專利名稱：纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的制作方法
末發(fā)明涉及一種新型的纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料，以及涉及它的生產(chǎn)方法和應(yīng)用。
用耐高溫的纖維和/或纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料已經(jīng)知道約10年了，并用于許多應(yīng)用場(chǎng)合，在這些應(yīng)用場(chǎng)合中，對(duì)材料設(shè)定了許多極高的要求，例如高的耐熱性以及同時(shí)具有高強(qiáng)度和高韌性。
纖維和/或纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料下文中簡(jiǎn)稱為CMC復(fù)合材料，它們可用于在高溫下需要耐熱性的各種應(yīng)用領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍不只是取決于復(fù)合材料的基質(zhì)結(jié)構(gòu)。只要復(fù)合材料的基質(zhì)由各種相組成，在CMC復(fù)合材料表面上的基質(zhì)結(jié)構(gòu)可能由于基質(zhì)相在較低溫度下熔融以及受到化學(xué)過程例如氧化過程的侵襲造成基質(zhì)相洗提而遭到破壞，其結(jié)果是，目前CMC復(fù)合材料的使用期限受到限制。如果CMC復(fù)合材料還受到機(jī)械磨損，那么這些問題變得更嚴(yán)重。在這個(gè)時(shí)候，新的基質(zhì)結(jié)晶總會(huì)釋放出來，它們可能在較低溫度下早已受到侵襲，并迅速解體。而且，在基質(zhì)結(jié)構(gòu)中由洗提掉的結(jié)晶產(chǎn)生的空隙提供了產(chǎn)生更高機(jī)械侵襲的機(jī)會(huì)。此外，有裂紋的基質(zhì)結(jié)構(gòu)也對(duì)機(jī)械負(fù)荷在CMC復(fù)合材料表面產(chǎn)生應(yīng)力起作用，因?yàn)樵谟辛鸭y的基質(zhì)情況下，在機(jī)械上基質(zhì)組分更容易從復(fù)合材料中抽出。
在機(jī)械負(fù)荷起重要作用的CMC復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域例如是CMC復(fù)合材料用作滑動(dòng)軸承組件和摩擦襯片，例如制動(dòng)片和閘襯片。首先，在摩擦襯片領(lǐng)域中，特別是碳纖維增強(qiáng)的碳基質(zhì)復(fù)合材料，即所謂的CFC復(fù)合材料已被應(yīng)用。但是，它們的缺點(diǎn)是材料的耐熱性差，這種材料耐氧化侵襲能力不夠高。所以，其間努力用更耐氧化的基質(zhì)來代替這種復(fù)合材料的碳基質(zhì)。在這一方面，特別是使用在更高得多的溫度(1500℃)下能耐氧化的SiC基質(zhì)，它可有另外的表面保護(hù)層或沒有另外的表面保護(hù)層，以致今天特別是使用碳纖維增強(qiáng)的SiC基質(zhì)復(fù)合材料(下文中稱為C/SiC復(fù)合材料)來生產(chǎn)摩擦襯片，例如制動(dòng)片和閘襯片。
在此期間，有許多種制造C/SiC復(fù)合材料的方法，特別是以使用它們作制動(dòng)系統(tǒng)組件為目的。因此，在DE 19710105和DE 19711829中公開了制造C/SiC復(fù)合材料的方法，其中有至少一碳層或固化的粘合劑層的纖維束與碳質(zhì)粘合劑混合，后者有另外的填充劑或沒有另外的填充劑，然后在混合物被碳化可能被石墨化以前將它們壓制和固化，最后用液體硅滲透。
在DE19749462中公開了一種制造C/SiC復(fù)合材料的改進(jìn)方法。在這種情況下，碳纖維的織物制成的預(yù)制件首先用樹脂滲透，然后固化。如已在其他方法中描述的，然后將這一方法生產(chǎn)的未加工材料碳化，然后用液體硅滲透。
迄今根據(jù)上述方法制造的所有C/SiC復(fù)合材料都有不均勻的基質(zhì)結(jié)構(gòu)，在DE19710105和DE19711829的方法的情況下，首先顯而易見的是，該基質(zhì)具有大的裂紋，它使復(fù)合材料的單個(gè)纖維和/或纖維束之間有通道。這是由碳纖維和生成的SiC基質(zhì)的明顯不同的熱膨脹系數(shù)引起的，由于這一結(jié)果，在硅化的樣品冷卻過程中，在基質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力，它通過裂紋而減弱(材料周刊(Werkstoffwoche)′98，第Ⅶ卷，第551頁)。而且，該基質(zhì)還有純碳和/或硅相，所以它沒有均勻的基質(zhì)組成。碳區(qū)域在較高的溫度負(fù)荷下氧化，也就是從復(fù)合材料中燃燒掉，而硅區(qū)域在大約1400℃下已熔融。所以，迄今還不能用這些方法得到適合在高溫下特別是還在機(jī)械負(fù)荷下經(jīng)受住永久熱負(fù)荷的C/SiC復(fù)合材料的基質(zhì)結(jié)構(gòu)。
同樣，根據(jù)DE19749462的方法制造的C/SiC復(fù)合材料也沒有均勻的基質(zhì)。在這一制造方法中，在碳化過程中，在基質(zhì)中已形成大的裂紋。然后這些裂紋在最后的硅化過程中被液體硅填滿，后者與碳基質(zhì)反應(yīng)生成SiC。但是，在基質(zhì)中的碳區(qū)域不完全轉(zhuǎn)化成SiC，因此在基質(zhì)中的裂紋結(jié)構(gòu)仍然存在。
因此，用這些用于制造C/SiC復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法，迄今還不能制造出硅相和碳相部分盡可能小以及盡可能沒有裂紋結(jié)構(gòu)或裂紋結(jié)構(gòu)在機(jī)械負(fù)荷產(chǎn)生應(yīng)力過程中沒有不好影響的C/SiC復(fù)合材料。雖然用另外的方法可得到有盡可能小的硅相和碳相部分的C/SiC復(fù)合材料。在DE19736560的方法中，將平均粒度至多為2微米的細(xì)粒部分和平均粒度為1.5-30微米的粗粒部分的碳化硅粉末與增強(qiáng)纖維混合，然后?；蜔Y(jié)。因?yàn)樵谶@一方法中，生產(chǎn)出有開孔的C/SiC復(fù)合材料，它隨后用可碳化的材料滲透，然后碳化，通常最后用液體硅滲透并硅化。這一制造方法的確達(dá)到改進(jìn)基質(zhì)的目的，但與其他方法相比，它的缺點(diǎn)是，甚至在第一次生成SiC基質(zhì)以后，仍需要用給予碳的材料進(jìn)一步的滲透步驟和隨后的硅化，其結(jié)果是已不能用這一方法經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)C/SiC復(fù)合材料。而且，用這一方法也沒有解決裂紋結(jié)構(gòu)問題。
