TW200918482A - Edge densification for film boiling process - Google Patents

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200918482 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於密實化多孔物件。 優先權： 利張優先於2°°7年9月17曰申請之美國臨時專 利申相案第60/972,905號之權利，发 以引用方式併入的場合及法律允呼範=内容在所有允許 本文中。 译允許範圍内以引用方式併入 【先前技術】 在摩擦材料領域中，使用由多孔材料製 摩擦構件（例如摩擦製動圓盤）已 材來製& ^ A , 來所周知。在製造該等摩 擦構件時-般先構造多孔預成型赵，例如 可使用若干不同已知方法構 言，可將碳纖維織物層.縫合在起=預自成型"。舉例而 提#猫起且可自該堆疊材料切割 堆贺二 該等層可由(例如)氣流成網纖維或編織纖 Ο =製付。此外，可藉由（例如）將碳纖維編織成所期望形狀 ^形成近終形預成型述。吾人已熟知某些碳纖維織物且有 有利於呈螺旋形式鋪設織物之編法。在此上下文中，、 ^形"意指形成具有接近於最終物件（例如環形製動圓 望形狀之形式之結構。 氧化聚丙稀腈Γ，ΡΑΝΊ纖維或瀝青基纖維係此應用類型 中所用起始纖維之常見實例。隨後，可在高溫處理步驟中 碳化該等纖維。在另—習知方法中，使用樹脂或遞青形成 該等起始纖維，且稍後利用反應氣體（例如氮氣）固 134638.doc 200918482 物質。然後，碳化經如此固化之物質以獲得半剛性預成型 在任何情況下，皆期望進一步密實化所獲得多孔預成型 坯（尤其對於碳質材料）’以便獲得所期望摩擦力及機械性 質。 化學4氣滲透（"CVI")係用於獲得碳/碳（有時在此技術中 稱作C/C")複合物材料之習知密實化技術。CVI通常使用 3 k氣體來滲透多孔預成型坯。然後於高溫下裂解cVI氣 體以在預成型链之纖維結構上留下碳塗層，由此提高物件 之密度。 使用氣態前體之CVI通常需要處理幾百小時以獲得具有 期望密度特徵及機械性質之碳/碳結構。舉例而言，典型 CVI製程包括經（例如）大約3〇〇_5〇〇小時或更長時間實施之 第一氣體滲透循環。 然而’習知CVI在充分密實化預成型坯内部部分之前經 常會引起預成型坯之表面孔隙快速阻塞。為了 ”重新開放，, 表面孔隙（以允許氣態前體繼續到達物件内部部分），需要 進行中間機加工步驟。一般而言，此中間機加工（使用已 知方法’例如研磨）去除具有經碳阻塞孔之預成型坯表面 層以暴露預成型坯之開孔，使得烴氣體可再次滲透入預成 型述結構内。考慮到在一個典型密實化製程中將對幾百個 預成型域進行密實化，中間機加工步驟可使整個CVI密實 化製程增加多達4 8小時。

當部分密實化物件之中間機加工完成時，實施第二CVI 134638.doc 200918482 製程以利用預成型坯之重新開放表面孔隙，其可持續（例 如）另外300-500小時或更長時間。此時一般可完成密實化 製程。 密實化多孔預成型坯之另一方法使用液態而非氣態烴前 體。在此項技術中此密實化方法有時稱作"薄膜沸騰"或 "快速密實化"。 使用液態前體實施密實化論述於（例如）美國專利第4 472 454号、第 5 389 152号、第 5 397 595号、第 5 733 6ΐι 号、 第5 547 717号、第5 981 002号、及第6 726 962號中。該 等文件之每一及任何一個之全部内容在所有允許以引用方 式併入的場合及法律允許範圍内係以引用方式併入本文 中〇 薄膜沸騰密實化一般涉及將多孔預成型坯浸入液體（尤 其液體烴）中，使得液體基本完全滲透入預成型坯之孔及 間隙内。此後，將經浸沒預成型堪感應加熱至高於液態煙 分解溫度之溫度（通常1000t或更高）。更具體而言，將靠 近感應加熱預成型坯結構之液態烴分離成預成型坯孔隙内 之各種氣相物質。氣相物質之進一步熱分解導致在多孔材 料開放區中的内部表面上形成熱解碳。 液態烴可為環戊烷、環己烷、1-己烯、汽油 '曱苯、甲 基壤己烷、正己烷、煤油、加氫脫硫化煤油、苯、或其組 合。另外’液態前體可含有有機矽烷化合物，例如甲基三 氯矽烷、二甲基二氯矽烷、甲基二氯矽烷、或叁_正甲基 胺基石夕炫。S某些情形中，I態前體可為有機石夕⑥與烴之 134638.doc 200918482 混合物。 可以已知方式調配該液態前體以獲得組合分解產物。舉 例而言，該分解產物可包含碳化矽及氮化矽、或碳/碳化 石夕或碳/氮化石夕。 由於預成型坯周圍之沸騰液體，在圓盤之内部（即，中 心）與外部（即，周邊）部分之間可形成強熱梯度。密實化一 般開始於中心區處，乃因此處溫度高於較外部表面部分 處。因此，可在僅一個密實化製程步驟中基本完全密實化 多孔物件，此遠遠快於使用常規等壓CVI 製程 (其中费實化較佳出現在物件表面處），其往往會封閉物件 之孔隙並防止進一步氣體滲透。液態前體密實化之動力學 較使用氣體滲透步驟可快大約100倍。 然而，由於係將預成型坯浸入液體中’故需要高功率位 準以使最大溫度保持高於液態前體裂解溫度。舉例而言， 在使用環己烷作為前體進行密實化的情形下，在密實化期 間多孔物件之内部溫度可介於約9〇(rc與約丨2〇(rc之間， 而周圍液態環己烷溫度僅為約肋艺至約82<t。因此，總電 力消耗高於標準I_CVI製程。 此外，隨著密實化前沿朝向多孔預成型链之周邊邊緣/ 表面移動’必須逐漸提高功率以維持密實化前沿之必需溫 b在個达實化循環結束時，功率位準可為初始 力率位準的5或1〇倍。此可辦知雷士、出如# a 此j增加電力湞耗並需要能輸送所 為熱量之昂貴電源。 美國專利第6,994,886號及美國專利第5,981，⑽⑼中已提 134638.do, 200918482

