用化學蒸汽浸滲（CVI）制備的具有受控微結構的陶瓷基復合結構的制作方法

本發明大體上涉及層壓結構，且具體而言涉及用化學蒸汽浸滲制備的層壓結構。

背景技術：

為了用化學蒸汽浸滲(CVI)制備陶瓷基復合(CMC)結構，可提供預制件。預制件可包含纖維，該纖維例如可為單向的或編織的。在一種形式中，纖維可為陶瓷基的，可由SiC形成。在反應腔內在升高的溫度下，預制件可以被暴露于某些氣體中。通過在升高的溫度下暴露于某些氣體，可發生反應且稱為基質的固體材料可沉積在預制件的纖維上。

用化學蒸汽浸滲(CVI)制備的陶瓷基復合物(CMC)可潛在地用在直到且大于2700華氏度的溫度下。CVI CMC結構的一個關鍵限制是該結構具有顯著的孔隙率(比如直到15％和更多)，其一般在CMC結構的中心最大且隨著預制件的增大的厚度而增大。孔隙率可隨著厚度而增大，且可顯著地影響面內和層間性能二者以及復合材料的整體抗氧化性。

技術實現要素：

根據本文中所述的方法，具有第一和第二預制層的多個預制層可關聯在一起以限定預制件。預制件可經受化學蒸汽浸滲處理(CVI)以限定陶瓷基復合(CMC)結構。

一種方法，其包括：

關聯多個預制層以形成預制件，其中，多個預制層中的第一預制層和第二預制層具有不同的平均孔隙大小；和

使預制件經受化學蒸汽浸滲(CVI)以形成致密化陶瓷基復合(CMC)結構。

優選地，第一預制層具有第一平均孔隙大小，其中第二預制層具有第二平均孔隙大小，且其中第二平均孔隙大小大于第一平均孔隙大小。

優選地，第一預制層是具有第一平均孔隙大小的中間預制層，其中第二預制層是限定預制件外表面的外表面預制層，且其中第二預制層具有比第一平均孔隙大小大的第二平均孔隙大小。

優選地，多個預制層包括第三預制層，其中第二預制層配置在第一預制層的第一側處，其中第三預制層配置在第一預制層的第二側處，且其中第二預制層和第三預制層各自具有比第一預制層的平均孔隙大小大的平均孔隙大小。

優選地，多個預制層的數量從由以下構成的組合中選擇：(a)多于1個預制層，(b)多于5個預制層，(c)多于20個預制層，(d)多于50個預制層，和(e)多于100個預制層。

優選地，由多個預制層形成的預制件是實心結構，其中多個預制層包括中心預制層、從中間預制層到限定預制件第一外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第一組預制層、和從中間預制層到限定預制件第二外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第二組預制層。

優選地，該預制件是中空結構預制件，其中預制件的多個預制層限定中空結構預制件的側壁，其中多個預制層包括中心預制層、從中間預制層到限定中空結構預制件外表面的預制層的具有增加的平均孔隙大小的第一組預制層、和從中間預制層到限定中空結構預制件內表面的預制層的具有減小的平均孔隙大小的第二組預制層。

優選地，該預制件是中空結構預制件，其中預制件的多個預制層限定了中空結構預制件的側壁，其中多個預制層中的限定中空結構預制件內表面的某預制層具有多個預制層中最小的平均孔隙大小，且其中，多個預制層中的在從該某預制層的位置到限定中空結構預制件外表面的預制層的位置的連續位置中的預制層具有增大的平均孔隙大 小。

優選地，該方法包括執行用于制備多個預制層中的一個或更多個預制層的過程。

優選地，執行用于制備的過程包括使用孔隙形成劑。

優選地，執行用于制備的過程包括使用填料。

優選地，該方法包括控制多個預制層中的一個或更多個預制層的平均孔隙大小，且其中，控制一個或更多個預制層的平均孔隙大小包括增加或減少在用于制備多個預制層中的一個或更多個預制層的熱解過程期間使用的填料的量。

