通過定向流動的蒸汽相化學滲透緻密化三維多孔基材的裝載設備的製作方法
2023-07-12 09:41:41 2
通過定向流動的蒸汽相化學滲透緻密化三維多孔基材的裝載設備的製作方法
【專利摘要】裝載器設備(10)，所述裝載器設備(10)通過滲透爐的反應室中的定向流動的蒸汽相化學滲透緻密化主要以縱向方向延伸的三維多孔基材(20)，所述設備包括環形裝載級(11)，所述環形裝載級(11)通過第一和第二環形豎直單元(110、111)形成，所述第一和第二環形豎直單元(110、111)相對於彼此同中心分布並且在彼此之間界定用於待緻密化的多孔基材的環形裝載區域(13)。第一和第二板(112、113)分別覆蓋環形裝載區域(13)的下元件和上元件。第一和第二環形豎直單元(110、111)各自包括支撐構件(1100、1110)，所述支撐構件(1100、1110)以這樣的方式分布在環形裝載區域(13)中從而在其之間限定裝載單元格(14)，每個裝載單元格旨在接收待緻密化的基材。所述設備還包括鄰近每個裝載單元格(14)的氣體供應孔(1102)和氣體排出孔(1112)。
【專利說明】通過定向流動的蒸汽相化學滲透緻密化三維多孔基材的裝載設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及特別當由熱結構複合材料製備部件時使用的化學氣相滲透技術。本發明更具體地涉及緻密化複雜三維形狀的多孔基材，例如用於製造航空發動機葉片的纖維預成型體，通過在所述基材中沉積基質從而緻密化所述基材。
【背景技術】
[0002]為了由複合材料製造部件，特別是由熱結構複合材料製成的部件，所述熱結構複合材料由通過耐火基質(例如由碳和/或陶瓷製成)緻密化的耐火纖維預成型體(例如使用碳纖維或陶瓷纖維)構成，常見的實踐是使用化學氣相滲透方法。所述部件的實例為由碳-碳(C-C)複合材料製成的推進器噴嘴，由C-C複合材料製成的制動盤，特別是用於飛機致動器的制動盤，或由陶瓷基質複合材料(CMC)製成的葉片。
[0003]通過化學氣相滲透緻密化多孔基材包括通過使用支撐工具將基材放置在滲透裝置的反應室中，然後使試劑氣體進入室，試劑氣體的一種或多種成分為待沉積在基材內從而緻密化基材的材料的前體。選擇滲透條件，特別是試劑氣體的組成和流速，以及室內的溫度和壓力以使氣體擴 散到基材的可及內孔內，由於氣體的成分之一分解，或者由於在其多種成分之間發生反應，從而在基材中沉積所需的材料。常見的實踐是通過使氣體穿過位於反應室中的預熱區域從而預熱試劑氣體，反應氣體的入口通往所述反應室。所述方法對應於自由流動的化學氣相滲透方法。
[0004]在用於化學氣相滲透的工業裝置中，常見的實踐是用多種待同時緻密化的基材或預成型體裝載反應室，從而增加緻密化方法的生產量，並且因此增加反應室的裝載係數。
[0005]特別在如下文獻中描述了通過化學氣相滲透緻密化多孔環形基材的方法和裝置:US2004/237898和US5904957。然而，這些方法本質上涉及緻密化堆疊設置的環形形狀的基材，並且不適用於緻密化形狀不軸對稱的基材。
[0006]文獻US2008/0152803描述了使用裝載器工具，所述裝載器工具包括管狀導管，所述管狀導管設置在第一板和第二板之間並且具有在徑向上圍繞其設置的待緻密化的具有板的形狀的薄基材。然後將以這種方式裝載的工具放置在滲透爐的反應室內，所述滲透爐具有的試劑氣體進入入口連接至管狀導管從而使試劑氣體被允許進入導管，然後所述導管沿著基材的主表面以基本上徑向的流動方向分布氣體。
[0007]然而，所述裝載器工具保持限制於薄且形狀簡單的基材(例如薄的矩形板)的定向流動緻密化，並且不能獲得複雜三維形狀的基材(例如用於葉片的纖維預成型體)的均勻緻密化。氣流在複雜三維形狀的基材上的流動更難以控制。缺乏對試劑氣體在待緻密化的基材的組上的流動的控制造成基材中緻密化梯度的出現。然而，正是基材被緻密化的不均勻性破壞了所得部件的機械性能。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種裝載方案，所述裝載方案能夠以高的裝載容量緻密化多孔基材，特別是主要以縱向方向延伸的複雜三維形狀的薄基材，同時最小化基材中的緻密化梯度。
