包括陶瓷微粒的復合材料及其形成方法
【技術領域】
[0001] 本公開描述了包括陶瓷微粒的復合材料和用于從陶瓷微粒前體形成包括陶瓷微 粒的復合材料的技術。
【背景技術】
[0002] -些復合體，例如在航空航天工業(yè)中使用的一些復合零件，可由多孔預制體制造。 可使用若干工藝中的其中一種來對多孔預制體進行致密，例如，化學氣相沉積/化學氣相 滲透（CVD/CVI)、真空壓力滲透（VPI)、高壓浸滲/碳化（PIC)、或樹脂傳遞模塑（RTM)，其可 將碳引入到多孔預制體內。

【發(fā)明內容】

[0003] 本公開描述了包括陶瓷微粒的復合材料和用于從陶瓷微粒前體形成包括陶瓷微 粒的復合材料的技術。在一些示例中，技術包括將致密劑與陶瓷微粒前體混合，例如，金屬 氧化物前體或第一金屬氧化物微粒中的至少一者，從而形成共混的致密劑。在一些示例中， 該技術可包括將所述共混的致密劑滲透入多孔預制體的多個孔中的至少一些中，從而形成 滲透的預制體。該共混的致密劑可被熱解W將該共混的致密劑的致密劑中的至少一些轉變 為碳并形成部分致密的預制體。可進一步對該部分致密的預制體進行熱處理W將所述碳中 的至少一些與所述第一金屬氧化物微粒中的至少一些或至少一些從所述金屬氧化物前體 得到的第二金屬氧化物微粒反應并形成多個陶瓷微粒。
[0004] 所述致密劑可包括含碳前體，例如，熱塑性塑料、熱固性酷酵樹脂、或慷醇中的至 少一者。在一些示例中，熱塑性致密劑可包括，例如，合成漸青、硬煤漸青、石油漸青、中間相 漸青、或各向同性漸青中的至少一個。在一些示例中，將致密劑與金屬氧化物前體或第一金 屬氧化物微粒中的至少一個混合包括將致密劑與包括第一金屬氧化物微粒的膠態(tài)息浮液、 包括金屬氧化物的溶膠凝膠、金屬醇鹽、金屬有機溶液、或金屬鹽中的至少一個混合。可被 用作金屬氧化物前體的示例的金屬醇鹽包括四己基原娃酸鹽（TE0S)。第一金屬氧化物微粒 或第二金屬氧化物微?？砂ǘ趸?、二氧化鉛、氧化鉛、二氧化鐵、二氧化給或二氧化 魄中的至少一個。
[0005] 在一些示例中，形成所述共混的致密劑可減少陶瓷微粒前體或陶瓷微粒的團聚。 通過減少團聚，本文描述的技術可有利于陶瓷微粒在部分致密的預制體或復合材料的整個 體積上的基本上均勻的分散。在一些示例中，陶瓷微粒在部分致密的預制體或復合材料的 整個體積上的基本上均勻的分散可W是從該部分致密的預制體或復合材料得到的碳-碳 復合制動盤的令人滿意的摩擦性能和磨損特性的部分原因。與不包括基本上均勻地分散的 陶瓷微粒的材料相比，體現(xiàn)該些特征的復合材料可具有更長的壽命、要求更少的維護、和/ 或導致了更低的成本。
[0006] 在一個示例中，本公開描述了一種方法，其包括將致密劑與金屬氧化物前體或第 一金屬氧化物微粒中的至少一個混合W形成共混的致密劑，并且將所述共混的致密劑滲透 到多孔預制體的多個孔中的至少一些中w形成滲透的預制體。根據(jù)該個示例，該方法還包 括熱解所述共混的致密劑W將所述共混的致密劑的致密劑中的至少一些轉變?yōu)樘疾⑿纬?部分致密的預制體，W及對部分致密的預制體進行熱處理W與所述第一金屬氧化物微粒中 的至少一些或從所述金屬氧化物前體得到的至少一些第二金屬氧化物微粒反應從而形成 多個陶瓷微粒。