出解决該等問題之某些習知方案。舉例而言，可將預成空 裏以為過大尺寸’及當密實化前沿仍稍微(例如，幾毫 米）遠離多孔物件表面時停止密實化。此方法可降低加熱 預成型这中心所需之功率，乃因預成型述本身可有效地作 為隔離體―預成型堪越厚，其相對於上述熱梯度對其内部 之隔離性能越好。此外，根據犧牲材料之厚度（即，預成 型述表面未經密實化材料之深度），達成密實化所需之最 :力率將s較低。然而’此方法必然產生一定量的材料廢 料另外，當使用較厚預成型坯時，滲透總體上會變得相 對較為困難。此可導致預成型述中心部分之密實化不充 分，乃因前體難以到達預成型坯之内部。 另一方法涉及用另一種材料纏繞預成型坯以在沸騰液態 前體與預成型链自身之間產生物理邊界。視該層之性質而 疋預期會產生不同結果。在美國專利第5,981〇〇2號中提

出用碳氈層改善圓盤之邊緣密實化。碳氈使得使用較小功 率即可使密實化前沿移動至更靠近預成型坯之邊緣（即， 表面）處。碳氈在靠近預成型坯表面時可耐受密實化前沿 之向溫。 在某些情況下’不可使用此方法。舉例而言，當藉由電 磁耦合感應加熱預成型坯時，碳氈自身可受到感應加熱 (與預成型述相似）並在密實化循環期間變得密實化。此將 會封閉物件之孔隙，防止前體到達預成型坯内部部分及影 響圓盤之正確密實化。 美國專利第6,994,886號揭示使用一或多層聚四氟乙烯 134638.doc 200918482 (PTFE)紡織品（有時以商標G〇re_Tex⑧為吾人所熟知並市 售）。此文件聲稱藉由PTFE可限制液體進入預成型坯，因 此顯著地降低密實化材料所需之電功率並提高密實化速 率。然而，由於PTFE紡織品之滲透率較低（例如，與碳氈 之滲透率相比），前體至預成型链内部部分之轉移將受到 阻礙。因此，當待密實化物件相對較厚時，前體在預成型 坯之中〜部分會耗盡。此可產生未充分密實化的中心(有 時稱作"空心”中心）。

舉例而s ，若欲密實化25 mm厚之碳製動圓盤預成型 链’則使用PTFE紡織品隔離預成型述需要顯著降低密實 化動力學（即，較慢密實化）以避免形成空心中心。因此， 士美國專利第6,994,886號中所揭示，使用pTFE之益處受 到循環時間增加之製衡。 馨於月）述内☆，期望一種使用液態前體密實化多孔物件 之經改良方法。 【發明内容】 在本發明之態樣中’使關網孔料介於规與6〇%間 之聚四氟乙婦(有時稱作” PFTE，，或Tefl〇n⑧)代替習用技術 所熟知之碳氈來纏繞待密實化預成型坯。 =發明之另一態樣中1或其他分隔(部分多孔化或

Si ::繞待密實化預成型'。當在密實化循環結 :寺=功率且密實化前沿靠近該部分之周邊或表面部分 ，液體/氣體邊界因該壁而保持遠離預成型堪表面。 本發明之另—態樣係關於將咖與薄膜沸騰組合以使大 134638.doc 200918482 多數材料可藉由薄膜沸騰而密實化，且隨後，在完全密實 化預成型坯之前，降低薄膜沸騰反應器中之液態前體含量 以使預成型坯不再浸沒於液態前體中。此後，該密實化變 為氣體CVD製程。可使用來自留存於反應室中的液態前體 之蒸氣來完成密實化。此可大大降低所需最終功率並改盖 邊緣密實化。 【實施方式】 1 · 具有局開孔率之篩網材料 在習知薄膜沸騰密實化製程中，令人關心的問題是，與 習知技術相比邊緣處（表面或周邊）密實化之改善。為了解 決習知方法之此問題，在薄膜沸騰製程期間—般需要高功 率位準。 μ 舉例而言，為了密實化20”碳製動圓盤(密實化前沿基本 向上移動至製動圓盤表面），可在循環結束時需要大於7〇 W’ “使用直謝加熱該構件。降低此功率消耗 之-個方式係以物理方式對預成料實施隔離。缺而，對 預，隔離經常影響密實化之均—性。具體而言，如美 國專利第6,994,886號及美國專利第5,981，〇〇2號所揭示，用 隔離體（例如碳氈或PTFE紡織品 實化具有負面影響。 繞預成㈣可對中心密 如通常所知，藉由周圍沸騰液體 快速密實化。'亦即，預成型柱之中心係二、、梯度使得可 望密實化開始於預成型坯之 」取熱部分，因此期 標準等溫⑶製程(其需要耗時V中内：L。此可避免通常在 肀間機加工步驟以"重新 I34638.doc 200918482 開放材料之孔隙，以允許習知氣態前體滲透入預成型坯 、°構之内部）期間出現之表面封閉問題。