[0009]該目的通過包括如下的裝載器設備得以實現:
[0010]至少一個環形裝載器級，所述環形裝載器級通過第一和第二環形豎直壁形成，所述第一和第二環形豎直壁相對於彼此同軸設置並且在其之間限定用於待緻密化的多孔基材的環形裝載器空間；
[0011]第一和第二板，所述第一和第二板分別覆蓋環形裝載器空間的底部和頂部；
[0012]第一和第二環形豎直壁的每一者包括設置在環形裝載器空間中的支撐元件，第一和第二環形豎直壁的支撐元件在徑向上對齊從而在其之間限定分別用於接收各個待緻密化的基材的裝載器單元格；和
[0013]所述設備還包括鄰近每個裝載器單元格的至少一個氣體進料孔和至少一個氣體排出孔。
[0014]本發明的裝載器設備能夠優化在給定裝置中可以同時緻密化的基材的數量，同時控制試劑氣體在每個基材中的流動方向從而均勻地緻密化基材。當流動不定向時使用彼此接近的基材不能獲得這種大數量的緻密化。 [0015]因此，本發明的方法能夠緻密化薄的多孔基材，同時增加所獲得的部件的質量以及負載的反應室的體積兩者。
[0016]一旦將本發明的裝載器設備放置在反應室中，其充當微反應器，氣體在所述微反應器中的流動得到控制。通過該設備，可以遠離緻密化裝置提前準備基材的裝載，並且可以簡單運輸而不對反應室產生風險。這用於減少裝載和卸載所述室所需的時間。
[0017]在本發明的設備的一個實施方案中，每個裝載器級的第一環形豎直壁包括鄰近每個裝載器單元格的至少一個氣體進料孔，並且每個裝載器級的第二環形豎直壁包括鄰近每個裝載器單元格的至少一個氣體排出孔。
[0018]在本發明的一個方面，裝載器設備包括多個彼此堆疊並且設置在第一和第二板之間的環形裝載器級。
[0019]在本發明的設備的另一個實施方案中，第一板具有對準每個裝載器單元格的氣體進料孔，而第二板具有對準每個裝載器單元格的氣體排出孔。
[0020]在本發明的一個方面，裝載器設備包括多個彼此堆疊並且設置在第一和第二板之間的環形裝載器級。
[0021]在本發明的另一個方面，裝載器設備進一步包括多個不同徑向尺寸的環形裝載器級，所述級相對於彼此同軸設置。
[0022]本發明還提供通過化學氣相滲透緻密化多孔基材的裝置，多孔基材為主要以縱向方向延伸的三維形狀，所述裝置包括反應室，位於室的第一端部處的試劑氣體進入管道，和位於鄰近室的第二端部遠離第一端部的排出管道，所述裝置的特徵在於，室包括多個主要以縱向方向延伸的三維形狀的多孔基材，所述基材設置在包括多個本發明的裝載器級的裝載器設備中，通過室的試劑氣體進入管道向所述設備的氣體進料孔進料試劑氣體。
[0023]本發明還提供通過化學氣相滲透緻密化多孔基材的裝置，多孔基材為主要以縱向方向延伸的三維形狀，所述裝置包括反應室，位於室的第一端部處的多個試劑氣體進入管道，和位於鄰近室的第二端部遠離第一端部的至少一個排出管道，所述裝置的特徵在於，室包括多個主要以縱向方向延伸的三維形狀的多孔基材，所述基材設置在一個或多個裝載器設備中，每個裝載器設備包括多個環形裝載器級，所述環形裝載器級相對於彼此堆疊和/或同軸設置並且具有分別在第一和第二板中形成的它們的氣體進料孔和氣體排出孔，通過室的試劑氣體進入管道向每個設備的一個或多個氣體進料孔進料試劑氣體。
[0024]特別地，裝載器設備可以具有相同直徑並且可以以並列方式設置在反應室中，或者它們可以具有減小的直徑並且以金字塔結構彼此堆疊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]本發明的其它特徵和優點通過本發明的具體實施方案的如下描述並且參考附圖而浮現，本發明的具體實施方案以非限制性實施例的形式給出，其中:
[0026]?圖1和2為根據本發明的一個實施方案的裝載器設備的立體圖；
[0027].圖3為顯示圖1和2的設備在緻密化多孔基材時的局部截面圖；
[0028].圖4為根據本發明的另一個實施方案的裝載器設備的立體圖；[0029].圖5為顯示圖4的設備在緻密化多孔基材時的局部截面圖；
[0030].圖6為根據本發明的另一個實施方案的包括多個堆疊的裝載器級的裝載器設備的立體圖；
[0031].圖7為顯示圖6的設備在緻密化多孔基材時的局部截面圖；