所以，本發(fā)明在這一問題的基礎(chǔ)上使纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料可得到，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種復(fù)合材料有改進(jìn)的基質(zhì)，盡可能均勻的相組成，以及至多還有細(xì)小的裂紋結(jié)構(gòu)，并且這種復(fù)合材料可根據(jù)迄今已使用的方法來制造。
上述問題用權(quán)利要求1和28的表征部分來解決。
本發(fā)明的纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的特征在于，它含有由兩種有不同的平均纖維束長(zhǎng)度的不同部分組成的纖維束，這兩種纖維束部分在相對(duì)于纖維束長(zhǎng)度的復(fù)合材料的纖維束重量的總纖維束分布中用纖維束分布的最小值來區(qū)分開。
一方面，CMC復(fù)合材料含有這樣一纖維束部分，它比另一纖維束部分至少有大得多的平均纖維束長(zhǎng)度。
本發(fā)明的復(fù)合材料有纖維束、也就是單根纖維形成的束作為基質(zhì)的主要增強(qiáng)組分。另一方面，各單根纖維在復(fù)合材料中至多以這樣的程度存在，以致它們單根并不對(duì)顯著增強(qiáng)復(fù)合材料作出貢獻(xiàn)。
在本發(fā)明的復(fù)合材料中，有更長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度的纖維束部分的纖維束作用相當(dāng)于在CMC復(fù)合材料中纖維束的增強(qiáng)作用和增韌作用，正如CMC復(fù)合材料現(xiàn)有技術(shù)已知的。所以，這一纖維束部分在下文中稱為增強(qiáng)纖維束部分。
但是，至少由于短得多的平均纖維束長(zhǎng)度而與增強(qiáng)纖維束部分不同的第二種纖維束部分的作用是令人吃驚的。與增強(qiáng)纖維束部分不同，這一部分不僅有現(xiàn)有技術(shù)傳統(tǒng)意義中的增強(qiáng)作用。這種有較短平均纖維束長(zhǎng)度的纖維束部分在下文稱為基質(zhì)纖維束部分，它還影響CMC復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗a(chǎn)生均勻的基質(zhì)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是基質(zhì)中有較少和較小的裂紋以及基質(zhì)的不同物質(zhì)組分的均勻分布，以致與預(yù)期的相不同的其他相僅有很少在基質(zhì)組成中存在。
與增強(qiáng)纖維束部分的長(zhǎng)度和其他尺寸相比，由于基質(zhì)纖維束部分的長(zhǎng)度短得多，還可能有更小的纖維束厚度和高度，基質(zhì)纖維束有可能以很好的方式在增強(qiáng)纖維束的組織中自由排列，特別是可填充在增強(qiáng)纖維束之間的空間。這就使本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的密度增加以及使基質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更加均勻，因?yàn)樵诠杌郧氨绕裼涩F(xiàn)有技術(shù)已知的更細(xì)小得多的孔系遍及本發(fā)明的復(fù)合材料的纖維束骨架。此外，幾何學(xué)上更小的基質(zhì)纖維束還影響基質(zhì)中裂紋的形成，因?yàn)榛|(zhì)與基質(zhì)纖維束的連接不會(huì)在基質(zhì)中產(chǎn)生與增強(qiáng)纖維束連接相同的應(yīng)力。在這兩種情況下，基質(zhì)和纖維束之間的確有不同的熱膨脹系數(shù)，但是在基質(zhì)纖維束的情況下，由于纖維束/基質(zhì)體系的溫度變化，在基質(zhì)纖維束中也產(chǎn)生應(yīng)力，而在大的剛性增強(qiáng)纖維束的情況下，不產(chǎn)生這種應(yīng)力。因此，通過加入基質(zhì)纖維束減少了基質(zhì)中的應(yīng)力的數(shù)量，其結(jié)果是，本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的基質(zhì)有更少和更小裂紋的裂紋體系。這一效果由這一事實(shí)而增強(qiáng)，當(dāng)基質(zhì)與纖維束反應(yīng)時(shí)，特別是有較小尺寸的基質(zhì)纖維束受侵襲時(shí)，其結(jié)果它們失去一些物質(zhì)，以致剩余的較少的物質(zhì)可容納由纖維束和基質(zhì)的不同熱膨脹產(chǎn)生的更高程度的應(yīng)力。
此外，本發(fā)明還涉及制造纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的方法，其中兩種有不同平均纖維束長(zhǎng)度的不同纖維束部分-增強(qiáng)纖維束部分和基質(zhì)纖維束部分-在制造方法中用作基礎(chǔ)材料，以及這兩種纖維束部分通過在該制造方法中使用的復(fù)合材料的纖維束重量相對(duì)于纖維束長(zhǎng)度的總纖維束分布中基質(zhì)纖維束部分和增強(qiáng)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度之間纖維束分布的最小值來區(qū)分開。
本發(fā)明的特征在于，迄今已知的制造CMC復(fù)合材料的方法都可用制造本發(fā)明的復(fù)合材料，如上所述如果在復(fù)合材料的制造過程中用增強(qiáng)纖維束部分和基質(zhì)纖維束部分代替單一的纖維和纖維束部分的話。用這一方法，僅由于改變了原料就能制造本發(fā)明的CMC復(fù)合材料，除非迄今現(xiàn)有的制造方法的其他已知優(yōu)點(diǎn)不存在了。
本發(fā)明的CMC復(fù)合材料含有的纖維束或用于本發(fā)明制造CMC復(fù)合材料的方法的纖維束最好有保護(hù)層，以便防止它們?cè)谂c基質(zhì)體系反應(yīng)過程中受到太強(qiáng)烈的侵襲，以致它們不會(huì)喪失它們的增強(qiáng)性能。結(jié)合在本發(fā)明的CMC復(fù)合材料中的纖維束的另一改進(jìn)的保護(hù)作用可用幾種可能不同的相互重疊的保護(hù)層來達(dá)到。優(yōu)選使用的保護(hù)層由碳、石墨、熱解碳、TiC、TiN、SiC、二硼化鈦、二硼化鋯、二硼化鉿、基于Si、B、C、N的化合物及其組合物組成。另外的纖維束保護(hù)作用可通過在制造過程中用至少一層可熱解的粘合劑涂覆所用的纖維束然后將它固化來達(dá)到。特別是，用這一方法涂覆的纖維束也可用于本發(fā)明的制造方法。在本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的制造過程中將保護(hù)層熱解。