'、、、而此熱梯度未必能避免預成型坯中心之不充分密實 化其中涉及幾個參數，包括（但不限於）預成型坯材料之 熱性質、待密實化㈣中之孔隙分佈、渗透性、及最高溫 度在該等參I間必須找到較々子平衡卩達到最佳工業综合 j果’ μ的密實化循環、低功率消耗、均一密實化、及適 且預成型坯構造(此最後一個主要取決於構件之最終預期 :歹而5 ’改善密實化均"性之方式係降低製程溫度， {同日才引發的問題是此將增加循環時間。改善密實化均— 方式係改良預成型4，使得其在短的密實化循環 密實化程度方面達到最優化，但此未必達 =期望：途之最佳特徵…卜，由於每一翠獨預成型达 、以特疋方式改良’故單獨地改良每一預成 產複雜化。 =成型远圓盤用於般空製動的情況下，根據上文強 預成型㈣造對於薄料騰通常不是最優化。 與最優化預成型坯相比，”

Tit ^ 二預成型坯一般需要較低密 只化，皿度起始循環（意指 率，，坟道心長循％時間）’可能使用較高功 早最終導致較低體積密度。 據信添加隔離層（例如主 可/ '、，、σ人所熟知碳氈或PTFE紡織品） 可在預成型坯内部產生埶八 ^ ^ …刀佈平坦化,丨並降低前體至預成 型坯内部之轉移。該等參數_ 歡一者均與中心密實化有關。對 134638.doc -12- 200918482 於〔Τ:Ε.'方織σσ而言，織物之低渗透性會防正（或至少阻礙） f〜別體進人預成型&，由此顯著妨礙液態前體渗透入預 成型坯内部部分。舍汝接 1刀田沈積動力學保持於通常範圍中時，隨 後出現氣相物質嚴重置乏。一般而言，為了得到相同均一 性，通常使用PTFE時需要較低密實化溫度。結果是使密 實化循環時間增加。 當以所述習知方式使用魏時，對前體轉移之負面影響 不如使用PTFE紡織品那麼大 '然而，當功率增加以使得 密實化前沿向前移動時，有時碳&自身藉由感應場感應加 熱。結果，該碳畫毛亦變得密實化。當密實化開始純隔離 體内部時’下伏預成型述之孔隙就開始封閉，此使得當完 成循環時靠近魅之預成型述之某些區域未受到充分密實 化0 因此，本文提供一種藉由薄冑沸騰改善待密實化預成型 $之邊緣密實化且未影響中心密實化或增加循環時間之方 法。其中使用具有顯著大於習用PFTE纺織品之開放孔隙 率（例如，介於約30%與約60%之間）之篩網材料。因此， 本發明此樣態所用篩網之孔隙率儘管如此之高但當功率較 低時其不會干擾或以其它方式妨礙液態前體渗透或在密實 化開始時影響熱分佈。據信此時在密實化製程中，與無任 何隔離體之情形相比’具有該孔隙率之篩網對密實化無影 響，因此對於中心密實化而言條件仍係最優的。 另-方面’當密實化前沿靠近表面時，此方法之開放筛 網變為預成型坯與湍流液態前體之間之屏障。密實化前沿 134638.doc -13 - 200918482 丈到保邊’且可以較f知薄膜沸騰製程為低之功率將其向 前移動至表面處。 ' 1放篩肩材料較佳具有某些或所有下述特徵：在沸騰前 體中化學穩^;能财受密實化前沿到達待密實化材料表面 之溫度’因此隔離體仍然完好；足夠堅硬以在預成型坯與 隔離材料之間提供基本^之接觸；及可在預成型达加熱 係藉由電磁直接耦合完成時為電隔離。 下文所述實例係藉由薄膜沸騰密實化2〇"航空製動圓 盤，其中預成型达係藉由電磁直接耗合加熱。預成型述係 由碳纖維以已知方式製得，且液態高溫碳前體係環己烧。 薄膜沸騰一般根據下列任何一或多個案件使用彼等文件中 所述之相似盤形感應線圈來實施：美國專利第4,472,454 號、第 5,389，152號、第 5,397,595 號、帛 5,733,61 1 號、第 5,547,717號、第5,981，〇〇2號及第0，726,962號。該等文件 中之每一者之全部内容在所有允許以引用方式併入的場合 及法律允許範圍内皆以引用方式併入本文中。 本發明此樣態之實例係顯示於圖1中。圖1係欲使用薄膜 沸騰製程密實化之環形預成型述1〇〇之平面圖。環形預成 型坯100具有徑向内周及外周邊緣1〇〇a、l〇〇b(本文中有時 分別稱作内徑及外徑）。編織玻璃纖維材料丨02a、丨〇2b分 別纏繞於預成型述之内周及外周邊緣1 〇〇a、1 〇〇b。該玻璃 纖維材料可為（例如）編織玻璃纖維帶（0.007"厚，可自CST 購得）；或 Flexweave 1〇〇〇 帶（1/8"厚，可自 AVS Industries 購得）。 134638.doc 14· 200918482 將由（例如）開孔PTFE篩網i 04製得之兩個環形圓盤（僅一 個不於圖1之平面圖中）設定在環形預成型坯1〇〇之對置磨 損面（即，軸向面）上《環形PTFE_網圓盤104及玻璃纖維 π部分102a、102b彼此之間藉由（例如;)在環形預成型坯1〇〇 之内周及外周邊緣l〇〇a、1〇〇b之間纏繞若干圈線或紗1〇6 來保持。舉例而言，可使用可自AVS Industries購得之 AvSil Silica Yarn。完全作為舉例而言，ρτρΈ篩網圓盤ι〇4 具有50%之開孔率。適宜pTFE篩網材料之實例係可自 InterNet購得之ET87〇〇，該篩網具有各自具有6 (0.23 6")之主要尺寸及3 mm (〇118")之次要尺寸之開孔。 然後根據可自（例如）下列之一或多個中瞭解之薄膜沸騰 製程密實化製動圓盤：美國專利第4,472,454號、第 5’389’152 號、第 5,397,595 號、第 5,733,61 1 號、第 5,547,717號、第 5,981，002號及第 6,726,962號；及 PCT專利 申請案第 PCT/EP2007/058193、PCT/EP2007/058195、及 / 或PCT/EP2007/058197號，每一個之全部内容在所有允許 以引用方式併入的場合及法律允許範圍内皆以引用方式併 入本文中。 為了評價篩網之影響，記錄功率曲線並使用χ_射線斷層 攝影術掃描所得密實化圓盤。 圖2不意性地顯示如上述具有或不具開孔篩網隔離體之 預成型迷圓盤密實化後進行的χ_射線斷層攝影術掃描之結 果。圖中顯示每一圓盤之平面圖及相對於線Α-Β之對應剖 視圖。 134638.doc 15 200918482 圖2之右側係在機加工步驟後在磨損面上無任何隔離體 之經密實化預成型坯圓盤X之圖片。另外，在圖2之右側， 繪示了表面一部分之放大剖面圖A。所用最終功率位準為 180 kW。