[0032].圖8為根據本發明的另一個實施方案的包括多個堆疊的裝載器級的裝載器設備的立體圖；
[0033].圖9為顯示圖8的設備在緻密化多孔基材時的局部截面圖；
[0034].圖10為根據本發明的另一個實施方案的包括多個同軸的裝載器級的裝載器設備的立體圖；
[0035].圖11為根據本發明的另一個實施方案的包括多個同軸並且堆疊的裝載器級的裝載器設備的立體圖；
[0036].圖12為顯示通過化學氣相滲透進行緻密化的裝置的截面示意圖，其中通過圖6中所示類型的本發明的包括多個堆疊的裝載器級的裝載器設備裝載基材；
[0037].圖13為顯示通過化學氣相滲透進行緻密化的裝置的截面示意圖，其中通過圖8中所示類型的本發明的包括多個堆疊的裝載器級的裝載器設備裝載基材；
[0038].圖14為顯示多個裝載器設備的金字塔設置的截面示意圖，每個裝載器設備包括本發明的通過化學氣相滲透進行緻密化的裝置中的多個堆疊的裝載器級；和
[0039].圖15為顯示多個裝載器設備的疊加設置的截面示意圖，所述裝載器設備包括本發明的通過化學氣相滲透進行緻密化的裝置中的多個堆疊的裝載器級。
【具體實施方式】
[0040]圖1至3顯示了裝載器設備或工具10，所述裝載器設備或工具10 —旦裝載用於緻密化的基材就被插入用於化學氣相滲透的工業裝置的反應室中。在目前描述的實施例中，工具10被設計成接收用於航空發動機葉片的纖維預成型體20。
[0041]每個預成型體20在兩個端部21和22之間以縱向方向延伸並且包括翼部120和通過較大厚度的部分形成的根部130，所述根部130例如具有通過柄腳132延伸的燈泡形狀的截面(圖3)。翼部120在其根部130和其頂端121之間以縱向方向延伸並且在橫截面中呈現出限定兩個表面122和123的厚度變化的彎曲輪廓，所述兩個表面122和123分別對應於翼部120的抽吸側和受壓側。在目前描述的實施例中，翼部120還具有葉片的內臺140和葉片的外臺160。
[0042]目前描述的裝載器設備10包括由內部第一環形豎直壁110和外部第二環形豎直壁111製成的環形裝載器級11 (圖2)。壁110和111分別通過隔離物12彼此同軸固定從而在其之間限定用於裝載預成型體120的環形空間13。每個豎直壁設置有用於接收葉片預成型體20的端部21和22之一的支撐元件。更精確地，內部環形豎直壁110具有在壁110的外周上均勻分布的凹口 1100。凹口 1100被設計成接收預成型體20的端部21。外部環形豎直壁111具有緊固至隔離物12的底部的環1110。環1110用於支撐預成型體20的端部22。在目前描述的實施例中，環1110還包括用於分離相鄰葉片的端部22的多對分離物1111。每對分離物1111與凹口 1100徑向對齊從而限定用於接收預成型體20的裝載器單元格14(圖2)。一旦預成型體20被放置在裝載體設備10中，它們在壁110和111之間在徑向上延伸，因此用於優化工具的裝載容量。此外，在環形豎直壁處使用支撐構件能夠最小化裝載器設備和用於緻密化的基材之間的接觸面積，並且因此優化試劑氣體滲透可及的面積。
[0043]根據本發明的第一個實施方案，壁110和111的每一者具有多個透氣孔。更精確地，內部環形豎直壁Iio具有孔1102，每個孔1102設置在兩個相鄰的凹口之間從而同時向兩個相鄰的裝載器單元格14進料。外部環形豎直壁111具有孔1112，每個孔1112對準裝載器單元格設置。 [0044]在壁110和111之間限定的環形裝載器空間13在其底部通過第一板112閉合，在其頂部通過第二板113閉合。第二板113具有中間開口 1130，所述中間開口 1130連接至用於將試劑氣體進料至緻密化裝置或爐的反應室的管道從而將試劑氣體進料至孔1102。為了保證環形裝載器空間13的良好密封，內部環形豎直壁110具有分別設置在其底邊緣和頂邊緣上的兩個環形墊圈1103和1104，而外部環形豎直壁111同樣地具有分別設置在其底邊緣和頂邊緣上的兩個環形墊圈1113和1114。