所有耐高溫的纖維，特別是碳纖維、石墨纖維、SiC纖維、氧化鋁纖維、Al2O3·SiO2纖維、Al2O3·SiO2-B2O3纖維、碳化型纖維素纖維、木纖維和其他有機(jī)纖維以及基于含Si、C、B、N、Al的化合物的極耐高溫的纖維都可用來增強(qiáng)本發(fā)明的CMC復(fù)合材料以及用于本發(fā)明的制造方法。同樣，毫微纖維、金屬須和毫微管也可代替纖維束中所含的纖維用于增強(qiáng)CMC復(fù)合材料和用于它們的制造中。
本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的陶瓷基質(zhì)優(yōu)選有碳、硅、硼、鋁、鋯中至少一種物質(zhì)和/或碳化硅、氮化硅、氧化硅、氮化硼、碳化硼、SiBCN、Al2O3、ZrO2、TiC、硅化鐵和其他硅化物中的合金以及玻璃陶瓷的至少一相。特別優(yōu)選的是，本發(fā)明的復(fù)合材料有由幾乎僅一種上述物質(zhì)和合金和僅很少數(shù)量相鄰主相的化合物區(qū)域組成的基質(zhì)。這就意味著，對(duì)于作為基質(zhì)的合金來說，僅有小部分的單個(gè)合金組分相在基質(zhì)中存在。此外，本發(fā)明CMC復(fù)合材料的陶瓷基質(zhì)還可含有鐵、鉻、鈦、鉬、鎳或鋁。
今天已用于有大量需求的技術(shù)目的的CMC復(fù)合材料優(yōu)選含有碳纖維和石墨纖維，因?yàn)樗鼈兛砂瓷虡I(yè)規(guī)模獲得。它們絕大部分由潘恩(PAN)纖維、瀝青纖維、中間相瀝青、粘膠纖維、酚醛纖維、聚苯纖維和中空纖維熱解來制造。所以，本發(fā)明的CMC復(fù)合材料也優(yōu)選用碳纖維束或石墨纖維束增強(qiáng)，而碳纖維束和石墨纖維束優(yōu)選用于本發(fā)明的制造方法。
本發(fā)明的CMC復(fù)合材料顯示出作為C/SiC復(fù)合材料的特別明顯的性質(zhì)，也就是說，這些復(fù)合材料其陶瓷基質(zhì)基本上含硅、碳和碳化硅相。
制造用于本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的纖維束部分有各種可能方法。一種可能方法是將有保護(hù)層或沒有保護(hù)層的新鮮纖維束在切割單元中切割到預(yù)定的長(zhǎng)度。在這種情況下，差不多將復(fù)合材料中可構(gòu)成不連續(xù)纖維長(zhǎng)度的纖維束的長(zhǎng)度分布放在一起。在這種情況下以及在其他情況下，有可能構(gòu)成不同纖維束部分的基質(zhì)纖維束部分和/或增強(qiáng)纖維束部分。但是，本發(fā)明的特征是，兩部分的平均纖維束長(zhǎng)度彼此明顯不同。
制造單個(gè)纖維束部分的纖維束的另一方法是，用粉碎和/或研磨過程將已含有制造本發(fā)明CMC復(fù)合材料所需的纖維束的復(fù)合材料轉(zhuǎn)變成一種研磨料，然后研磨料具有由經(jīng)破壞的不同長(zhǎng)度的復(fù)合材料得到纖維束作為組分。然后可用分級(jí)的方法，例如篩分將研磨料單個(gè)纖維束分成有不同的尺寸的，特別是有不同的纖維束長(zhǎng)度單個(gè)纖維束部分。然后，可將用這一方法制造的有不同長(zhǎng)度分布的纖維束部分用作制造本發(fā)明的復(fù)合材料的基質(zhì)纖維束部分和/或增強(qiáng)纖維束部分。研磨料分級(jí)以后，特別是篩分以后，單個(gè)纖維束部分除了含有規(guī)定纖維束長(zhǎng)度的纖維束以外還含有過長(zhǎng)的纖維束部分，也就是說該纖維束的纖維束長(zhǎng)度比所希望部分的要長(zhǎng)得多，因?yàn)檫@些有合適截面的纖維束在一定程度甚至例如可縱向穿過篩孔。因?yàn)檫@些過長(zhǎng)的纖維束對(duì)制造本發(fā)明的CMC復(fù)合材料沒有任何明顯的影響，所以在本發(fā)明的制造方法中可將它們加入。因此，本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的纖維束分布除基質(zhì)纖維束部分和增強(qiáng)纖維束部分外還有較少部分過長(zhǎng)的纖維束。
本發(fā)明的CMC復(fù)合材料本身的特點(diǎn)是與現(xiàn)有技術(shù)的CMC復(fù)合材料不同的復(fù)合材料中所含的纖維束的幾何尺寸分布的特殊選擇。同樣，本發(fā)明的制造方法按那樣的方式改進(jìn)了CMC復(fù)合材料的制造，以致用于該方法的纖維束的幾何尺寸分布經(jīng)過選擇。
這些經(jīng)選擇的分布在下文中和在權(quán)利要求書中用所謂的纖維束分布來描述。在下文中，通過它了解相對(duì)于纖維束長(zhǎng)度的纖維束重量分布，也就是說，可從這一分布中得出，某纖維束長(zhǎng)度的纖維束重量分別有某纖維束長(zhǎng)度的纖維束相對(duì)纖維束總重的重量分?jǐn)?shù)。
本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的纖維束分布以及有關(guān)的制造方法，簡(jiǎn)言之本發(fā)明的纖維束分布特別是有以下特點(diǎn)增強(qiáng)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度通常為4-20毫米、優(yōu)選5-16毫米、特別優(yōu)選6-12毫米。增強(qiáng)纖維束部分的纖維束長(zhǎng)度分布的最大半寬通常為0.01-15毫米、優(yōu)選0.1-12毫米、特別優(yōu)選1-8毫米。
基質(zhì)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度通常為0.2-5毫米、優(yōu)選0.5-4毫米、特別優(yōu)選1-3.5毫米?；|(zhì)纖維束部分的纖維束長(zhǎng)度分布的最大半寬通常為0.01-5毫米、優(yōu)選0.1-4毫米、特別優(yōu)選1-3.5毫米。
增強(qiáng)纖維束部分的平均纖維束寬度通常為0.02-5毫米、優(yōu)選0.1-3毫米、特別優(yōu)選0.5-2毫米。增強(qiáng)纖維束部分的纖維束寬度分布的最大半寬通常為0.05-10毫米、優(yōu)選0.1-7毫米、特別優(yōu)選0.5-3毫米。
基質(zhì)纖維束部分的平均纖維束寬度通常為0.02-2毫米、優(yōu)選0.1-1毫米、特別優(yōu)選0.3-0.7毫米?；|(zhì)纖維束部分的纖維束寬度分布的最大半寬通常為0.05-3毫米、優(yōu)選0.1-2毫米、特別優(yōu)選0.5-1.5毫米。
