr) | 1996-10-10 |
DE69630443T2 (de) | 2004-08-05 |
JP4627808B2 (ja) | 2011-02-09 |
UA51648C2 (ru) | 2002-12-16 |
FR2732677A1 (fr) | 1996-10-11 |
EP0819105B1 (fr) | 2003-10-22 |
CA2217643A1 (en) | 1996-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2163228C2 (ru) | Способ химической инфильтрации из паровой фазы с переменными параметрами инфильтрации | |
US5350545A (en) | Method of fabrication of composites | |
JP3490087B2 (ja) | コントロールした表面温度における多孔質基材への物質の蒸気相化学浸透方法 | |
US4824711A (en) | Ceramic honeycomb structures and method thereof | |
EP2097153B1 (en) | Manufacturing method of filter media for medium and high temperature exhaust gas using foam coating technology | |
RU2347009C2 (ru) | Способ контроля или моделирования процесса химической инфильтрации газовой фазой для уплотнения пористых субстратов углеродом | |
CN110981517B (zh) | 碳陶复合材料的制备方法和应用及制备用针刺机构 | |
US6837952B1 (en) | Method for making a bowl in thermostructural composite material | |
CA2288989A1 (en) | High performance filters | |
EP2264330A1 (en) | Low cost, high density C-C composites densified by CVD/CVI for aircraft friction materials | |
CA2175041C (en) | Chemical vapour infiltration process of a pyrocarbon matrix within a porous substrate with creation of a temperature gradient in the substrate | |
US5472650A (en) | Method of making chemical vapor infiltrated composites | |
JPH0586534A (ja) | 複合材料製品製造のための耐火性繊維製プレフオームの製造方法 | |
CN115231938A (zh) | 碳/碳复合材料刹车盘的制备方法 | |
EP2282075A1 (en) | Nonwoven preforms made with increased areal weight fabric segments for aircraft friction materials | |
US5846611A (en) | Chemical vapor infiltration process of a material within a fibrous substrate with creation of a temperature gradient in the latter | |
CN211420008U (zh) | 碳陶复合材料制备用针刺机构 | |
RU2738718C2 (ru) | Способ химической инфильтрации или осаждения из паровой фазы | |
CA2174309C (en) | Chemical vapour infiltration process of a material within a fibrous substrate with creation of a temperature gradient in the latter | |
KR102153918B1 (ko) | 화학기상증착을 이용한 SiC 나노와이어 균일 성장에 의한 고밀도의 탄화규소 복합체 제조 방법 및 이의 의해 제조된 탄화규소 복합체 | |
Dupel et al. | Pulse chemical vapour deposition and infiltration of pyrocarbon in model pores with rectangular cross-sections: Part I Study of the pulsed process of deposition | |
KR0165868B1 (ko) | 탄화규소 반응소결체의 제조장치 및 그의 연속제조방법 | |
US10443124B1 (en) | Process and apparatus for making composite structures | |
JP2849606B2 (ja) | 気相含浸法およびその装置 | |
SU759491A1 (ru) | Способ обработки изделий из огнеупорных волокнистых материалов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070926 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150410 |