[0045]圖3顯示了在其緻密化構造中的裝載器設備10，即裝載了預成型體20並且板112和113分別安裝在壁110和111的底邊緣和頂邊緣上。如下文更詳細描述的，裝載器設備10被放置在化學氣相滲透裝置或爐的反應室中，試劑氣體流Fg進入所述化學氣相滲透裝置或爐。試劑氣體流Fg通過內部環形豎直壁110中的孔1102引入環形裝載器空間13。剩餘氣體通過外部環形豎直壁111中的孔1112排出。由於裝載器設備10中的預成型體20的徑向設置，並且由於對準每個裝載器單元格的透氣孔1102和1112的存在，能夠在用於緻密化的預成型體20的整個長度上並且儘可能接近預成型體20引導試劑氣體流，因此獲得預成型體的均勻緻密化。
[0046]圖4和5顯示了裝載器設備30，所述裝載器設備30與上述裝載器設備10的不同之處在於，在用於閉合裝載器空間的環形板中設置用於使試劑氣體流穿過環形裝載器空間的孔。
[0047]對於圖1和2中所示的設備10，裝載器設備30具有通過內部第一環形豎直壁310和外部第二環形豎直壁311形成的環形裝載器級31，所述內部第一環形豎直壁310和外部第二環形豎直壁311通過隔離物32相對於彼此同軸固定從而在其之間限定用於裝載預成型體20的環形空間33。內部第一環形豎直壁310具有凹口 3100，而外部第二環形豎直壁311具有環3110，所述環3110緊固在隔離物32的底部上並且設置有多對分離物3111。在每對分離物3111和面對的凹口 3100之間存在的空間形成用於預成型體20的裝載器單元格34。預成型體20設置在裝載器單元格34中並且在徑向上在壁310和311之間延伸。
[0048]在壁310和311之間限定的環形裝載器空間33在其底部通過第一環形板312閉合，在其頂部通過第二環形板313閉合，通過環形墊圈3103、3104、3113和3114提供在板312和313和壁310和311之間的良好密封。
[0049]在目前描述的實施方案中，板312和313的每一者具有用於使試劑氣體穿過環形裝載器空間33的孔。更精確地，每個環形板312和313具有在徑向上在每個裝載器單元格34的下方或上方延伸的多個系列的孔3120和3132。在目前描述的實施例中，底部環形板312具有在每個裝載器單元格34的下方的一系列9個孔。同樣地，頂部環形板313具有在每個裝載器單元格34的上方的一系列9個孔。
[0050]在裝載器設備30中，試劑氣體流Fg從孔3120或3132引入環形裝載器空間並且其剩餘物通過孔3132或3120排出(圖5)。在每個裝載器單元格34中，這用於產生沿著裝載器格均勻分布的多個試劑氣體流路徑，因此能夠覆蓋整個預成型體並且能夠獲得預成型體的均勻緻密化。
[0051]上述裝載器設 備包括單個裝載器級，即單個環形裝載器空間。然而，本發明的裝載器設備可以具有多個裝載器級，所述多個裝載器級以在滲透裝置內的佔據方面得到優化的方式相對於彼此設置。
[0052]在本發明的第一個方面，裝載器設備具有多個彼此堆疊的環形裝載器級。
[0053]圖6和7顯示了裝載器設備200，所述裝載器設備200包括多個環形裝載器級210、220,230,240和250，所述多個環形裝載器級210、220、230、240和250彼此堆疊並且分別通過內部環形豎直壁2100、2200、2300、2400和2500和外部環形豎直壁2101、2201、2301、2401和2501形成，所述內部環形豎直壁2100、2200、2300、2400和2500和外部環形豎直壁2101、2201、2301、2401和2501分別在其之間限定環形裝載器空間2102、2202、2302、2402和2502。級210、220、230、240和250的每一者具有與參考圖1和2的上述級11的結構相似的結構，出於簡化的目的不再詳細描述。
[0054]環形墊圈260和261設置在各個內部環形豎直壁2200、2300、2400和2500和外部環形豎直壁2201、2301、2401和2501的頂邊緣上從而提供環形裝載器級210、220、230、240和250之間的密封。