優選地，該方法包括控制多個預制層中的一個或更多個預制層的平均孔隙大小，且其中，控制一個或更多個預制層的平均孔隙大小包括控制在制備多個預制層中的一個或更多個預制層期間使用的孔隙形成劑的特性。

優選地，該方法包括將預制件定形為渦輪構件的形狀。

優選地，該方法包括將預制件定形為渦輪構件的形狀，且使得多個預制層中的一個或更多個中間預制層具有比多個預制層中的一個或更多個外表面預制層小的平均孔隙大小。

一種結構，其包括：

多個預制層，其關聯在一起以限定預制件；

其中，多個預制層中的第一預制層和第二預制層具有不同的平均孔隙大小。

優選地，第二預制層具有比第一預制層大的平均孔隙大小。

優選地，第一預制層是具有第一平均孔隙大小的中間層，其中，第二預制層具有第二平均孔隙大小，第二平均孔隙大小比第一平均孔隙大小大。

優選地，多個預制層包括第三預制層，其中第二預制層配置在第一預制層的第一側處，其中第三預制層配置在第一預制層的第二側處，且其中，第二預制層和第三預制層各自具有比第一預制層的平均 孔隙大小大的平均孔隙大小。

優選地，多個預制層中的中間預制層具有多個預制層中最小的平均孔隙大小，且其中，在從中間預制層的位置到限定預制件外表面的預制層的位置的連續位置處的預制層具有增大的平均孔隙大小。

優選地，預制件具有多個層，各連續的層具有比最內層大的平均孔隙大小。

優選地，預制件處于渦輪構件的形狀。

優選地，預制件處于渦輪部件的形狀，且其中，多個預制層中的一個或更多個中間層具有比多個層中的限定預制件外表面的一個或更多個端部層小的平均孔隙大小。

優選地，第一預制層包括纖維。

優選地，纖維包括單向纖維。

優選地，纖維包括編織纖維。

優選地，纖維包括單向纖維和編織纖維的組合。

優選地，在纖維上形成涂層。

優選地，多個預制層的數量從由以下構成的組合中選擇：(a)多于1個預制層，(b)多于5個預制層，(c)多于20個預制層，(d)多于50個預制層，和(e)多于100個預制層。

一種用于提供渦輪構件的結構，該結構包括：

多個預制層，其關聯在一起以限定預制件；

其中，多個預制層中的第一預制層和第二預制層具有不同的平均孔隙大小。

一種方法包括：

關聯多個預制層以限定預制件，其中，多個預制層包括第一預制層和第二預制層；和

使預制件經受化學蒸汽浸滲(CVI)以限定致密化陶瓷基復合(CMC)結構。

一種方法包括：

關聯多個預制層以限定預制件，其中，多個預制層包括第一預制層和第二預制層，且其中，第一預制層或第二預制層中的一個或更多個包括單向纖維；和

使預制件經受化學蒸汽浸滲(CVI)以限定致密化陶瓷基復合(CMC)結構。

一種方法，包括：

關聯多個預制層以限定預制件，其中，多個預制層包括第一預制層和第二預制層，且其中，該方法包括使用孔隙形成劑來制備多個預制層中的一個或更多個預制層；和

使得預制件經受化學蒸汽浸滲(CVI)以限定致密化陶瓷基復合(CMC)結構。

一種方法，包括：

關聯多個預制層以形成預制件，其中，多個預制層包括第一預制層和第二預制層，且其中，該方法包括使用填料來制備多個預制層中的一個或更多個預制層；和

使預制件經受化學蒸汽浸滲(CVI)以限定致密化陶瓷基復合(CMC)結構。

技術方案1：一種方法，其包括：

關聯多個預制層以限定預制件，其中，所述多個預制層中的第一預制層和第二預制層具有不同的平均孔隙大小；和

使所述預制件經受化學蒸汽浸滲(CVI)，以限定致密化陶瓷基復合(CMC)結構。

技術方案2：根據技術方案1所述的方法，其中，所述第一預制層具有第一平均孔隙大小，其中，所述第二預制層具有第二平均孔隙大小，且其中，第二平均孔隙大小大于所述第一平均孔隙大小。