增強(qiáng)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度與基質(zhì)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度的比通常為1.5-10、優(yōu)選1.8-7、特別優(yōu)選2.1-5。
增強(qiáng)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度與平均纖維束寬度的比通常為2-500、優(yōu)選3-100、特別優(yōu)選4-20。
基質(zhì)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度與平均纖維束寬度的比通常為2-500、優(yōu)選3-100、特別優(yōu)選4-20。
常用它來描述纖維束的幾何尺寸的另一數(shù)量是纖維束的長(zhǎng)度/寬度/高度比(L/W/H比)，其中考慮了纖維束的三個(gè)幾何尺寸纖維束的長(zhǎng)度、纖維束的寬度和纖維束的高度。在這里纖維束長(zhǎng)度首先用纖維束寬度除，然后用纖維束高度除。
對(duì)于本發(fā)明的纖維束分布來說，以下的描述可構(gòu)成這一纖維束分布。增強(qiáng)纖維束部分的平均長(zhǎng)度/寬度/高度比通常為2-50000、優(yōu)選5-2000、特別優(yōu)選10-100，而基質(zhì)纖維束部分的平均長(zhǎng)度/寬度/高度比通常為2-50000、優(yōu)選10-5000、特別優(yōu)選30-500。
而且，本發(fā)明的纖維束分布的特征在于，基質(zhì)纖維束部分的重量與纖維束總重的比通常為0.1-0.8、優(yōu)選0.2-0.5、特別優(yōu)選0.27-0.33。
本發(fā)明制造CMC復(fù)合材料的制造方法其中包括所有現(xiàn)有技術(shù)已知用于制造CMC復(fù)合材料的方法，就用于制造的纖維束說來，它具有本發(fā)明的纖維束分布。
優(yōu)選的制造方法的變通方案包括以下的，例如在DE19749462中公開的方法，第一步將兩種不同的纖維束部分混合，然后壓制，隨后用聚合物，特別是可熱解的聚合物浸透用這一方法制造的模制材料體。在這個(gè)時(shí)候，另外的填充劑也可與聚合物一起浸透。
但是，在本發(fā)明大部分制造方法中，在混合過程中將兩種不同的纖維束部分加到制造復(fù)合材料的其他組分中。在混合過程中優(yōu)選將兩種不同的纖維束部分與至少一種可碳化的粘合劑混合?？杉尤肓硗獾牟牧献鳛樘畛鋭?，特別是碳顆粒、炭黑、焦炭、石墨、硅、碳化物、氮化物、硅化鐵和其他硅化物以及硼化物。此外，在混合過程中，還可加入其他粘合劑，例如聚乙烯醇、甲基纖維素、乙基纖維素和丁基纖維素粘合劑。
在可碳化的粘合劑中，優(yōu)選使用樹脂類和瀝青類粘合劑。在樹脂類中，特別使用熱塑性樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚亞酰胺樹脂、氰酸酯樹脂和環(huán)氧樹脂。特別使用固體和液體瀝青、中間相瀝青、煤焦油瀝青和石油瀝青作為瀝青樹脂。但是，也可使用聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷、單糖化物和多糖化物、聚烯丙基碳化亞二胺、油和焦油作為可碳化粘合劑。
加入混合過程的纖維束的重量百分?jǐn)?shù)通常為混合物總重的50-99％、優(yōu)選60-90％、特別優(yōu)選65-80％。
加入混合過程的增強(qiáng)纖維束的重量百分?jǐn)?shù)通常為混合物總重的20-80％、優(yōu)選35-65％、特別優(yōu)選42-55％。
加入混合過程的基質(zhì)纖維束的重量百分?jǐn)?shù)通常為混合物總重的10-40％、優(yōu)選15-35％、特別優(yōu)選20-30％。
由混合步驟得到的混合物大多數(shù)隨后被壓制。這一壓制優(yōu)選在模沖壓機(jī)、各向均壓機(jī)、連續(xù)鑄壓機(jī)、活塞壓機(jī)或擠塑機(jī)例如雙螺桿擠塑機(jī)中進(jìn)行。此時(shí)，有壓實(shí)過程知識(shí)的專業(yè)人員這樣調(diào)節(jié)作用在混合物上的壓力，以致在制造方法結(jié)束時(shí)，他可得到本發(fā)明的CMC復(fù)合材料。這一混合物的壓制優(yōu)選在升溫下進(jìn)行，如果樹脂作為粘合劑在混合物中存在，特別優(yōu)選在樹脂粘合劑的固化溫度以上的溫度下進(jìn)行。但是，也可使壓制模制的材料體隨后僅進(jìn)行回火過程處理。因此，用樹脂作為粘合劑時(shí)，也可將壓制后的模制材料體在樹脂粘合劑的固化溫度以上進(jìn)行回火過程，以便通過它使模制材料體固化。
就本發(fā)明制造CMC復(fù)合材料的制造方法來說，其基質(zhì)含有碳和/或碳化物，例如C/SiC復(fù)合材料，粘合劑大多數(shù)在進(jìn)一步的工藝步驟中碳化。
此外，本發(fā)明的制造方法還可包括以下工藝步驟，其中可碳化的物質(zhì)通過一次或幾次CVI過程或浸漬到要制造的復(fù)合材料產(chǎn)生孔系中，隨后將制造的復(fù)合材料進(jìn)行碳化步驟。如果要制造基質(zhì)含有碳和/或碳化物的CMC復(fù)合材料或者在制造過程中要壓制的話，優(yōu)選使用這些工藝步驟。
上述復(fù)合材料的碳化步驟后可接著使經(jīng)碳化的固化產(chǎn)物在2000℃以上的溫度下石墨化作為下一工藝步驟。
本發(fā)明制造其基質(zhì)還含有硅和/或硅化物的CMC復(fù)合材料，例如C/SiC復(fù)合材料的制造方法優(yōu)選包括這樣一最后的工藝步驟，在這一工藝步驟中進(jìn)行硅化。這最后的硅化可通過以下方法進(jìn)行液體硅或選自鐵、鉻、鈦、鉬、鎳和鋁的硅化物的硅合金浸漬，或硅、碳化硅或其他硅化合物的CVI沉積。
本發(fā)明制造SiC基質(zhì)復(fù)合材料例如C/SiC復(fù)合材料的制造方法的另一實(shí)施方案為DE19736560中公開的方法，但是使用的纖維束部分有本發(fā)明的纖維束分布。
在這些制造方法中，纖維束首先與碳粉末和/或碳化硅粉末和/或二硅化鉬粉末和/或碳化硼粉末和/或氮化硼粉末和/或氮化鋁粉末和/或碳化鈦粉末混合。而且，也可將溶劑加到混合物中。混合以后，然后按上述工藝步驟將混合物壓制。壓制后將形成的模制的材料體燒結(jié)，然后用可碳化的物質(zhì)浸漬，并碳化。最后，在這里也可進(jìn)行上述的硅化步驟。