圖2之左側係參考圖1使用本發明上述態樣之PTFE ί帛網 法、實化預成型坯圓盤100之圖片（但在χ_射線掃描前無常用 機加工步驟）。在圖2左側之剖面圖中，黑色矩形Β示意性 地指示經習知機加工步驟後之圓盤的近似橫截面輪廓，以 便與圖2右側之剖面圖相比。對於圓盤ι〇〇可使用l2〇 kw之 最終功率位準。 圖2顯示根據此方法在無篩網情況下密實化之圓盤χ之表 面仍有大部分未受到充分密實化（由相對淺灰色區表示）（離 表面超過5 ππη處之密度< 丨.3)。相比之下，使用筛網之圓 盤之密實化在很大程度已沿最終機加工尺寸完成（如剖 面圖中之黑色矩形B界定之區域所繪示另外，使用筛網 之圓盤1〇〇所用最大功率係120 kw，而另―圓盤χ使用18〇 請（即，比未使用篩網時多5〇%)。最後，徑向掃描⑼，平 面圖)顯示兩個圓盤之中部經適當密實化並相似。本文所 預期之筛網似乎不影響中心密實化，此不同於通常在製動 ®盤之磨損面上使用隔離層時之習知狀況。 -旦完成密實化循環’根據所選篩網材料之磨損及耐久 性，可多次再利用開孔篩網材料104。 初始研究表明大體如圖 固1 τ虛線圓110指示之預成型坯之 中值表面區可變得比根據此方法使用開孔篩網時所期望者 134638.doc 200918482 熱。此可在預成型坯密實化完成之前使預成型坯外面之液 態前體在此區域中產生不期望裂解。此加熱可能藉由在直 接耦合期間產生之加熱分佈而產生。亦即，由於預成型坯 之軸向厚度較預成型坯之徑向範圍相對較小，故直接耦人 在加熱預成型链之徑向邊緣之前可導致經加熱部分之^ 沿”到達預成型坯之軸向表面。