技術方案3：根據技術方案1所述的方法，其中，所述第一預制層是具有第一平均孔隙大小的中間預制層，其中，所述第二預制層是限定所述預制件的外表面的外表面預制層，且其中，所述第二預制層 具有比所述第一平均孔隙大小大的第二平均孔隙大小。

技術方案4：根據技術方案1所述的方法，其中，所述多個預制層包括第三預制層，其中，所述第二預制層配置在所述第一預制層的第一側處，其中，所述第三預制層配置在所述第一預制層的第二側處，且其中，所述第二預制層和所述第三預制層各自具有比所述第一預制層的平均孔隙大小大的平均孔隙大小。

技術方案5：根據技術方案1所述的方法，其中，由所述多個預制層限定的預制件是實心結構，其中，所述多個預制層包括中間預制層、從所述中間預制層到限定所述預制件的第一外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第一組預制層、和從所述中間預制層到限定所述預制件的第二外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第二組預制層。

技術方案6：根據技術方案1所述的方法，其中，所述預制件是中空結構預制件，其中，所述預制件的多個預制層限定所述中空結構預制件的側壁，其中，所述多個預制層包括中心預制層、從所述中間預制層到限定所述中空結構預制件的外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第一組預制層、和從所述中間預制層到限定所述中空結構預制件的內表面的預制層的具有減小的平均孔隙大小的第二組預制層。

技術方案7：根據技術方案1所述的方法，其中，所述預制件是中空結構預制件，其中，所述預制件的多個預制層限定所述中空結構預制件的側壁，其中，所述多個預制層中的限定所述中空結構預制件的內表面的某預制層具有所述多個預制層中最小的平均孔隙大小，且其中，所述多個預制層中的在從該某預制層的位置到限定所述中空結構預制件的外表面的預制層的位置的連續位置中的預制層具有增大的平均孔隙大小。

技術方案8：根據技術方案1所述的方法，其中，所述方法包括執行用于制備所述多個預制層中的一個或更多個預制層的過程。

技術方案9：根據技術方案1所述的方法，其中，所述方法包括控制所述多個預制層中的一個或更多個預制層的平均孔隙大小，且其中，控制所述一個或更多個預制層的平均孔隙大小包括增加或減少在用于制備所述多個預制層中的一個或更多個預制層的熱解過程期間使用的填料的量。

技術方案10：根據技術方案1所述的方法，其中，所述方法包括控制所述多個預制層中的一個或更多個預制層的平均孔隙大小，且其中，控制所述一個或更多個預制層的平均孔隙大小包括控制在制備所述多個預制層中的一個或更多個預制層期間使用的孔隙形成劑的特性。

技術方案11：根據技術方案1所述的方法，其中，所述方法包括將所述預制件定形為渦輪構件的形狀，且使得所述多個預制層中的一個或更多個中間預制層具有比所述多個預制層中的一個或更多個外表面預制層小的平均孔隙大小。

技術方案12：一種結構，其包括：

多個預制層，其關聯在一起以限定預制件；

其中，所述多個預制層中的第一預制層和第二預制層具有不同的平均孔隙大小。

技術方案13：根據技術方案12所述的結構，其中，所述第二預制層具有比所述第一預制層大的平均孔隙大小。

技術方案14：根據技術方案12所述的結構，其中，所述第一預制層是具有第一平均孔隙大小的中間層，其中，所述第二預制層具有第二平均孔隙大小，所述第二平均孔隙大小比所述第一平均孔隙大小大。