本發(fā)明的CMC復(fù)合材料特別適用于有大的溫度應(yīng)力的場(chǎng)合，也就是說，例如用作燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件，例如渦輪機(jī)葉輪、渦輪部件、噴嘴及其部件、熱燃?xì)夤?、測(cè)量探針、探針套管；航天器和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)組件；熱屏蔽板；鏡、天線和反射板的承載組件；火箭組件；爐條和換熱器組件。但是，本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的優(yōu)選應(yīng)用范圍是機(jī)械負(fù)荷還加在大的溫度應(yīng)力的那些應(yīng)用場(chǎng)合。這樣的應(yīng)用的例子是摩擦材料，例如軌道車輛和汽車的制動(dòng)片和閘襯片以及滑動(dòng)軸承組件和滑動(dòng)元件。
附1作為例子表示本發(fā)明CMC復(fù)合材料的總纖維束分布1。在這里，給出基質(zhì)纖維束部分的纖維束分布2和增強(qiáng)纖維束部分的纖維束分布3之間的差別，由纖維束分布2和3的總和得到總纖維束分布。可以清楚地看出，基質(zhì)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度4與增強(qiáng)纖維束部分的平均纖維束長(zhǎng)度5明顯不同，其結(jié)果總的纖維束分布1在平均纖維束長(zhǎng)度4和5之間有最小值6。此外，單個(gè)纖維束部分的纖維束分布尤其是可用基質(zhì)纖維束部分7和增強(qiáng)纖維束部分8的單個(gè)纖維束分布的最大半寬來表征。
圖2表示本發(fā)明的另一CMC復(fù)合材料的總纖維束分布1。這一纖維束分布本身的特點(diǎn)在于，基質(zhì)纖維束部分的纖維束分布2與增強(qiáng)纖維束部分的纖維束分布3同樣分別有很小的最大半寬7和8。由此結(jié)果得到，在總的纖維束分布1中出現(xiàn)一間隙9。例如，如果在CMC復(fù)合材料制造方法中使用的纖維束為切割成預(yù)定長(zhǎng)度的兩種纖維束部分，那么這里所示的纖維束分布就存在。
圖3表示一種篩分部分的總纖維束分布10，例如如果含有碳纖維束的復(fù)合材料被研磨，并在篩板中將研磨料分離成單個(gè)篩分部分，結(jié)果就是這樣。在篩分過程中，通過篩子不僅得到打算用作這一纖維部分有纖維束分布11的纖維束，而且還有可能某一部分很長(zhǎng)的纖維束縱向通過篩孔，只要該纖維束的截面能通過。由此，在每一篩分部分中都有一部分過長(zhǎng)的纖維束，它的分布12在圖3中在實(shí)際篩分部分的分布11上表示。分布11和12加起來得到篩分部長(zhǎng)的總纖維束分布10。但是，篩分部分的最大半寬13不受過長(zhǎng)纖維束部分的影響。
圖4表示本發(fā)明另一CMC復(fù)合材料的總纖維束分布1。在這一實(shí)施例中，復(fù)合材料的纖維束由若干單個(gè)篩分部分組成?；|(zhì)纖維束部分由一個(gè)篩分部分組成，其纖維束分布2也有額外的過長(zhǎng)纖維束部分16。在這一實(shí)施例中，增強(qiáng)的纖維束部分由兩個(gè)篩分部分組成，它們的纖維束分布14和14′分別在圖4中表示。由此，在單個(gè)篩分部分的平均值15和15′之間，總的纖維束分布1在增強(qiáng)纖維束部分的范圍內(nèi)有小的最小值19。但是，這要比基質(zhì)纖維束部分和增強(qiáng)纖維束部分之間的總纖維束分布的最小值6差得多。由于兩種篩分部分的增強(qiáng)纖維束部分的組合，增強(qiáng)纖維束的纖維束分布比基質(zhì)纖維束分布的最大半寬7有大得多的最大半寬8。此外，在這一分布中，另一特征是，單個(gè)篩分部分的過長(zhǎng)纖維束部分，也就是說基質(zhì)纖維束的過長(zhǎng)纖維束部分16與增強(qiáng)纖維束的單個(gè)篩分部分的過長(zhǎng)纖維束部分17和17′加起來得到復(fù)合材料中過長(zhǎng)纖維束的總纖維束分布18。
圖5圖示現(xiàn)有技術(shù)的CMC復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，例如它可在顯微照片中觀測(cè)到。首先，表示在復(fù)合材料中的纖維束20、20′、20″和20_，在這一實(shí)施例中為了簡(jiǎn)化，它們按一個(gè)方向排列，但是一般來說它們也可彼此有其他位置。此外，這一區(qū)域的其余部分表示復(fù)合材料的陶瓷基質(zhì)24。這一基質(zhì)有通過它的寬的裂紋，例如22、22′、22″、22_和22″″，它有從一纖維束到另一纖維束的通道，這些裂紋大多數(shù)是在復(fù)合材料制造以后的冷卻過程中產(chǎn)生的，但它們也可由材料上大的熱應(yīng)力產(chǎn)生。正如上面已解釋的，產(chǎn)生裂紋的原因是纖維束和基質(zhì)不同的熱膨脹性質(zhì)，在熱負(fù)荷的情況下，它在基質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力，然后通過產(chǎn)生裂紋將這一應(yīng)力釋放。
圖6圖示表示本發(fā)明的CMC復(fù)合材料對(duì)應(yīng)于圖5的結(jié)構(gòu)，例如它可在顯微照片中觀測(cè)到。與圖5中的實(shí)施例相比，可以看出，一部分增強(qiáng)纖維束20、20′已被更短的、大多數(shù)還更薄的基質(zhì)纖維束21、21′、22″、22_、22″″代替。盡管增強(qiáng)纖維束按一個(gè)方向排列，但更短的基質(zhì)纖維束可在增強(qiáng)纖維束之間按任何方向排列。發(fā)現(xiàn)另一主要差別是，本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的基質(zhì)24有完全不同的裂紋結(jié)構(gòu)。在基質(zhì)中僅找到較少的小得多的裂紋21、21′、21″、21_、21″″，如與圖5表示的現(xiàn)有技術(shù)的相應(yīng)CMC復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)有的裂紋相比。而且，例如裂紋23、23″″未顯示出象在圖5的結(jié)構(gòu)中顯示的在增強(qiáng)纖維束之間那樣均勻排列。此外，還可觀測(cè)到一部分裂紋例如裂紋23″″沒有從一纖維束到另一纖維束的通道，而由纖維束產(chǎn)生的裂紋例如21″″在基質(zhì)中終止。正如上面已討論的，因?yàn)檫@種裂紋結(jié)構(gòu)形成，在本發(fā)明的CMC復(fù)合材料上有熱負(fù)荷的情況下，由纖維束和基質(zhì)的不同熱膨脹性質(zhì)產(chǎn)生的應(yīng)力不僅在基質(zhì)本身中出現(xiàn)，而且也在基質(zhì)纖維束中出現(xiàn)。此外，在基質(zhì)體系中貯存的較低應(yīng)力能導(dǎo)致只能一部分貯存的能量通過裂紋來減少。為此，通常還減小了裂紋的尺寸和裂紋在基質(zhì)本身中終止。