…一小吗頂成型坯軸向 磨損面上提供未經保護空隙係有意義的。舉例而言，代替 在預成型链之對置面提供開孔筛網材料之單一環形圓盤， 可提供具有不同直徑(因此其中間留有空隙)之第 二 獨立筛網環(未顯示)。此將使得密實化在預成型趣之此； 分處略受阻礙’以使密實化前沿沿徑向方向進—步延伸。 2.液體/氣體邊界隔離 改善密實化之另—方法係將預成 離或另外分離，尤其在密實化循環結束時。上= 成呈氣體彤々 — 盤（或其他物件）之表面形 密實化二(I對目穩定或平靜的前體層，在循環結束時 在實化别沿相對於液態前體 吋 盤表*約〗_至約5_鄰：=可藉由在距圓 構件來i幸忐 > 一由 在實化#分提供壁或板 放之埶 趙實化猶環結束時’由經密實化部八所釋 放之熱變得如此顯著以致於將液 ：實化一刀所釋 的後面(即，在壁之另一側)。此二體推離構件表面至壁 及氣體副產物組成）圍繞該構件層（由前體蒸氣 此軋體層的作用如同隔 134638.doc 200918482 離層’且可顯著降低構件表面之冷卻（當相對較冷液熊前 體接觸該構件時產生），因此密實化前沿可向前移動至更 靠近表面。 逋常涊為此現象（在此技術 、 、 — ^ ν ........μ—，郭（例如） 美國專利第5,389，152號中所論述）對密實化不利，乃因其 在密實化循環期間會在表面上產生熱點。該等熱點具有不 -緻密實化趨勢，並可導致預成型坯開孔閉塞及 Ο 相部分。然而’在密實化期間小心控制功率可避免此封閉 效應，同時仍獲得其他製造優點。 體=率在密實化第一階段期間仍相對較低，但液態前 ^圍繞預成型培（假定已針對給定過程設置適當地選擇 :趣與壁之間之空隙)。因此，不管是否提供壁，構 即，添加此方法中所=壁=面均沒 之壁配置不會影響中心密實化。 法與使用直接纏繞於圓盤周圍之 開孔_網材料)具有相似益處。舉例而▲ 如上述 全密實化構件所需之最大功率。::而；欲!:會降低完 心區之密實化無不利影響，且在欲密實化物：：化構件中 實化均-性得到相對改善。最後 :表面處之密 對構件本身進行特殊準備__相同的經程之前不需 備可用於複數個構件。此可在有效運二&的进實化設 達成節約時間及成本。 仃岔實化製程的同時 在此方法中涉及若干參數： 首先，在薄膜沸騰製程中，用 134638.doc '立壁之材料必須能在 200918482 化學及熱方面射香谦腺a 電磁耦w ^ 當待密實化物件係藉由直接 玻璃、PTFP 斤用材科還必須為非電導性材料。cno 敬增、PTFE、混凝+ - ^ 實例。 、及陶瓷材料係適於此應用之材料 再者，必帛保持 定。且體而上由土 田彳、土之間之物理分離恆 …體而一應盡可能地避免壁與預成 任何直接接觸。若發生接 衣間之 ^ 則用於密實化之材料可能會 此積於接觸點處，乃阳 加敎一 預成型坯(其藉由電磁耦合 加熱）加熱。具體而言， 可嗦籍$ 在壁與預成型坯之間的接觸點處 了沈積或另外積累密實化材 辟I化材科橋。此可損壞或甚至破壞 土 所沈積密實化材料之溫度超過壁材料之教阻（即 溫度容差）。可使用由科之，、、、阻(即 Βθ 亢展侍且设置於預成型坯盥壁之 間的間隔件（例如銷 /、壁之 距離。 肖千或棒）維持預成型趣表面與壁之間之

第二’該壁可為固體、在I ( 在母早位表面積上穿鑿有恆定數 Ο 里的孔或開口（即，—插諮 域中穿孔。 種師為或屏)、或其可僅在其特定區 〜第：，該壁可完全或部分地圍繞待密實化預成型场。若 沿所有方向圍繞預成型"(即，沿總成之外 ‘怨刖體進入預成型坯中。 —及 :文說明性實例係關於2〇”碳製動圓盤之預成型述之薄 門隔：密實化，其使用不同壁設計(材料、形狀、距離、 間&子）。本文所提及製動圓盤之特定直徑並非本發明之 134638.doc •19- 200918482 部分’但本發明亦可使用。 某些目標係改善表面密實化（即，在磨損面上）及/或降低 最終所需功率。當密實化前沿靠近圓盤表面區時，經機加 工圓盤之體積密度增大且磨損面似乎受到更均一性密實 化。實施X-射線斷層攝影術掃描以檢查中心密實化。 在下述配置中，視情況藉由常用及恆定頻率變化控制來 控制功率。（參見，例如，共同擁有之pCT專利申請案第 PCT/EP2007/058197號，其主張優先於2〇〇6年8月7日提出 申凊的美國臨時專利申請案第6〇/821，596號，該文件之全 部内容在所有允許以引用方式併入的場合及法律允許範圍 内以引用方式併入本文中。）藉由適宜控制所施加功率， 甚至可更好地控制氣阻現象之出現。 將預成型坯垂直地設定於兩個盤形感應線圈（在圖4B中 一般標記為400)之間。將壁配置為兩個大體平行的板 4〇2(其配置於預成型坯任一側）。參見，例如，圖从及 4B。板402係在此實例固體中（即，無穿孔或無開口）及由 G10、PTFE、或玻璃材料製得。對置板可藉由複數個沿板 4〇2周邊設置之固定件固定為彼此大體相互平行之配置。 舉例而言’可使用複數個帶螺紋的塑料棒4〇4使對應板4〇2 相互嗜合為呈所需大體平行配置。如上所述，提供間隔子 元件406。間隔子元件406可為（例如）突出穿過對應板4〇2至 預定範圍之螺釘或銷子或棒或類似物，目的係在預成型述 100'與對應板402之間維持期望距離。間隔子元件可為（例 如）陶竟或玻璃，且一般由任何適於耐受預期環境（關於溫 134638.doc -20· 200918482 度及存在經加熱液態前體）之材料製得。較佳應避免壁與 預成型枉表面間之接觸，乃因在接觸點處可能積累熱解沈 積物。 可視知況沿總成周邊提供篩網帶408(參見圖4Αχ其可由 PTFE師網製成），以進—步分離液態前體與本文所述之預 成型坯。 實驗表明壁與預成型坯表面之間之最大距離為約5 Γ Ο 麵’超過該距離時使用高達7() 之最大功率亦未觀 測到壁之作用。 在距預成型坯表面3 mm處，及在7〇 w/cm2下，藉由周 圍液體/蒸氣冷卻板仍足以允許使用製備壁（G⑺係所測 試之最低溫度等級材料）。 當預成型坯滑至模具内部（即，板4〇2之間）時，可在壁 構件表面上提供導向構件（例如經適當配置長形或棒構 件，未顯示）用作導軌。 最後以大體環形圖案提供複數個支持棒41 〇(由可忍耐 運作環境之材料(例如陶瓷)製得)以進-步支撐預成型坯 100’。複數個支持棒41G可部分地或基本完全地沿預成型述 100周邊延伸。在别一情形中，可相對於板術固定地安裝 支持棒410。在後—情形中，支持棒41〇可安裝於沿預成型 坯1 〇 〇 ’周邊纏繞之帶上並以習知方式分別固定於穩定基座 上。 應庄思，圖4A大致顯示玻璃纖維篩網帶或類似l〇2a、 102b之可選用途’如先前實例中所示（參見圖1)。在圖4八 134638.doc 200918482 顯示的實例中，亦可使用上述PTFE開孔筛網覆蓋預成型 坯之磨損面，如上文所述，即使此未明確地顯示於圖4A 中。最後，如先前所述使用紗106或類似物。 圖3顯示使用參考圖4A-4C所闡述方法時之某些效果。圖 3包括兩個圓盤之X-射線斷層攝影術掃描：圖右側係gi〇壁 被設定為距磨損表面5 mm之經密實化圓盤1〇〇ι ;且圖左側 . 係使用不採用板或壁構件之薄膜沸騰密實化之圓盤γ。 左剖視掃描（即，矩形剖面）顯示圓盤丫磨損表面上之未 ° 充分密實化區域。亦即，密實化前沿停止於距預成型坯邊 緣若干毫米處。 在圖3右側，使用相同條件（相同功率曲線及前體）但在 圓盤側面使用G10板總成密實化相似預成型坯1〇〇,,如參 考圖4A_4C所述。相比之下，此部分受到相對完全密實化 (即，直至非常接近磨損表面之點處）。徑向掃描（即，平面 圖）顯示兩個圓盤之中部經適當地密實化並且相似。 此’應瞭解’壁未改變中心密實化。 J 圖4C係上述總成變型體之側剖視圖，其中具_ 六'瓶頌不周邊 在板402a之間，402a係由無孔壁402b封閉。在此情带 - 為了使液態前體與預成型坯100"接觸，透過板4〇2&提^穿 孔或孔402c。當總成之周邊係以圖4C所示之方式封閉時 壁402a與預成型坯i〇〇，，磨損表面間之空隙〆 放之情形。 A於周邊係開 在未闡釋實例中，可將盤形感應線圈嵌入混凝土中 特定實例中，可將盤形感應線圈嵌入混 在 τ 该混凝土 134638.doc -22- 200918482 形成用於所揭示密實化製程之反應室之壁。在每一情形 下，嵌入盤形感應線圈之混凝土之表面均可起到類似於壁 402(或402a)之作用。 圖5及6係對應於圖4 a及4B所顧千^糸， ㈡λ汉w所顯不配置之透視圖及分解 圖，且相同元件採用相同編號。 3. CVD-輔助薄膜沸騰製程