技術方案15：根據技術方案12所述的結構，其中，所述多個預制層包括第三預制層，其中，所述第二預制層配置在所述第一預制層的第一側處，其中，所述第三預制層配置在所述第一預制層的第二側處，且其中，所述第二預制層和所述第三預制層各自具有比所述第一 預制層的平均孔隙大小大的平均孔隙大小。

附圖說明

圖1是例示層壓結構的制備的流程圖；

圖2是例示具有多個預制層的預制件的立體圖；

圖3是具有多個CMC層結構的CMC結構的立體圖；

圖4是具有預制件結構的孔隙大小分布的沿著圖2所示的預制件結構的A-A線截取的截面圖；

圖5是具有CMC結構的密度分布的沿著圖3所示的CMC結構的B-B線截取的截面圖；

圖6是例示制備具有特定形狀的CMC結構的方法的側截面圖；

圖7是沿著圖6的A-A線截取的截面圖，具有該截面圖的結構的孔隙大小分布的密度分布。

具體實施方式

根據本文中所述的方法，具有第一和第二預制層的多個預制層可關聯在一起以限定預制件。所述預制件可經受化學蒸汽浸滲(CVI)處理，以限定陶瓷基復合(CMC)結構。

根據本文中所述的方法，具有第一和第二預制層的多個預制層被關聯在一起以形成預制件，其中第一預制層和第二預制層具有不同的平均孔隙大小。預制件可經受CVI以限定CMC結構。

根據本文中所述的方法，具有第一和第二預制層的多個預制層可關聯在一起以限定預制件。第一預制層或第二預制層中的一個或更多個可包括單向纖維。預制件可經受CVI以限定CMC結構。

根據本文中所述的方法，具有第一和第二預制層的多個預制層可關聯在一起以限定預制件。用于制備預制層的過程可包括使用孔隙形成劑。預制件可經受CVI以限定CMC結構。

根據本文中所述的方法，具有第一和第二預制層的多個預制層可關聯在一起以限定預制件。用于制備預制層的過程包括使用填料。預制件可經受CVI以限定CMC結構。

參照圖1，闡述了在一個實施方式中用于制備具有多個分層結構的層壓結構的方法。在框10處，具有第一和第二預制層的多個預制層被關聯在一起以限定預制件，其中第一和第二預制層具有不同的平均孔隙大小。在框20處，預制件可經受化學蒸汽浸滲處理(CVI)以限定陶瓷基復合(CMC)結構。在本文中闡述多個例示示例以例示所公開方法的特征和優點。

在一個實施方式中，參照圖2-5，描述了圖1的方法的額外特征。在框10處，如圖2所示的具有第一和第二預制層的多個預制層102，202，302可關聯在一起以限定預制件402，第一和第二預制層具有第一和第二不同的平均孔隙大小。預制件402可具有厚度M，且預制層102，202，302可分別具有約J₁，J₂，J₃的厚度。在框20處，預制件402經受CVI。通過經受CVI，如圖3所示的致密化CMC結構403可限定為具有致密化CMC層結構103、致密化CMC層結構203和致密化CMC結構303。致密化CMC結構403可具有約為M的厚度，且單獨的結構103，203和303可分別具有約為J₁，J₂，J₃的厚度。

參照圖4，圖4的上部是沿圖2的A-A線截取的截面圖。圖4的下部例示通過預制件402厚度的平均孔隙大小分布。在圖2所示的實施方式中，預制件402包括中間層102和外層203，302。如圖4所示，預制層202和303可具有為P₀的平均孔隙大小，且預制層102可具有PA的平均孔隙大小，PA口P0。在一個實施方式中，預制層202，203可具有貫穿它們相應厚度的第一均勻密度，且預制層102可具有比該第一均勻密度大的均勻密度。