實(shí)施例在下文中，本發(fā)明的CMC復(fù)合材料和與它們有關(guān)的改進(jìn)可以C/SiC復(fù)合材料作例證來表示。在這方面，C/SiC復(fù)合材料僅僅是本發(fā)明的CMC復(fù)合材料的一個(gè)例子。根據(jù)上述說明，用其他CMC復(fù)合材料也可觀測(cè)到類似的結(jié)果。
在這些實(shí)施例中，按照公布的專利申請(qǐng)書DE19710105中公開的方法，在增強(qiáng)纖維束部分和基質(zhì)纖維束部分基礎(chǔ)上制造的本發(fā)明C/SiC復(fù)合材料將與相應(yīng)的但僅有一種纖維束部分的C/SiC復(fù)合材料比較。
實(shí)施例的樣品含有以下纖維束組分
表1實(shí)施例的纖維束部分的組成
在這些樣品中使用的纖維束部分在這里有以下纖維束厚度表2實(shí)施例的單個(gè)纖維束部分的尺寸
實(shí)施例的所有7個(gè)樣品制造如下首先由3K碳纖維束(3000單長(zhǎng)絲)制造預(yù)浸漬體，所以所用的碳纖維在PAN纖維的基礎(chǔ)上制造。為此，將纖維束交織成斜紋織物，隨后將該織物在酚醛樹脂(可溶酚醛樹脂型)中飽和，然后在兩側(cè)貼上隔離紙。此后，將樹脂浸漬的織物加熱到130℃，以便形成一定厚度的預(yù)浸漬體。
隨后，將預(yù)浸漬體板放在其他預(yù)浸漬體板上面，并壓制成壓制品。然后將它在900℃下烘烤，在400-600℃范圍的加熱曲線的斜率為5℃/分。然后將用這一方法制得的CFC材料體首先用軟化點(diǎn)為60℃的煤焦油瀝青連續(xù)浸漬3次，然后再在900℃下烘烤，以便使它進(jìn)一步致密。
然后將用這一方法制得的CFC材料體首先在顎式破碎機(jī)(制造商Alpine Hosokawa)中破碎，然后在切削碎機(jī)(制造商Alpine Hosokawa)中切成纖維束。最后將纖維束在手搖篩選設(shè)備(制造商Allgaier)中分級(jí)成單個(gè)纖維束部分，此時(shí)，按照ISO 9044，篩底(篩面積1.15米2)有0.5毫米、1毫米、2毫米、3毫米、4毫米和6毫米的暢通篩孔。由于這一篩分程序的結(jié)果，制得上述纖維束部分，此時(shí)在每一情況下±符號(hào)后面的數(shù)值表示單一部分的最大半寬，它是由單個(gè)纖維束部分的纖維束重量相對(duì)于纖維束長(zhǎng)度和纖維束寬度的纖維束分布推測(cè)出來的。
此后，每一樣品在Z型槳葉捏合機(jī)(制造商Werner & Pfleiderer)中生產(chǎn)由70％上述組成的纖維束總重、21％酚醛樹脂(可溶酚醛樹脂型)總重作為粘合劑和9％煤焦油瀝青總重(軟化點(diǎn)230℃)組成的混合物。隨后，將混合物在沖模壓機(jī)中、在比壓12千帕/厘米2和溫度130℃下壓制。接著樣品在900℃下在惰性氣體中碳化和在2000℃下石墨化24小時(shí)。最后，在1700℃和在真空中用液體硅滲透，提供樣品重量1.5倍的硅，其結(jié)果產(chǎn)生樣品基質(zhì)的SiC結(jié)構(gòu)。
當(dāng)在光學(xué)顯微鏡中觀測(cè)上述樣品的拋光部分時(shí)，可清楚地看出樣品基質(zhì)的差別，這取決于它們是否含有基質(zhì)纖維束部分。觀測(cè)到的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖5和6中的圖示。雖然僅含有增強(qiáng)纖維束部分的樣品在基質(zhì)中有相當(dāng)大數(shù)量的大裂紋，這些裂紋具有從纖維束到纖維束的通道，但本發(fā)明的C/SiC樣品的結(jié)構(gòu)僅有較少數(shù)量的細(xì)裂紋，此時(shí)部分從基質(zhì)纖織束開始的裂紋在基質(zhì)中終止。
借助在表3中給出的樣品密度還可看出本發(fā)明的C/SiC樣品有不同的和更大的密度。
而且，在表3中給出樣品所含的單個(gè)硅相、碳相和SiC相的相重量百分?jǐn)?shù)?？梢钥闯?，在本發(fā)明的C/SiC樣品中硅相和碳相的百分?jǐn)?shù)明顯下降，它是使用這些材料得到明顯改進(jìn)的可能性。由此認(rèn)為，大部分碳部分由碳纖維束產(chǎn)生。這樣的材料特別適用于有機(jī)械負(fù)荷的應(yīng)用場(chǎng)合，例如摩擦襯片。用這樣的材料已得到很好的結(jié)果，尤其是用作制動(dòng)片。
表3樣品的密度和重量百分組成
權(quán)利要求
1．一種用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，復(fù)合材料含有兩種有不同平均纖維束長(zhǎng)度(4，5)的不同纖維束部分(20，21)-增強(qiáng)纖維束部分(20)和基質(zhì)纖維束部分(21)，它們?cè)谙鄬?duì)于纖維束長(zhǎng)度的總纖維束分布(1)中用最小值(6)區(qū)分開。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，在復(fù)合材料中所含的至少一部分纖維束(20，21)至少部分有至少一層保護(hù)層。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，纖維束(20，21)中的纖維為選自碳纖維、石墨纖維、SiC纖維、氧化鋁纖維、Al2O3SiO2纖維、Al2O3SiO2B2O3纖維、碳化型纖維素纖維、木纖維和其他有機(jī)纖維以及基于含Si、C、B、N、Al的化合物的高度耐溫纖維的纖維。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，在復(fù)合材料中所含的毫微纖維、金屬須和/或毫微管完全地或部分地代替纖維束(20，21)中所含的纖維。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，陶瓷基質(zhì)(24)含有至少一種碳、硅、硼、鋁、鋯物質(zhì)和/或選自碳化硅、氮化硅、氧化硅、氮化硼、碳化硼、SiBCN、Al2O3、ZrO2、TiC、硅化鐵和其他硅化物的合金以及玻璃陶瓷的相。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，陶瓷基質(zhì)還含有鐵、鉻、鈦、鉬、鎳或鋁。
7．根據(jù)權(quán)利要求3、5或6中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，復(fù)合材料僅含有碳和石墨纖維束。
8．根據(jù)權(quán)利要求5-7中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，陶瓷基質(zhì)(24)含有硅、碳和/或碳化硅相。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-8中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，復(fù)合材料除含有增強(qiáng)纖維束部分(20)和基質(zhì)纖維束部分(21)外還含有一部分過長(zhǎng)的纖維束。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-9中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維束部分(20)和/或基質(zhì)纖維束部分(21)由幾種有不同平均纖維長(zhǎng)度(15，15’)的纖維束部分(14，14’)組成。