改良藉由薄膜沸騰所獲得密實化之另一方法係在密實化 結束時將薄臈沸騰製程與CVD步驟組合起來。本文中此製 私稱作熱梯度化學蒸氣沈積（"TG—CVD”）。 在典型薄臈沸騰循環結束時必須建立極高功率位準。密 只化20奴製動圓盤（例如）可需要約7〇 w/cm2(即，較用於 密實化中心之初始功率位準高5至1〇倍）以將密實化前沿移 至距邊緣/表面2-10 mmi位置處。（此可取決於若干參 數，例如預成型坯自身構造及/或存在或缺乏隔離層。） 如上文說明，所需功率位準之此差別係由預成型坯周圍之 湍流沸騰液體所產生之強冷卻之結果。 一般而s ’此方法力圖在預成型坯之預定部分經常規薄 膜沸騰製程密實化後避免液態前體之冷卻作用。 圖7顯示概述於任何下列之一或多個中之已知薄膜沸騰 設備.美國專利第4,472,454號、第5,389,152號、第 5,397,595 號、第 5,733,61 1 號、第 5,547,717 號 '第 5,981，002號及第6,726,962號、及PCT專利中請案 PCT/EP2007/058193 、PCT/EP2007/058195 、及 / 或 PCT/EP2007/05 8197。反應室700中具有一空間，其中提供 134638.doc •23- 200918482 有盤形感應線圈7G2以感應加熱預成型述704。總而言之， 薄膜'弗騰反應室之功能至少在上述文件中已廣為熟知，因 此本文中省略了詳細說明，而僅對下述具體特徵加以闡 述。 在藉由膜彿騰達成預定密實化程度後，將薄膜沸騰反 應室700中之液態前體之位準7〇6a降低至位準706b，以暴 路預成型坯。（亦即，降低反應室中液態前體位準以使待 广 达、實化預成型迷不再浸入液態前體中。）然而，液態前體 並未完全排出且在反應室70〇中維持最低位準706b，其位 於待在'實化構件之下。 將邊所剩餘液態前體加熱至其沸點，該加熱藉由用於加 熱液體之獨立習知加熱系統（未顯示）（例如安裝於反應室 700底部之電阻元件）（始終在位準7〇6b之下）或當使用盤形 線圈702感應加熱預成型坯7〇4時藉由預成型坯自身來逹 成。在每一情形中，均由於受熱而使液態前體轉化為氣 t 相，該氣體物質可滲透入預成型坯704之孔中，以在其中 導緻密實化沈積。 藉由液態前體導致之冷卻作用遠遠低於TG-CVD中之情 形。雖然密實化動力學相對較低（即，較慢），但使用薄犋 沸騰可快速地密實化大部分預成型坯，而且由於使用Cvd 而使欲達到之最終最大功率降低。因此，邊緣密實化得到 改良。 TG-CVD之說明性實例： 下文對所設想TG-CVD工作實例加以闡述。如同本文所 134638.doc -24- 200918482 述之所有工作實例，所提及具體特徵僅意欲幫助說明本文 所Μ述技術方法，且不意欲暗示或排除對應於本文所揭示 基本概念之其他等效配置。 將預成型趣704配置於兩個大體平行的盤形感應線圈7〇2 之間。-般而t ’與待密實化部分接觸之組件必須能财受 高溫（例如，高達U0CTC)。舉例而言且不限於，可使用氧 化鋁陶瓷。 Γ 用液態前體（例如’環己燒）填充反應室700直至預成型 堪綱浸入i態前體中（例如，直至至少位準鳩&處）。此 後，藉由例如電磁直接福合將預成型述7〇4加熱至高於液 態前體裂解溫度之溫度(例如，對環己烧而言，介於約_ C與約1200°C之間）。 開始密實化並使用（例如）電力系統之頻率變化控制功率 (參見，例如，共同擁有的專利申請案PCT/Ep2〇〇7/〇58i97, 其主張優先於2GG6年8月7日中請之美國臨時專 〇 崎）以維持^密實化動力學（但頻率控制^ 製程切換至TG-CVD製程率達到預疋值’將薄膜彿騰 因：松實化自薄臈沸騰切換至TG-CVD之時刻取決於若干 因素，例如： 所：二可用功率可低於單獨藉由薄膜彿騰完成密實化 越2長經濟原因’因此在總循環時間(使謂儒 ’、“、實化循環將越長）與功率開支（使用薄膜彿騰越 134638.doc -25- 200918482 長’使用功率將更大）之間應進行權衡。 自薄膜沸騰切換至TG_CVD時，供給線圈之功率將會降 低並以已知方式提高或起始盤形線圈之水冷卻（例如 連接於線圈構件之水冷卻管）。將液態前體自反應 至位準706b，以暴露預成型坯7〇4。 在此方法之—個實例中，來自仍'然很熱的預成型趣704 之熱量使位於其下之液態前體氣化，以在反應室中產生液 態前體氣相。削4 ’根據頻率變化方法調節供至盤形線圈 之功率，但其具有較低設定點以獲得較低動力學從而 可使用TG-CVD完成密實化製程。 較佳地’使來自此製程階段之煙霧7〇8通過冷凝器(未顯 示）以便再循環廢氣中之冷凝組份。 在循環之薄膜沸騰部分期間，該製程由於周圍㈣㈣ 體而相對易於掌控。藉由蒸發液態前體冷卻反應室中的任 何物質且大多數反應器組件不必耐受特別高的溫度。 然而，當排出液態前體以開始TG_CVD時，必須採取某 些預防措施： 1 ·必須冷卻線圈。 2.反應之經暴露部分必須藉由熱屏障（以已知方式） 遮蔽或如盤形線圈一般經水冷卻。 般而5 ，在TG-CVD期間，反應室經暴露部分必 須耐受高達約1200。(：之溫度。 在圖7巾成型述懸浮於由陶兗或陶究/金屬混合物製 得之一種”吊床”或帶710中。舉例而言，複數個氧化紹棒 134638.doc -26- 200918482 ^、不連續金屬線（例如鶴或銅線）連接以形卜種支持 。由於此設計在預成料之τ留有不含任何支持構件之 工間，因而不會阻礙液態前❹之加熱/蒸發，故此 很有用。 為了防止預成型越接觸加熱線圈(欲避免之已知問題)， 可在預成型#與加熱線圈之間插人陶莞銷子或類似物（例 D ’突出於加熱熱線圈之鄰近線區之間）。亦可使用垂直 陶竞或玻璃棒保持預成型述與線圈間之間隙。此外，使用 其可有利於預成型堪在設備中之配置，其在圓盤自頂部滑 吊床1*用作導軌。顯不於圖4纽4B _之銷子彻之配置 可以彼實例中所闌述之方式施用於本文中。 反應室700顯然必須能維持密閉及適於CVD之内麗力。 另外’即使未明確地顯示於圖7中，但參考圖U所閣述 及"、員示之所有特徵均可用於TG-C VD中。 Ο 雖然上文參考了用以說明及解釋本發明之某些特定實例 了本毛明，但應瞭解，本發明並不因參考彼等實例之 具體細郎而受到限制。更具體而言，熟習此項技術者將易 於瞭解’可對較佳實施例實施修改及改進，此並不脫離由 隨附申請專利範圍界定之本發明之範圍。 【圖式簡單說明】 ，考隨附圖式可更清楚地瞭解本發明，其中： 系.、、員示至j部分地由開孔篩網材料覆蓋之欲密 物體之平面圖； 八、g知方式及以對應於圖1標題物之方式經受密 134638.doc •27- 200918482 實化的物體之X-射線斷層攝影術掃描之平面及刮面圖。