[0055]通過環形裝載器級250組成的裝載器設備200的底部通過第一環形板270閉合，所述第一環形板270具有兩個環形墊圈262和263，所述兩個環形墊圈262和263介於第一環形板270和級250的內部和外部環形豎直壁2500和2501的底邊緣之間，而通過環形裝載器級210組成的裝載器設備200的頂部通過第二環形板271閉合，所述第二環形板271具有兩個環形墊圈264和265，所述兩個環形墊圈264和265介於第二環形板271和級210的內部和外部環形豎直壁2100和2101的頂邊緣之間。
[0056]一旦級210、220、230、240和250裝載有葉片纖維預成型體40，通過裝載器設備200構成的堆疊在其中間用試劑氣體進料，使得試劑氣體流Fg通過內部環形豎直壁2100、2200、2300、2400 和 2500 的孔 2110、2210、2310、2410 和 2510 穿透進入各個級 210、220、230、240和250的環形裝載器空間2102、2202、2302、2402和2502。在穿過環形裝載器空間2102、2202、2302、2402和2502之後，試劑氣體剩餘物通過外部環形豎直壁2101、2201、2301、2401和 2501 的孔 2111、2211、2311、2411 和 2511 取出。
[0057]圖8和9顯示了裝載器設備400，所述裝載器設備400包括多個環形裝載器級410、420,430,440和450，所述多個環形裝載器級410、420、430、440和450彼此堆疊從而限定各自的環形裝載器空間4102、4202、4302、4402和4502。葉片纖維預成型體50設置在上述這些環形裝載器空間的每一者中。級410、420、430、440和450的每一者具有與參考圖4所述的級31的結構相似的結構，出於簡化的目的不再詳細描述。
[0058]環形墊圈460和461設置在各個內部和外部環形豎直壁4200、4300、4400&4500和4201、4301、4401&4501的頂邊緣上，從而提供在環形裝載器級410、420、430、440和450之間的密封。
[0059]通過環形裝載器級450組成的裝載器設備400的底部通過第一環形板470閉合，所述第一環形板470具有兩個環形墊圈462和463，所述兩個環形墊圈462和463介於第一環形板470和級410的內部和外部環形豎直壁4500和4501的底邊緣之間，而通過環形裝載器級410組成的裝載器設備400的頂部通過第二環形板471閉合，所述第二環形板471具有兩個環形墊圈464和465，所述兩個環形墊圈464和465介於第二環形板471和級410的內部和外部環形豎直壁4100和4101的頂邊緣之間。
[0060]每個板470和471具有在徑向上沿著板延伸的各自的多個系列的孔4701和4711。在裝載器設備400中緻密化纖維預成型體50的過程中，試劑氣體流Fg例如從孔4711引入並且連續穿過環形裝載器空間4102、4202、4302、4402和4502。在這種情況下，試劑氣體剩餘物通過孔4701從裝載器設備400中排出。當然，可以使試劑氣體以相反方向流動通過設備，即其可以通過孔4701引入設備並且通過孔4711排出。
[0061]當用包括多個通過閉合板中的孔進料試劑氣體的環形裝載器級的裝載器設備(如裝載器設備400)緻密化葉片纖維預成型體時，本 申請人:發現當葉片預成型體的翼部在兩個相鄰的裝載器級中在不同取向下時，獲得更好的試劑氣體的流動。更精確地，並且如圖9中所示，環形裝載器級410、430和450中存在的葉片預成型體50以如下方式設置在環形裝載器級410、430和450中:其翼部520的抽吸側表面522在相應的環形裝載空間中面對順時針方向，而級420和440中存在的葉片預成型體50以如下方式設置在級420和440中:其翼部520的抽吸側表面522在相應的環形裝載空間中面對逆時針方向。通過使葉片預成型體的受壓側(或抽吸側)表面從堆疊中的一個裝載器級變至另一個裝載器級交替地面對順時針方向和逆時針方向，氣體在位於最接近進入裝載器設備的試劑氣體入口的預成型體和位於最遠離所述入口的預成型體之間更好地分布，因此能夠獲得裝載器設備中的預成型體的更均勻的緻密化。
[0062]在本發明的第二個方面，裝載器設備包括多個相對於彼此同軸設置的環形裝載器級。