11．根據(jù)權(quán)利要求1-10中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均纖維束長(zhǎng)度(5)為4-20毫米、優(yōu)選5-16毫米、特別優(yōu)選6-12毫米。
12．根據(jù)權(quán)利要求1-11中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束長(zhǎng)度(4)為0.2-5毫米、優(yōu)選0.5-4毫米、特別優(yōu)選1-3.5毫米。
13．根據(jù)權(quán)利要求1-12中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均纖維束寬度為0.02-5毫米、優(yōu)選0.1-3毫米、特別優(yōu)選0.5-2毫米。
14．根據(jù)權(quán)利要求1-13中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束寬度為0.02-2毫米、優(yōu)選0.1-1毫米、特別優(yōu)選0.3-0.7毫米
15．根據(jù)權(quán)利要求1-14中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均纖維束長(zhǎng)度(5)與基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束長(zhǎng)度(4)的比為1.5-10、優(yōu)選1.8-7、特別優(yōu)選2.1-5。
16．根據(jù)權(quán)利要求1-15中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均纖維束長(zhǎng)度(5)與增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均纖維束寬度的比為2-500、優(yōu)選3-100、特別優(yōu)選4-20。
17．根據(jù)權(quán)利要求1-16中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束長(zhǎng)度(4)與基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束寬度的比為2-500、優(yōu)選3-100、特別優(yōu)選4-20。
18．根據(jù)權(quán)利要求1-17中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均長(zhǎng)度/寬度/高度比為2-50000、優(yōu)選5-2000、特別優(yōu)選10-100。
19．根據(jù)權(quán)利要求1-18中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，基質(zhì)纖維束部分(21)的平均長(zhǎng)度/寬度/高度比為2-50000、優(yōu)選10-5000、特別優(yōu)選30-500。
20．根據(jù)權(quán)利要求1-19中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，基質(zhì)纖維束部分(21)的重量與所有纖維束總重的比為0.1-0.8、優(yōu)選0.2-0.5、特別優(yōu)選0.27-0.33。
21．根據(jù)權(quán)利要求1-20中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，增強(qiáng)纖維束部分(20)的纖維束長(zhǎng)度分布(3)的最大半寬(8)為0.01-15毫米、優(yōu)選0.1-12毫米、特別優(yōu)選1-8毫米。
22．根據(jù)權(quán)利要求1-21中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料，其特征在于，基質(zhì)纖維束部分(21)的纖維束長(zhǎng)度分布(2)的最大半寬(7)為0.01-5毫米、優(yōu)選0.1-4毫米、特別優(yōu)選1-3.5毫米。
23．一種制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，兩種有不同平均纖維束長(zhǎng)度(4，5)的不同纖維束部分(20，21)-增強(qiáng)纖維束部分(20)和基質(zhì)纖維束部分(21)在制造方法中用作基礎(chǔ)材料，以致相對(duì)于用于復(fù)合材料的纖維束(20，21)的纖維束長(zhǎng)度的總纖維束分布(1)有一最小值(6)，它在增強(qiáng)纖維束部分(20)和基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束長(zhǎng)度(4，5)之間。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，在第一步中，將兩種不同的纖維束部分(20，21)混合和隨后壓制，此后將用這一方法制造的模制材料體用聚合物、特別是可熱解的聚合物滲透。
25．根據(jù)權(quán)利要求24的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，除了聚合物外，還用其他填充劑滲透。
26．根據(jù)權(quán)利要求23的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，在混合過程中，將兩種不同的纖維束部分(20，21)加到用于制造復(fù)合材料的其他組分中。
27．根據(jù)權(quán)利要求23-26中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，至少一部分纖維束(20，21)至少一部分有至少一層保護(hù)層。
28．根據(jù)權(quán)利要求23-27中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，僅碳和石墨纖維束用于制造中。
29．根據(jù)權(quán)利要求26-28中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，在混合過程中，將兩種不同的纖維束部分(20，21)與至少一種可碳化的粘合劑混合。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，選自樹脂和瀝青的粘合劑用作可碳化的粘合劑。