圖3顯示以習知方式及以對應於圖4八、4B、5及6之栌B 物的方式經受密實化之物體之X_射線斷層攝 ：: 面及剖面圖。 描之千 圖4A係本發明另一態樣之平面圖； 圖4 B係對應於圖4 A之標題物之側視圖； 圖4C係代表顯示於圖4B中之標題物之變型體之側剖面 圖； 圖5及6係對應於圖4八及扣中所顯示標題物之透視圖及 分解圖；及 圖7顯示本發明之另一態樣。 【主要元件符號說明】 402 平行板 404 帶螺紋的塑料棒 406 間隔子元件 100' 預成型坯 410 支持棒 100 環形預成型坯 100a 徑向内周邊緣 100b 徑向外周邊緣 102a 編織玻璃纖維材料 102b 編織玻璃纖維材料 圓盤） 104 開孔PTFE筛網（環形PTFE篩網 106 紗 134638.doc -28- 200918482 110 對應於預成型述軸向磨損面之虛線圓 400 盤形感應線圈 402a 板（壁） 402b 非多孔壁（板） 402c 穿孔或孔 100" 預成型坯 700 反應室 702 盤形感應線圈 704 預成型坯 706a 位準 706b 位準 708 煙霧 710 吊床或帶 134638.doc -29-

