用于制造双壁热结构整体式复合部件的方法及所制造的部件与流程

本发明涉及一种用于制造热结构整体式纤维/基质复合部件的方法，所述部件包括两个复合材料表皮(skin)，它们彼此间隔开并且通过复合材料的多个线状间隔件互连，所述部件能够承受高的内部和/或外部压力。本发明还涉及一种通过实施这种方法制造的整体式部件。

背景技术：

fr-2749327描述了这种整体式复合部件，例如用于形成能够输送流体的板，用于空间光学装置的支撑件或用于高分辨率雷达的耐火天线罩等。类似地，fr-2718670涉及一种双壁整体式复合部件和线状间隔件。

此外，fr-2836690公开了一种用于制造热结构整体式部件的方法，其不涉及任何额外的浸渍或固化操作，并且不包括将缝合线预浸渍，但仍然可能将纤维结构精确地定位在浸渍模具中并以最佳方式利用构成所述表皮的纤维的机械性能。为此目的，所述用于制造热结构整体式纤维/基质复合部件的方法，所述部件包括由彼此间隔开并且通过复合材料的多个线状间隔件互连的两个复合材料表皮，所述方法是这样的：

a)形成柔性夹层结构，该柔性夹层结构包括中间柔性芯部和两个外部柔性纤维框架，所述中间柔性芯部由能够被针穿透并且不能透过必须构成所述基质的树脂的材料制成，所述两个外部柔性纤维框架布置在所述柔性芯部的相对的外表面上；

b)所述夹层结构的所述纤维框架和所述芯部通过用线缝合而连接，形成包括穿过所述纤维框架和所述芯部的线部分的线圈(stitches)，所述缝合线由包括未连接在一起的多根长丝的粗纱构成，穿过所述纤维框架和所述芯部的所述线部分在所述缝合操作之后在所述芯部中具有设置在所述长丝之间并且从所述纤维框架中的一个延伸到另一个的纵向通道；

c)所述夹层结构用粘性状态的树脂浸渍，进行所述浸渍操作使得所述可固化树脂穿透所述线穿过部分(threadthrough-portion)的所述纵向通道，以便在每个所述部分的位置处形成树脂桥，其相对端与浸渍所述柔性纤维框架的树脂接触；和

d)然后将浸渍所述夹层结构的所述树脂固化。

通过该标准方法，当所述表皮的纤维框架被浸渍时，线穿过部分被树脂浸渍，并且在所述芯部被移除之前，在所述纤维框架固化时被固化，使得它们变成复合材料的线状间隔件，并且布置在所述复合表皮之间。

技术实现要素：

本发明的目的是改进这种用于制造热结构整体式纤维/基质复合部件的方法，所述部件包括彼此间隔开并且通过复合材料的多个线状间隔件互连的两个复合材料表皮。

为此，根据本发明，所述方法至少包括：

a/制造具有夹层结构的纤维预制体，所述夹层结构包括中间柔性芯部和布置在所述柔性芯部的相对的外表面上的两个外纤维框架，所述框架通过穿过所述纤维框架的线部分连接，所述预制体被树脂浸渍；

b/固化所述预制体并除去所述芯部；和

c/致密化所得结构，

其特征在于，在步骤c/中，所述结构通过液相渗透致密化。

这种lsi液相渗透(液体硅渗透)允许所用的硅渗透预制体的中心，导致易于控制的致密化。

此外，这种液相致密化具有其它优点，特别是在成本和性能方面。

在一个优选的实施方案中，在步骤b/通过cvi气相渗透(化学气相渗透)进行预致密化，以便预致密化所述预制体，从而预致密化用于形成所述间隔件的所述线穿过部分，以便产生碳-碳(c-c)材料。优选使用r-cvi快速渗透(快速化学气相渗透)；这种类型的渗透在成本、实施时间和性能方面是有利的。

通过该预致密化，所述线穿过部分设置有碳层，这使得可以在步骤c/中的液相致密化期间保护所述部分。因此，该优选实施方案基于预致密化和致密化步骤(用于制造c-c/sic材料)之间的协作，预致密化使得可以在不损坏用于形成间隔件的线部分的情况下进行致密化，其有助于使整体式复合部件呈刚性，并且致密化具有上述优点。

此外，在该优选实施方案中，在步骤b/中预致密化的预制体在所述步骤b/和c/之间的中间步骤中被加工(machined)。可以以下面描述的方式加工预致密化的预制体(c-c)，但是这种加工将非常难以在致密化之后对最终材料(c-c/sic)进行。

该中间步骤优选是低厚度机械加工的步骤，其用于制备用于液相致密化的结构并且给予所述结构其所需的最终几何形状。

此外，在所述中间步骤中有利地加工螺纹孔(threadedhole)和/或洞(bore)。在这种情况下，塞子有利地至少在致密化步骤(步骤c/)期间被放置在所述螺纹孔和所述洞中，以防止所述孔和洞被堵塞。