[0063]圖10顯示了裝載 器設備500，所述裝載器設備500包括多個環形裝載器級510、520和530，所述多個環形裝載器級510、520和530具有不同的直徑並且相對於彼此同軸設置。級510、520和530的每一者具有與參考圖4的上述級31的結構相似的結構，出於簡化的目的不再詳細描述。在目前描述的實施例中，裝載器設備具有4個環形豎直壁5100、5200,5300和5301，所述環形豎直壁5100、5200、5300和5301具有各自的漸減的直徑。級510具有通過環形豎直壁5100和5200限定的環形裝載器空間513。級520包括通過環形豎直壁5200和5300限定的環形裝載器空間523。最後，級530包括通過環形豎直壁5300和5301限定的環形裝載器空間533。葉片纖維預成型體60裝載在級510、520和530的各自的環形裝載器空間513、523和533的每一者中。
[0064]裝載器設備500的底部通過第一板502閉合，而裝載器設備500的頂部通過環形的第二板503閉合。如上所述的圖4的裝載器設備30,板502和503的每一者具有允許試劑氣體進入環形裝載器空間的孔。
[0065]更精確地，如圖10中所示，板503具有圍繞級510的環形裝載器空間513分布的第一組多個系列的孔5030,每個系列在徑向上在每個裝載器單兀格514的上方延伸。同樣地，板503具有圍繞級520的環形裝載器空間523分布的第二組多個系列的孔5031，每個系列在徑向上在每個裝載器單元格524的上方延伸。最後，板503具有圍繞級520的環形裝載器空間523分布的第三組多個系列的孔5032，每個系列在徑向上在每個裝載器單元格524的上方延伸。第一、第二和第三系列的氣體流動孔以與板502中相似的方式製得(圖10中未示出)。
[0066]對於裝載器設備500，試劑氣體流通過在板502或板503中形成的氣體流動孔引入環形裝載器空間513、523和533，且其剩餘物通過在板503或板502中形成的氣體流動孔排出。
[0067]在一個變體實施方案中，裝載器設備具有多個環形裝載器級，所述多個環形裝載器級具有不同的直徑並且相對於彼此同軸設置，如圖10中所示，但是同軸級的每一者具有與參考圖2的上述級11的結構相似的結構。在這種情況下，兩個相鄰的裝載器級共用的環形豎直壁的透氣孔被設置成通往兩個相鄰級的裝載器單元格。在這種情況下，引入第一裝載器級的試劑氣體的量增加使得足夠量的氣體停留在所有其它同軸級中，氣體通過所有其它同軸級流動。
[0068]本發明的裝載器設備還可以包括多個環形裝載器級，一些環形裝載器級相對於彼此同軸設置，另一些環形裝載器級彼此堆疊，如圖11中所示，圖11顯示了裝載器設備600，所述裝載器設備600包括5個與圖10的裝載器設備500相似(即各自通過至少3個相對於彼此同軸設置的裝載器級構成)的裝載器亞設備610、620、630、640和650。5個裝載器亞設備610、620、630、640和650也彼此堆疊，通過級650組成的堆疊的底部通過板602閉合，所述板602具有圍繞級650的環形裝載器空間設置的3個系列的氣體流動孔6020、6021和6022，每個系列在徑向上在每個裝載器單元格的上方延伸。同樣地，通過級610組成的堆疊的頂部通過板603閉合，所述板603具有圍繞級610的環形裝載器空間分布的3個系列的氣體流動孔6030、6031和6032，每個系列在徑向上在每個裝載器單元格的上方延伸。
[0069]本發明的裝載器設備，無論其是否具有一個或多個彼此堆疊或相對於彼此同軸設置的環形裝載器級，行為類似微反應器，使其包含的基材以獨立方式進行緻密化。因此，當緻密化爐或裝置的反應室的容量允許時，多個設備可以設置在單個室中。因此可以設想多種裝載構造。[0070]圖12為顯示其中裝載有用於緻密化的基材的化學氣相滲透裝置或爐的反應室70的圖。室70通常為圓柱形形狀。
[0071]為了緻密化基材，包含一種或多種待沉積的基質材料的前體的試劑氣體被引入室70。例如，當材料為碳時，使用氣態烴化合物，通常為丙烷或甲烷或兩者的混合物。當材料為陶瓷例如碳化矽(SiC)時，能夠以已知的方式使用甲基三氯矽烷(MTS)作為SiC的前體。
[0072]以公知的方式，通過在多孔基材內沉積基質材料從而緻密化多孔基材，該材料通過擴散至基材的可及內孔內的試劑氣體中包含的前體的分解而產生。通過化學氣相滲透獲得各種基質沉積物所需的溫度和壓力條件本身是公知的。