31．根據(jù)權(quán)利要求26-30中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，將混合物在混合以后壓制。
32．根據(jù)權(quán)利要求31的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，在升溫下進(jìn)行壓制。
33．根據(jù)權(quán)利要求31或32的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，在壓制以后，將模制的材料體在混合物中樹脂粘合劑的固化溫度以上的溫度下進(jìn)行回火過程。
34．根據(jù)權(quán)利要求29-33中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，粘合劑在另一工藝步驟中碳化。
35．根據(jù)權(quán)利要求23-34中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，該方法包括在2000℃以上的溫度下石墨化作為另一工藝步驟。
36．根據(jù)權(quán)利要求23-35中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，在最后一工藝步驟中進(jìn)行硅化。
37．根據(jù)權(quán)利要求23-36中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，使用的增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均纖維束長(zhǎng)度(5)為4-20毫米、優(yōu)選5-16毫米、特別優(yōu)選6-12毫米。
38．根據(jù)權(quán)利要求23-37中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，使用的基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束長(zhǎng)度(4)為0.2-5毫米、優(yōu)選0.5-4毫米、特別優(yōu)選1-3.5毫米。
39．根據(jù)權(quán)利要求23-38中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，使用的增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均纖維束長(zhǎng)度(5)與使用的基質(zhì)纖維束部分(21)的平均纖維束長(zhǎng)度(4)的比為1.5-10、優(yōu)選1.8-7、特別優(yōu)選2.1-5。
40．根據(jù)權(quán)利要求23-39中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，使用的增強(qiáng)纖維束部分(20)的平均長(zhǎng)度/寬度/高度比為2-50000、優(yōu)選5-2000、特別優(yōu)選10-100。
41．根據(jù)權(quán)利要求23-40中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，使用的基質(zhì)纖維束部分(21)的平均長(zhǎng)度/寬度/高度比為2-50000、優(yōu)選10-5000、特別優(yōu)選30-500。
42．根據(jù)權(quán)利要求23-41中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，送入混合過程的兩種纖維束部分的纖維束(20，21)的重量百分?jǐn)?shù)為混合物總重的50-99％、優(yōu)選60-90％、特別優(yōu)選65-80％。
43．根據(jù)權(quán)利要求23-42中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，送入混合過程的增強(qiáng)纖維束部分(20)的纖維束重量百分?jǐn)?shù)為混合物總重的20-80％、優(yōu)選35-65％、特別優(yōu)選42-55％。
44．根據(jù)權(quán)利要求23-43中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，送入混合過程的基質(zhì)纖維束部分(21)的纖維束重量百分?jǐn)?shù)為混合物總重的10-40％、優(yōu)選15-35％、特別優(yōu)選20-30％。
45．根據(jù)權(quán)利要求23-44中至少一項(xiàng)的制造用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料的方法，其特征在于，使用的基質(zhì)纖維束部分(21)的重量與使用的所有纖維束重量的比為0.1-0.8、優(yōu)選0.2-0.5、特別優(yōu)選0.27-0.33。
46．根據(jù)權(quán)利要求1-22中至少一項(xiàng)的用纖維束(20，21)增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)(24)復(fù)合材料作為燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件，例如渦輪機(jī)葉輪、燃燒器的部件、噴嘴及其部件、熱燃?xì)夤?、測(cè)量探針、探針套管；摩擦材料，例如飛機(jī)、軌道車輛和汽車的制動(dòng)片和閘襯片；熱屏蔽板；空間運(yùn)載器和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的部件；滑動(dòng)軸承和滑動(dòng)元件的部件；鏡、天線和反射板的承載組件；火箭部件；爐條和換熱器部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的纖維束增強(qiáng)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料以及涉及它們的生產(chǎn)方法和應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B35/573GK1288874SQ0012705
公開日2001年3月28日 申請(qǐng)日期2000年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月16日
發(fā)明者U·格魯伯, M·海因, A·奇恩澤爾 申請(qǐng)人:Sgl技術(shù)有限公司