參照圖5，圖5的上部是沿著圖3的B-B線截取的截面圖，其示出通過使圖2所示的預制件402經受CVI而限定的致密化結構403。圖5的下部是通過CMC結構403厚度的密度分布。參照圖5，穿過中間CMC層結構103的厚度，CMC結構403可具有U形密度分布，且穿過外層CMC結構203和303時，可具有斜坡形密度分布。從面305到面304和CMC層結構203，CMC層結構203和303可具有大 體上增大的密度，且從面204到面205，可具有大體上增大的密度。通過經受CVI，與CMC結構403的與外表面間隔開的部分相比，CMC結構403的朝外表面304和205的部分可更快速地致密化。在CVI的進行期間，朝外表面304和205的孔隙趨于閉合，從而限制可在CMC結構403的與面304和205間隔開的部分處發生的致密化的程度。

在參照框10所述的一方面中，第一預制層，例如，預制層102，的平均孔隙大小可不同于第二預制層，例如預制層202，的平均孔隙大小。

在另一實施方式中，參照例示備選實施方式中的預制件402的平均孔隙大小分布的虛線502(圖4)，且參照例示備選實施方式中的CMC結構403的密度分布的虛線503(圖5)，來闡述圖1方法的優點。在預制件402的備選實施方式中，預制層102，202，302中的各個可具有共同的平均孔隙大小分布，其中，預制層102，202，302中的各個的平均孔隙大小分布可具有平均孔隙大小P₀。虛線502表示預制件402的平均孔隙大小分布，其中，預制層102、預制層202和預制層302中的各個具有共同的平均孔隙大小分布，其特征是具有平均孔隙大小P₀。

參照圖5，虛線503表示在預制件402具有依照虛線502(圖4)的平均孔隙大小分布的情況下，CMC結構403的密度分布。比較虛線503的密度分布和圖5所示的密度分布，可以看出參照圖1所述的方法可增加CMC結構403的密度均勻度。提供用于經受CVI的具有包括不同平均孔隙大小分布的第一和第二層的預制件402可導致具有更均勻密度的CMC結構403。在圖4和圖5的具體例子中，外表面預制層202和302中的各個可具有比中間預制層102大的平均孔隙大小。在一個實施方式中，使外表面預制層包括較大的平均孔隙大小允許具有多個預制層的預制件的中間部分的改善的致密化。在一個具體實施方式中，預制層102、預制層202和預制層302可具有共同的結構。在此種實施方式中，預制層可具有共同的密度以及共同的平均孔隙大小分布。通過圖5中所示的表示連續密度D₀的水平線來給出預制件 402的示例密度分布，其中，預制層102，202，302具有共同的結構。

在一個實施方式中，具有更均勻密度的CMC結構的特征可在于，與具有較不均勻密度的CMC結構相比，在穿過CMC結構的厚度的最大密度和最小密度之間具有更小的差異。在一個實施方式中，具有更均勻密度的CMC結構的特征可在于，與具有較不均勻密度的CMC結構相比，具有穿過CMC結構的厚度的更小的密度標準差。圖5中所示的密度分布的特征可在于具有更小的最大與最小密度差異和更小的密度標準差，其中密度分布通過虛線503來表示。

參照圖1和圖6，如圖1所述的方法可用來生產具有特定形狀的CMC結構，例如圖6所示的形狀1100。在一個實施方式中，該結構可為具有特定形狀的渦輪構件。本文中的構件可指組件的一部分。參照圖6，在一個例子中，在位置1101，1102，1103，1104，1105，1106和1107處的多個預制層1100可在框10處關聯在一起以限定預制件，并被定形為與形狀1100基本上對應的形狀。在框20處，多個預制層1100可經受CVI以使多個預制層1100致密化和硬化。可以使用加工處理來移除形狀1100邊界外側的材料。圖6所示的形狀1100可為限定渦輪構件的形狀，例如，燃燒襯套、導葉、葉片、噴嘴、動葉、過渡件、渦輪中心框架，或護罩。盡管圖6的例子中的形狀1100示為實心、非中空形狀1100，但另一例子中的形狀1100可通過中空形狀來提供。在形狀1100是實心非中空形狀且外表面暴露于CVI處理腔反應器內的氣氛的情況下，蒸汽可穿過預制件的外表面滲入預制件以進行CVI。在形狀1100是中空形狀且外表面暴露于CVI處理腔反應器內的氣氛但內表面未暴露于CVI處理腔反應器內的氣氛中的情況下，蒸汽可穿過預制件的外表面滲入預制件以進行CVI。在形狀1100是中空形狀且外表面、內表面暴露于CVI處理腔反應器內的氣氛的情況下，蒸汽可穿過預制件的外表面和內表面滲入預制件以進行CVI。