[0073]在所示實施例中，試劑氣體通過通往室的頂部的進入管道71運輸。剩餘氣體通過連接至抽吸構件(未示出)的排出管道72從室的底部取出。
[0074]室的內部通過石墨感受器73加熱，所述石墨感受器73形成與感應線圈(未示出)電磁耦合的次級電路。感受器73與管道71穿過的蓋子70a和管道72穿過的底部70b合作，從而限定室的內部體積74。底部和蓋子同樣由石墨製成。
[0075]為了緻密化多孔基材，例如葉片纖維預成型體，通過裝載器設備75將預成型體裝載在室70的內部體積 74中，所述裝載器設備75由設置在底板752和頂板753之間的多個裝載器級751組成。裝載器設備75的結構和操作與參考圖6和7描述的設備200的結構和操作相似。頂板753中的中間開口 7530連接至試劑氣體進入管道71從而通過裝載器級751的內部實施方案7510中存在的氣體進料孔7511向設備75的裝載器級751進料。通過設備75的裝載器級751的外壁7512中存在的排出孔7513排出的剩餘氣體通過排出管道72從室中取出。試劑氣體流通過裝載器設備75的流動如圖7中所示。
[0076]圖13為化學氣相滲透裝置或爐的反應室80的圖，所述化學氣相滲透裝置或爐具有通過感受器83、蓋子80a和底部80b限定的內部體積84，所述蓋子80a具有多個穿過其的試劑氣體進料管道81，所述底部80b具有穿過其的排出管道82。通過裝載器設備85將多孔基材，例如葉片纖維預成型體裝載在室80內，所述裝載器設備85由設置在底板852和頂板853之間的多個裝載器級851組成。裝載器設備85的結構和操作與參考圖8和9描述的設備400的結構和操作相似。頂板853中的進料孔連接至試劑氣體進入管道81從而向設備85的裝載器級851進料。通過底板852中存在的排出孔(圖13中未示出)排出的剩餘氣體通過排出管道82從室中取出。試劑氣體流通過裝載器設備85的流動如圖9中所示進行。
[0077]例如通過使用與圖11相似的裝載器設備，反應室80可以同樣良好地裝載有多孔基材，例如葉片纖維預成型體。
[0078]圖14顯示了使用金字塔結構的另一個可能的裝載構造。該構造包括在化學氣相滲透裝置或爐的反應室90中堆疊多個裝載器設備，在該實施例中存在三個直徑漸減的裝載器設備91、92和93。裝載器設備91、92和93的結構和操作與參考圖8和9描述的設備400的結構和操作相似。試劑氣體通過各自的進入管道95a、96a和97a引入裝載器設備91、92和93。來自裝載器設備91、92和93的剩餘氣體通過各自的排出管道95b、96b和97b排出。
[0079]在如圖15中所示的又一個可能的裝載構造中，多個裝載器設備堆疊在化學氣相滲透裝置或爐的反應室800中，在該實施例中存在四個直徑相同的裝載器設備801至804。裝載器設備801至804的結構和操作與參考圖8和9描述的設備400的結構和操作相似。試劑氣體通過各自的進入管道805a、806a、807a和808a引入裝載器設備801至804。來自裝載器設備801至804的剩餘氣體通過各自的排出管道805b、806b、807b和808b排出。
[0080]例如，本發明的裝載器設備的所有元件(壁、板、基材支撐元件……)可以由石墨、膨脹石墨或C/C複合材料製成。
[0081]當多次裝載由多個裝載器設備構成並且每個裝載器設備可能包括多個裝載器級時，緻密化裝置的適應僅包括向由設備之一組成的每個微反應器進料試劑氣體。試劑氣體流速僅乘以待進料的設備的數量和每個設備的裝載器級的數量。此外，通過使用本發明的裝載器設備消除了在大尺寸反應室中使用自由流動方法所碰到的死區中的流動的問題。
[0082]與常規使用自由流動的標準工具相反，本發明的裝載器設備還具有的優點在於，能夠提前(即遠離包括滲透爐的房屋)準備裝載，並且能夠以更低的風險將待緻密化的基材運輸到反應室中。裝 載和卸載化學氣相滲透爐所需的時間因此縮短並且操作變得更簡單。
【權利要求】