在优选的实施方案中，为了实现液相致密化，在步骤c/中，将硅以液体膏体形式引入，并在致密化炉中在热和压力的作用下扩散。

此外，在步骤a/中，有利地制造具有可变厚度并且例如设置有加强件的纤维预制体。

此外，在优选实施方案中，在步骤a/中，特别如fr-2836690中所述进行以下操作：

a)形成柔性夹层结构，该柔性夹层结构包括中间柔性芯部和两个外部柔性纤维框架，所述中间柔性芯部由能够被针穿透并且不能透过必须构成所述基质的树脂的材料制成，所述两个外部柔性纤维框架布置在所述柔性芯部的相对的外表面上；

b)所述夹层结构的所述纤维框架和所述芯部通过用线缝合而连接，形成包括穿过所述纤维框架和所述芯部的线部分的线圈，所述缝合线由包括未连接在一起的多根长丝的粗纱构成。在该缝合操作之后，穿过所述纤维框架和所述芯部的所述线部分在所述芯部中具有设置在所述长丝之间并从所述纤维框架中的一个延伸到另一个的纵向通道；和

c)所述夹层结构用所述树脂浸渍，进行所述浸渍操作使得所述可固化树脂穿透所述线穿过部分的所述纵向通道，以便在每个所述部分的位置处形成树脂桥，其相对端与浸渍所述纤维框架的树脂接触。

本发明还涉及一种整体式纤维/基质复合部件，其包括两个复合材料表皮，所述表皮彼此间隔开并通过复合材料的多个线状间隔件互连，并且所述部件通过实施上述方法而制造。

在一个具体实施方案中，在至少一个所述表皮的外侧上施加至少一个涂层(例如目的是使所述表皮不可渗透)。

本发明可以特别用于需要能够承受非常高的温度和/或非常高的内部和/或外部压力的这种整体式复合部件的多个领域。

附图说明

附图将给出如何实现本发明的清楚理解。在这些附图中，相同的附图标记表示相似的元件。

图1是当实施本发明时所制造和使用的预制体的示意和局部视图。

图2是由图1的预制体制造的复合部件的示意和局部视图。

图3是以板形式制造并设置有用于液相渗透步骤的塞子的整体式部件的透视图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于制造热结构整体式纤维/基质复合部件10的方法，所述部件包括彼此间隔开并且通过复合材料的多个线状间隔件13互连的两个复合材料表皮11和12。这种用于例如形成热保护装置并且在图2的局部和示意图中示出的整体式复合部件10必须能够承受非常高的内部和/或外部压力。

所述制造方法包括：

a/以常规方式形成具有夹层结构的纤维预制体1，该夹层结构包括中间柔性芯部4和两个外部纤维框架2和3。所述纤维框架2和3设置在所述柔性芯部4的相对的外表面上，并且通过穿过所述纤维框架2和3的线部分8和9连接，如图1所示和如下所述，所述预制体1是用树脂浸渍的；

b/固化所述预制体1并除去所述芯部；和

c/致密化所得结构。

根据本发明，通过在步骤c/中的液相渗透来致密化该结构，使得施加富含sic的层。

这种lsi液相渗透(液体硅渗透)，如下所述，特别允许所用的硅渗透预制体的中心，导致易于控制的致密化。

此外，这种液相致密化具有其它优点，特别是：

-成本降低；和

-改进的性能。

在一个优选的实施方案中，在步骤b/通过cvi气相渗透(化学气相渗透)进行预致密化，以便预致密化所述预制体1，从而预致密化所述线穿过部分8和9(用于形成所述间隔件13)。这种预致密化使得可以产生碳-碳(c-c)结构。优选使用r-cvi快速渗透(快速化学气相渗透)；这种类型的渗透在成本、实施时间和性能方面是有利的。

通过该预致密化，所述线穿过部分8和9设置有碳层，这使得尤其可以在步骤c/中进行的液相致密化期间保护所述部分。

因此，该优选实施方式基于预致密化步骤(步骤b/)和致密化步骤(步骤c/)之间的协作，其使得可以产生c-c/sic结构。实际上，预致密化使得可以在不损坏用于形成间隔件13的线部分8和9(有助于使整体式复合部件10呈刚性)的同时进行致密化，而致密化具有上述优点，并且使得可以形成陶瓷结构。