[0007] 在另一示例中，本公開描述了包括多孔預制體的物件，所述多孔預制體包括多個 孔，W及共混的致密劑被設置在所述多孔預制體的所述孔的至少一些中。該共混的致密劑 可包括至少致密劑(例如，漸青）W及金屬氧化物前體或第一金屬氧化物微粒中的至少一 個。
[000引一個或多個示例的細節(jié)在附圖和下面的描述中公開。其它的特征、目的和優(yōu)點可 通過該描述和附圖、W及通過權利要求而易于理解。
【附圖說明】
[0009] 圖1是說明了用于形成包括多個陶瓷微粒的部分致密的預制體的示例技術的流 程圖。
[0010] 圖2是可用共混的致密劑滲透的示例多孔預制體的透視圖。
[0011] 圖3是示例多孔預制體的側向橫截面視圖。
[0012] 圖4是用共混的致密劑滲透的示例多孔預制體的側向橫截面視圖。
[0013] 圖5是在將共混的致密劑熱解W形成部分致密的預制體之后的示例多孔預制體 的側向橫截面視圖。
[0014] 圖6是在熱處理W形成多個陶瓷微粒之后的示例部分致密的預制體的側向橫截 面視圖。
[0015] 圖7A和7B是說明了用于形成包括多個陶瓷微粒的碳-碳復合體的示例技術的單 個流程圖的兩個部分。
[0016] 圖8A和8B是說明了用于形成包括多個陶瓷微粒的碳-碳復合體的另一示例技術 的單個流程圖的兩個部分。
【具體實施方式】
[0017] 本公開描述了包括陶瓷微粒的部分致密的預制體W及用于形成包括陶瓷微粒的 部分致密的預制體的技術。從在本文中公開的預制體得到的物件包括，例如，包含陶瓷微粒 的碳-碳復合材料，例如碳-碳復合制動盤或發(fā)動機部件。在一些示例中，本文描述的技術 包括將致密劑與陶瓷微粒前體混合，所述前體例如是金屬氧化物微?；蚪饘傺趸镂⒘Ｇ?體，從而形成共混的致密劑。該致密劑可包括，例如，含碳的前體，例如，熱塑性塑料(例如， 漸青)、熱固性酷酵樹脂、慷醇、等。在一些示例中，金屬氧化物微粒前體可包括溶膠凝膠，該 溶膠凝膠包括金屬氧化物和/或金屬醇鹽，所述金屬醇鹽例如是四己基原娃酸鹽（TE0S)。 本文描述的技術可包括將共混的致密劑滲透到多孔預制體的孔內W形成滲透的預制體，然 后熱解所述致密劑中的至少一些得到碳W形成部分致密的預制體。在熱解之后，部分致密 的預制體可被熱處理W將所述碳中的至少一些與所述陶瓷微粒前體中的至少一些反應W 形成陶瓷微粒。在一些示例中，分散在整個所述部分致密的預制體中的陶瓷微粒包括納米 陶瓷微粒，其具有從約0. 1微米到約10微米的粒度。
[0018] 在一些示例中，所公開的包括將粘性致密劑與陶瓷微粒前體混合并且將共混的致 密劑滲透到多孔預制體內的技術可產(chǎn)生部分致密的預制體或復合材料，所述部分致密的預 制體或復合材料具有在它們內基本上均勻分散(例如，均勻地分散在其中或者接近均勻地 分散在其中）的陶瓷微粒。在一些示例中，形成所述共混的致密劑可減少陶瓷微?；蛩鼈?的前體的團聚。通過減少團聚，本文描述的技術可有利于陶瓷微粒在部分致密的預制體或 復合材料的整個體積上的基本上均勻的分散。在一些示例中，陶瓷微粒在部分致密的預制 體或復合材料的整個體積上的基本上均勻的分散可W是從該部分致密的預制體或復合材 料得到的碳-碳復合制動盤的令人滿意的摩擦性能和磨損特性的部分原因。