參照圖7，圖7的上部是沿圖6的A-A線截取的截面圖。圖7的下部是通過位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107的 預制層階段中的結構的平均孔隙大小分布。圖7中的中間部分是通過位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107的結構的密度分布。參見圖7，圖線1202是當位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107處的結構處于預制層階段時，通過位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107的一組平均孔隙大小。參照圖線1202，可提供預制層，以便一個或更多個中間預制層具有比外表面預制層小的平均孔隙大小。圖線1204是當位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107處的結構處于致密化CMC階段時，穿過位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107的一組結構密度。

進一步參照圖7，圖線1206是在備選實施例中的經過位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107的一組平均孔隙大小，其中位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107處的結構處于預制層階段，且其中，位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107中的各個處的預制層具有基本上共同的平均孔隙大小尺寸。圖線1208表示在位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107處的具有由圖線1206指示的平均孔隙大小分布的結構經受CVI之后并處于致密化CMC階段時，通過位置1101，1102，1103，1104，1105，1106，和1107的一組密度。

通過比較圖線1204和圖線1208可看出，規定一個或更多個中間預制層具有比一個或更多個外表面預制層小的平均孔隙大小，可導致致密化CMC結構，該致密化CMC結構具有比在各預制層具有共同的平均孔隙大小分布的情況下的制備的CMC結構的密度更均勻的密度。

例如參見圖4闡述了具有多個預制層的預制件，其中，多個預制層包括第一預制層102、第二預制層202、和第三預制層302，其中，第二預制層202配置在預制層102的第一側，其中，第三預制層302配置在預制層102的第二側，且其中，第二預制層202和第三預制層302各自具有比第一預制層102的平均孔隙大小大的平均孔隙大小。

例如參照圖6闡述了具有多個預制層的預制件，其中，多個預制層包括第一預制層，例如在位置1104處、第二預制層，例如在位置1101處，和第三預制層，例如在位置1107處，其中，第二預制層配置在第一預制層的第一側，其中，第三預制層配置在預制層的第二側，且其中，第二預制層和第三預制層各自具有比例如位置1104處的第一預制層的平均孔隙大小大的平均孔隙大小。

圖7例示對于預制件的代表性平均孔隙大小分布的一個實施方式，其中具有形狀1110的預制件是實心結構，且其中，由位置1101和位置1107處的預制層的左側和右側分別限定的實心結構的外表面暴露于CVI處理腔反應器內的氣氛。在圖7的實施方式中，中間位置處的層可具有相對小的平均孔隙大小，且從中間逐漸向外朝第一和第二暴露的外表面位置(在位置1107的左側和位置1101的右側)處的層的孔隙大小可以具有逐漸更大的平均孔隙大小。在此種實施方式中，可有助于更長持續時間在更大體積中和從暴露的外表面(在位置1107的左側處和位置1101的右側處)到更長距離的氣相滲透，以形成具有提高的密度均勻性的CMC結構。在此種實施方式中的一個例子中，在各種位置1101到1107中的各個處的預制層可具有為基本上均一大小的孔隙，其中各層相對于其余的層具有不同的平均孔隙大小。