在优选实施方案中，为了实施步骤a/，特别如fr-2836690中所述进行以下操作：

a)形成柔性夹层结构1，该柔性夹层结构包括中间柔性芯部4，所述中间柔性芯部由能够被针穿透并且不能透过必须构成所述基质的树脂的材料制成。所述柔性夹层结构1还包括布置在所述柔性芯部4的相对的外表面上的两个外柔性纤维框架2,3；

b)所述夹层结构1的所述纤维框架2,3和所述芯部4通过用线5缝合而连接，形成包括穿过所述纤维框架2,3和所述芯部4的线部分8,9的线圈，如图1所示。所述缝合线5由包括未连接在一起的多根长丝的粗纱构成。在所述缝合操作之后，穿过所述纤维框架2,3和所述芯部4的所述线部分8,9在所述芯部中具有设置在所述长丝之间并从所述纤维框架中的一个延伸到另一个的纵向通道；和

c)所述夹层结构1用树脂浸渍。进行所述浸渍操作使得所述可固化树脂穿透所述线穿过部分8,9的所述纵向通道，以便在每个所述部分的位置处形成树脂桥，其相对端与浸渍所述柔性纤维框架2,3的树脂接触。

应注意：

-显示为板形的柔性芯部4实际上可以是具有两个相对面的任何形状，例如圆柱体、圆锥体或棱柱。所述芯部由能够被针穿透的材料制成，例如聚氨酯泡沫、聚丙烯或优选聚苯乙烯。此外，该材料不渗透用于浸渍柔性纤维框架2和3的树脂；和

-每个柔性纤维框架2和3具有可以任何已知方式制造的纤维结构。所述框架2和3各自为碳纤维层的形式或能够形成高强度纤维的任何其它材料的层的形式。此外，所述框架2和3可以具有不同的和变化的厚度和形状。

如图1所示，有利的是，框架2和3彼此平行，并且线穿过部分8和9与所述框架正交。在图1和图2中，为了清楚起见，在每个线圈(stitch)的两个线部分之间示出了大的距离；然而，实际上，所述线部分当然可以非常接近彼此。

应当注意，通过线5和6连接的夹层结构1是柔性的并且可能经历形状的改变。此外，在该方法的该阶段，优选检查结构1的尺寸。

在缝合之后，夹层结构1用可固化树脂浸渍。浸渍优选在真空压力下进行，使得所述树脂不仅渗透纤维框架2和3，而且渗透到线5的纵向通道。

在该浸渍操作期间，芯部4不被浸渍，因为其不透过树脂。然后例如通过升高温度，可能与施加压力(几巴)相结合来固化浸渍的树脂。

根据本发明，为了形成夹层结构1的c-c碳基质，通过如上所述的气相渗透，所述结构被预致密化(前述步骤b/)，并且这使得也可以除去芯部4。

然后将所得结构进行下文所述的其它操作，然后在步骤c/中致密化，目的是制造陶瓷基质。

来自图2的整体式复合部件10最终被制造并且包括两个复合材料(来自柔性框架2和3)的表皮11和12，它们彼此间隔开并且通过多个线状间隔件13互连，所述间隔件13由复合材料制成(从线穿过部分8和9)并且与所述表皮11和12正交。在优选的应用中，两个表皮11和12之间的空间14旨在使冷却剂流过其中的，特别是使得整体式复合部件10能够承受高温。形成空间14的两个表皮11和12通过线状间隔件13彼此保持一定距离，所述间隔件13在这种类型的应用中提供结构的形状，确保冷却剂耐受压力并增强对流热传递。

此外，在优选实施方案中，在前述步骤b/和c/之间的中间步骤中对在步骤b/中预致密化的预制体进行非破坏性测试。

然后加工所述预致密化的预制体。可以使用标准方法加工预致密化的预制体(c-c)，但是这种加工将非常难以在致密化之后变得非常硬的最终材料(c-c/sic)上进行。

该中间步骤优选是低厚度机械加工的步骤，其用于制备用于液相致密化的结构并且给予所述结构其所需的最终几何形状。

此外，在该中间步骤中，如果部件10需要在其中的螺纹孔和/或洞，加工螺纹孔和/或洞，以便例如在部件10上安装冷却剂供应装置。该加工操作例如可以通过超声波进行。

然后将塞子15布置在所述螺纹孔和所述洞中，如图3中的部件10所示，其制成板16，并且在其肩部中设置螺纹孔。所述塞子15至少在致密化步骤即步骤c/期间使用，以防止螺纹孔和洞被堵塞(使得它们在最终部件中)。

在优选的实施方案中，在步骤c/中，为了实现液相致密化，将硅以液体膏体形式(浆料)引入，并通过毛细管作用和通过在原来未用膏体覆盖的壁上输送的气体在致密化炉中的热和压力的作用下在所述部分中扩散。可以通过合适形式的热处理来实现硅化。在优选的实施方案中，使用wo2008/106932中描述的方法进行这种致密化。

在该方法的该阶段，通常检查部件10的尺寸(使用非破坏性测试)。

应当注意，根据本发明的方法可以用于制造具有可变厚度的部件10，例如通过图3的板16的边缘17a和17b所示。为此，在步骤a/中制造纤维预制体1，其具有合适的形状和合适的尺寸并且例如可以设置有加强件。

此外，还可以用至少一个涂层覆盖部件10的所述表皮11或12的至少一个的外表面，例如作为标准所使用的密封材料以产生不渗透性。