从理论上讲,有许多加工途径可以将基质体系渗透到纤维预坯中。用于制作单片陶瓷的传统粉末加工技术大多不适合,而采用了相当非常规的技术来避免纤维预制体的损坏。浸渍可以分为气相浸渍和液相浸渍

图9 CMC材料制造工艺概况
渗透(Fig.9)。三种不同的技术目前用于工业规模的生产C / SiCC/C- sic复合材料,每一种材料都会导致特定的微观结构和性能(图10):
—化学蒸汽渗透(CVI)
—液体聚合物渗透(LPI)或聚合物渗透热解(PIP)
——液态硅渗透(LSI)
从历史上看,加工路线从等温CVI工艺转向了更具成本效益的技术,如梯度CVI和液体聚合物或液体硅渗透。与等温CVI工艺相比,这些工艺速度更快,制造周期更短,特别是LPI和LSI两种液相工艺,使用了已经开发的聚合物基复合材料(PMC)技术。
一个重要的方面是认识到加工应作为设计CMC的整个过程的一个组成部分

图10- CSiC和CC-SiC复合材料的工业制造工艺
组件。纤维取向、预制体尺寸和热处理条件是影响最终CMC产品性能的重要参数。
化学气相渗透:一般来说,化学气相渗透可以沉积各种各样的基质,并加工任何复杂的形状。多向纤维预制体用工具或临时粘合剂固定在炉中,在第一热解步骤中除去临时粘合剂。陶瓷基体是通过在预制件的开放孔隙中分解气态物质而获得的。通常采用甲基三氯硅烷作为工艺气体,氢气作为催化剂来形成SiC基体。两种不同的现象控制着预坯孔隙中的基质率:
-化学反应的动力学
-反应产物进入孔隙的质量运输。
析出的碳化硅的质量和纯度由氢与MTS混合物的比例决定,H2含量高可生成富硅基体,MTS含量增加可生成残余碳的SiC基体。为了获得良好的深度沉积,低压和低温是必要的,并且必须在整个过程中保持恒定。这种等温/硅压cvi过程导致非常好的端力学性能和高断裂韧性。缺点是加工时间长,持续几周或几个月,预制件深度有限,可以一步渗透。
为了克服这些几何限制,提高SiC的沉积速率,人们开发了热压梯度cvi工艺并实现了工业化。
与等温CVI工艺相比,由预坯内的温度和压力梯度驱动的MTS强制质量流被应用,并允许相当高的工艺温度和压力。较高的气体密度和较高的反应速度导致制造时间比等温/等压CVI快一个数量级以上。通常情况下,需要40至60小时才能将5mm厚度的碳预制体渗透到12%的剩余开放孔隙率。由于气体的强制质量流动需要对纤维预制体进行密封和冷却,因此CVI的这种变种专注于简单和标准化的几何形状,如轮廓、管和板。
除了通过化学气相渗法制备的C/SiC复合材料质量良好外,该工艺的主要优点之一是可以控制纤维/基体界面相。因此,C/SiC复合材料在第一步与碳快速沉积,以保证纤维/基体的结合力。综上所述,通过梯度cvi工艺制造C/SiC组件包括以下步骤:
1.用聚合物粘合剂预成型纤维。
2.聚合物的热解(产生自支撑纤维预坯)
3.纤维涂层碳的沉积(间相形成)
4.碳化硅的沉积,用于基质渗透。
5.近净形C/SiC构件的最终加工。