附加地或替換 地，因為金屬氧化物微粒與從熱解所述致密劑形成的碳反應，在該致密劑中混合有所述金 屬氧化物微粒，所W更少的或幾乎沒有金屬氧化物微粒會與來自碳纖維的碳反應。該可減 少或基本上消除由于在金屬氧化物微粒與碳纖維中的碳之間的反應所造成的對纖維強度 的任何影響。在一些示例中，與不包括基本上均勻地分散的陶瓷微粒的材料相比，體現(xiàn)該些 特征的復合材料可具有更長的壽命、要求更少的維護、和/或導致了更低的成本。
[0019] 圖1是說明了用于形成包括多個陶瓷微粒62 (見圖6)的部分致密的預制體50的 示例技術的流程圖。在一些示例中，部分致密的預制體50可接著被用于形成碳-碳復合材 料，例如碳-碳復合制動盤或發(fā)動機部件?？蓞⒄請D2-6的概念圖來描述圖1的技術，圖 2-6示出了在圖1的技術期間處于不同步驟的示例多孔預制體20、40的不同視圖，和從圖 1的技術所得到的包括陶瓷微粒62的部分致密的預制體50。盡管在圖2和3中描述了示 例多孔預制體20,但是圖1的技術可與其它類型(例如，其它形狀和/或材料組成)的預制 體一起使用，并且可被用于形成具有不同的形狀或材料組成的部分致密的預制體和復合材 料。
[0020] 圖1的技術包括將致密劑與金屬氧化物前體或第一金屬氧化物微粒中的至少一 個混合W形成共混的致密劑42 (見圖4) (10)。該致密劑可包括，例如，含碳的前體，例如， 熱塑性塑料、熱固性酷酵樹脂、慷醇、等。在一些示例中，熱塑性致密劑可包括，例如，硬煤漸 青、合成漸青、石油漸青、中間相漸青、和/或各向同性漸青中的至少一個。在一些示例中， 該致密劑可具有在約50和約500厘泊（CP)之間的粘度。例如，致密劑的粘度可在約50cp 和約lOOcp之間。在第一金屬氧化物微粒與致密劑混合的一些示例中，該第一金屬氧化物 微粒可包括二氧化娃微粒、二氧化鉛微粒、氧化鉛微粒、二氧化鐵微粒、二氧化給微粒、或二 氧化魄微粒。在一些示例中，第一金屬氧化物微?？蒞膠態(tài)息浮液的形式存在于溶劑中。 二氧化娃微粒在水中的示例膠態(tài)息浮液可在來自密蘇里州、圣路易斯市的Sigma-Al化ich? Co. LLC公司的商標LUD0X?下獲得。在一些示例中，存在于膠態(tài)息浮液中的第一金屬氧化 物微粒超過90%易混合在該溶劑中。該溶劑也可促進該第一金屬氧化物微粒與該致密劑的 混合。示例溶劑可包括可易與致密劑(例如，熱塑性塑料、熱固性酷酵樹脂、或慷醇）的有機 溶劑，例如丙麗、甲己麗、柴油、或醇類。在一些示例中，該溶劑可接著在熱解過程中被焚燒 或者通過真空回收工藝被去除。
[0021] 在金屬氧化物前體與致密劑混合的示例中，金屬氧化物前體可包括包括金屬氧化 物前體的溶膠凝膠、金屬醇鹽、金屬有機溶液、或金屬鹽。在一些示例中，金屬醇鹽(例如四 己基原娃酸鹽（TE0S))可被用于在W與致密劑(例如，漸青）混合的溶劑中形成溶膠凝膠。 在一些示例中，金屬醇鹽的溶膠凝膠可超過90 %易混合在溶劑中。例如，該溶劑可包括可易 與熱塑性塑料(例如漸青)、熱固性酷酵樹脂、或慷醇混合的有機溶劑，例如丙麗、甲己麗、柴 油、或醇類。再一次，在一些示例中，該溶劑可