在圖7中所示的形狀1110是中空結構預制件的側壁，且位置1101右側處的預制層限定暴露于CVI反應腔內氣氛的中空結構預制件的外表面，且位置1107左側處的預制層限定不暴露于CVI反應腔內氣氛的整體中空結構預制件的內表面的情況下，預制件可有利地具有特征在于位置1107處的預制層的相對小的平均孔隙大小和從左到右穿過位置1107到1101處的各種預制層增大的平均孔隙大小。一個實施方式中在本文中所述的中空預制件可為密封的中空預制件。從中間預制層的位置1104到限定外表面的位置1101處的預制層的預制層可具有增大的平均孔隙大小。從中間預制層的位置1104到限定中空預制件內表面的位置1107的預制層的預制層具有減小的平均孔隙大小。 在此種實施方式中，可有助于在更大體積中更長持續時間且從暴露的外表面(在位置1101右側處)到更遠距離的氣相滲透，以形成具有提高的密度均勻性的CMC結構。在此種實施方式中的一個例子中，各種位置1101到1107中的各個處的層可具有為基本上均一大小的孔隙，其中各層相對于其余的層具有不同的平均孔隙大小。

盡管在圖6和圖7中的示范實施方式中具有層的位置數目是一定的數目，但實際渦輪構件中具有層的位置數目可比該一定的數目少或多，例如，任何整數。在一個實施方式中，預制層的數目例如可為多于1、多于3、多于5、多于10、多于20、多于50、多于100。如本文中所述，在由多個預制層形成的預制件是實心結構的情況下，預制件可包括中間預制層、從中間預制層到限定預制件第一外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第一組預制層、和從中間預制層到限定預制件第二外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第二組預制層。在一個例子中，預制件的各預制層具有為基本上均一大小的孔隙。如本文中所述，在由多個預制層形成的預制件是實心結構的情況下，多個預制層中的例如圖7的位置1104處的中間預制層可具有多個預制層中最小的平均孔隙大小，且從中間預制層的位置到限定預制件外表面的預制層的位置的連續位置處的預制層可具有增大的平均孔隙大小。在一個例子中，預制件的各預制層可具有為基本上均一大小的孔隙。如本文中所述，在預制件具有整體中空結構，且預制件的多個預制層限定中空結構預制件的側壁的情況下，該預制件可包括例如在圖7的位置1104處的中間預制層、從中間預制層到限定中空結構預制件外表面的預制層的具有增大的平均孔隙大小的第一組預制層、和從中間預制層到限定中空結構預制件內表面的預制層的具有減小的平均孔隙大小的第二組預制層。在一個例子中，預制件的各預制層具有為基本上均一大小的孔隙。如本文中所述，在預制件是中空結構預制件，預制件的多個預制層限定中空結構預制件的側壁的情況下，多個預制層中的可限定中空結構預制件內表面的某預制層，例如， 圖7所示的位置1107處的層可具有多個預制層中最小的平均孔隙大小，且多個預制層中的在從該某預制層的位置到限定中空結構預制件外表面的預制層的位置的連續位置中的預制層可具有增大的平均孔隙大小。在一個例子中，預制件的各預制層可具有為基本上均一大小的孔隙。

關于與圖1的方法一起使用的預制層，在一個實施方式中，預制層(例如，層102，202，302，位置1101-1107處的預制層)可包含單向纖維(束)。關于預制層，在一個實施方式中，預制層可包含編織纖維。纖維可通過陶瓷纖維來提供。本文中所述的預制層的陶瓷纖維在一個實施例中可包含多晶結構。在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維包括非化學計量的化學成分。在一個實施方式中，本文中所述的預制層陶瓷纖維可包括化學計量的化學成分。在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維可包括非均質的化學成分。在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維可通過單晶纖維來提供。在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維可通過非晶質纖維來提供。在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維可通過碳化硅(SiC)纖維來提供。在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維可通過多晶SiC纖維來提供。本文中所述的預制層可包括能夠允許預制件能夠在經受CVI前定形為所需形狀的粘合劑材料。可規定本文中所述的預制層的陶瓷纖維在1000℃以上的溫度穩定。