1.裝載器設備(10)，所述裝載器設備(10)用於將主要以縱向方向延伸的三維形狀的多孔基材(20)裝載到滲透爐的反應室中，所述滲透爐通過定向流動的化學氣相滲透緻密化預成型體，所述設備的特徵在於其包括: 至少一個環形裝載器級(11)，所述環形裝載器級(11)通過第一和第二環形豎直壁(IlOUll)形成，所述第一和第二環形豎直壁(110、111)相對於彼此同軸設置並且在其之間限定用於待緻密化的多孔基材的環形裝載器空間(13)； 第一和第二板(112、113)，所述第一和第二板(112、113)分別覆蓋環形裝載器空間(13)的底部和頂部； 第一和第二環形豎直壁(110、111)的每一者包括設置在環形裝載器空間(13)中的支撐元件(1100、1110)，第一和第二環形豎直壁的支撐元件在徑向上對齊從而在其之間限定分別用於接收各個待緻密化的基材的裝載器單元格(14);和 所述設備還包括鄰近每個裝載器單元格的至少一個氣體進料孔(1102)和至少一個氣體排出孔(1112)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，每個裝載器級(11)的第一環形豎直壁(110)包括鄰近每個裝載器單元格(14)的至少一個氣體進料孔(1102)，並且每個裝載器級的第二環形豎直壁(111)包括鄰近每個裝載器單元格(14)的至少一個氣體排出孔(1112)。
3.根據權利要求2所述的設備，其特徵在於，其包括多個彼此堆疊並且設置在第一和第二板(270,271)之間的環形裝載器級(210、220、230、240、250)。
4.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，第一板(313)具有對準每個裝載器單元格(34)的氣體進料孔(3132)，並且第二板(312)具有對準每個裝載器單元格(34)的氣體排出孔(3120)。
5.根據權利要求4所述的設備，其特徵在於，其包括多個彼此堆疊並且設置在第一和第二板(470、472)之間的環形裝載器級(410、420、430、440、450)。
6.根據權利要求4或權利要求5所述的設備，其特徵在於，其進一步包括多個不同徑向尺寸的環形裝載器級(510、520、530)，所述級相對於彼此同軸設置。
7.通過化學氣相滲透緻密化多孔基材的裝置，多孔基材為主要以縱向方向延伸的三維形狀，所述裝置包括反應室(70)，位於室的第一端部處的試劑氣體進入管道(71)，和位於鄰近室的第二端部遠離第一端部的排出管道(72)，所述裝置的特徵在於，室包括多個主要以縱向方向延伸的三維形狀的多孔基材，所述基材設置在根據權利要求3、5和6任一項所述的裝載器設備(75)中，通過室的試劑氣體進入管道向所述設備的一個或多個氣體進料孔進料試劑氣體。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，多孔基材為航空發動機葉片的纖維預成型體。
9.通過化學氣相滲透緻密化多孔基材的裝置，多孔基材為主要以縱向方向延伸的三維形狀，所述裝置包括反應室(80)，位於室的第一端部處的多個試劑氣體進入管道(81)，和位於鄰近室的第二端部遠離第一端部的至少一個排出管道(82)，所述裝置的特徵在於，室包括多個主要以縱向方向延伸的三維形狀的多孔基材，所述基材設置在根據權利要求5或權利要求6所述的裝載器設備(85)中，通過室的試劑氣體進入管道(81)向每個設備的一個或多個氣體進料孔進料試劑氣體。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，室包括多個彼此堆疊的直徑漸減的裝載器設備(91、92、93)。
11.根據權利要求9或權利要求10所述的裝置，其特徵在於，室包括多個彼此堆疊的直徑相同的裝載器設備(801、802、803、804)。
12.根據權利要求9至11任一項所述的裝置，其特徵在於，多孔基材為航空發動機葉片的纖維 預成型體。
【文檔編號】C23C16/04GK103930594SQ201280055238
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年9月14日 優先權日:2011年9月28日
【發明者】S·伯特蘭, F·拉穆魯, S·古雅爾 申請人:赫拉克勒斯公司