Claims (1)

1. 200918482 十、申請專利範圍： 1 · 一種密實化多孔基材之方法，其包含： 在一反應室中，將該多孔基材浸沒於一液態前體中， 以使該液態前體滲透至該多孔基材之孔中；及 感應加熱該經浸沒多孔基材至足以導致液態前體在該 基材孔内熱解及沈積一分解產物之溫度，以密實化該多 孔基材，

   在S亥多孔基材周圍提供屏障，該屏障經構造並配置為 允a午S亥液態如體與該多孔基材間存在一定接觸。 2. 如請求項1之方法，其中該屏障包含設置於該多孔基材 之一部分上之多孔篩網材料層。 3. 如請求項2之方法，其中該多孔篩網材料具有介於約3〇% 與約60%之間之開孔隙率。 4. 如凊求項2或3之方法，其中該多孔筛網材料係聚四氣乙 烯（”PTFE")_網材料。

   5.如請求項1至3中任—項之方法 該多孔基材之周邊邊緣。 其包含用隔離材料覆蓋 月长項5之方去’其中該多孔基材係具有徑向外周邊 邊緣及徑向内周邊邊緣之環形構件，且用隔離材料覆蓋 該多，基材之周邊邊緣包含用隔離材料覆蓋該環形構件 之該杈向外周及徑向内周邊緣。 7. 如請求項1-3中任一 孔基材之壁構件。 8. 如請求項7之方法， 項之方法’其中該屏障包含鄰近該多 其中該屏障包含位於該多孔基材辦 134638.doc 200918482 置側之兩個基本平行壁構件。 之周邊 9.如請求項8之方法，其中該兩個基本平行壁構件 對該液態前體係開放的。 10.如請求項8之方法 係封閉的且該兩個 穿其中形成之開口 ，其中該兩個基本平行壁構件之周邊 基本平行壁構件中之至少一者具有貫 11. 如凊求項1至3中任一項之方法 烴。 其中該液態前體包含

   12.如請求項1之方法，其中該分解產物包含碳。 13· 求項"之方法’其中該烴係選自由下列組成之群： 衣戊燒、環己烧、1 _己烯、汽油、T苯、甲基環己烧、 正己烷、煤油、加氫脫硫化煤油、笨、及其組合。 14. 如哨求項w中任一項之方法，纟中該液態前體含有有機 矽烷化合物。 15. 如叫求項14之方法，其中該有機矽烷化合物係選自由下 列組成之群：甲基三氯矽烷、二甲基二氣矽烷、甲基二 氣矽烷、及叁-正-甲基胺基矽烷。 16. 如清求項14之方法，其中該分解產物包含碳化矽及氮化 石夕。 17 如請卡te • |項1之方法’其中該液態前體係有機矽烷化合物 與煙之混合物^ 1 8 · 士 口言奢f石 16之方法，其中該分解產物係碳/碳化矽或碳/ 氮化石夕< —。 19 ·如請灰顶 喝1之方法，其中該多孔基材藉由感應加熱該經 134638.doc 200918482 浸沒多孔基材之步驟部分地密實化， 該方法進一步包含，在部分密實化該多孔基材後，降 低該反應室中之該液態前體位準以使該經部分密實化多 孔基材位於該液態前體之外，將該所剩餘液態前體加熱 至其氣化溫度，及在CVD密實化製程中使用該經氣化液 態前體以完成該經部分密實化多孔基材之密實化。 20. —種密實化多孔基材之方法，其包含： 在反應至中’將s亥多孔基材浸沒於液態前體中，使得 該液態前體滲透至該多孔基材之孔中；及 藉由感應加熱該多孔基材至足以導致液態前體在該基 材孔内熱解及沈積分解產物之溫度，以部分地密實化該 經浸沒多孔基材， 部分地密實化該多孔基材後，降低該反應室中之該液 態前體位準以將該部分經密實化多孔基材留在該液態前 體外， 將該剩餘液態前體加熱至其氣化溫度，及 在CVD密實化製程中藉由使用該經氣化液態前體以完 成該部分經密實化多孔基材之密實化。 21. —種使用液態基質前體密實化多孔基材之反應器，其包 含： 一反應室； 至少一個設置於該反應室中之感應線圈加熱總成·，及 屏障總成，其中接納待密實化多孔基材，該屏障總成 包含兩個基本平行的板，每一個板均配置為距其間所容 納的該多孔基材一大致恆定之距離。 134638.doc