在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維可不具有纖維涂層。在一個實施方式中，本文中所述的預制層的陶瓷纖維可包括涂層。此種涂層可為纖維固有的或者是事先沉積的，例如通過CVI或者通過另一方式沉積。用于纖維的涂層可在制備預制件之前沉積或者作為制備預制件的一部分來沉積。

如圖2或圖6所示的描述為關聯在一起的預制層可以通過疊合而關聯，且在一個實施方式中，通過采用在相應的關聯的預制層中含有 的粘合劑或利用由其提供的力來相對于彼此保持在合適的位置。

本文中所述的在未處理階段的預制層的孔隙率可變化。在一個實施方式中，在經受CVI之前的未處理階段，本文中所述的預制層的可各自具有基本上一致的孔隙率(例如，1-D₀)，為在約20％到約90％之間，且相應地，具有在約80％到約10％之間的密度。在另一具體實施方式中，預制件202，302，502，602，702可具有在約40％到約70％之間的孔隙率，且因此具有在約70％到約40％之間的密度。可規定本文中所述的預制層具有共同的材料和結構特性，包括共同的纖維材料特性和孔隙率特性。

為了在框20處的CVI處理的執行，預制件，例如，預制件402或者一組位置1110處的預制件可被引入CVI處理腔反應器中，且合適的氣體可浸滲通過預制件。預制件可通過使預制件經受CVI來提供陶瓷基復合材料(CMC)的強化。合適的氣體包括例如氫、甲基三氯硅烷、三氯化硼、氨、三氯硅烷、和烴類氣體中的任一種，或兩種或更多種的混合物。合適的氣體包括，例如，任何含硅烷的氣體以及任何硅氧烷、硅氮烷、或其他含硅的蒸汽。CVI處理腔反應器中的氣體可不具有主流動方向。規定腔反應器中的氣體不具有主流動方向可降低處理成本。腔中的溫度可以升高，且反應性氣體可在高溫下經歷化學反應。在反應期間，在預制件(例如預制件402或一組位置1110處的預制件)的纖維表面上可形成基質涂層，以限定致密化CMC結構，例如致密化CMC結構403或一組位置1110處的致密化結構。本文中所述的預制件的纖維可通過SiC纖維來提供，可在預制件的纖維上形成例如由SiC，BN，B₄C，Si₃N₄，MoSi₂，SiO₂，SiOC，SiNC，和/或SiONC構成的基質，以限定致密化CMC結構，例如本文中所述的在一組位置1110處的致密化CMC結構403。在一個實施方式中，在執行或CVI期間，可在形成或基質之前如本文中所述地在預制層的纖維上形成涂層。

現在參考本文中所述的預制層的制備且參考此種預制層的平均 孔隙大小的控制。

對于本文中所述的預制層的制備，可通過組合粘結劑、載體、填料、和孔隙形成劑來制備漿料。漿料可被碾壓，以解聚且使粉末分散。可以通過利用氮化硅(BN)涂覆纖維束來制備纖維束(在一個實施方式中，具有約～500個單獨纖維的單個捆)。可通過使纖維束穿過漿料浴而使漿料浸滲到涂覆的纖維束中。然后可將束纏繞到圓筒上，使得以形成卷帶(tape)。可以從圓筒移除卷帶，且可從卷帶上切出單向預制層。具有編織雙向纖維或者另一形式的多向纖維的預制層的制備可包括迫使漿料進入編織雙向纖維或其他形式的多向纖維中。

預制層可疊合成所需的圖案，例如，形狀1100(圖6)的圖案，且疊合可在真空袋或其他過程(例如，高壓釜)中固結。固結的疊層然后可在不活潑氣氛中熱解，在不活潑氣氛中，粘合劑從聚合物轉化成陶瓷，且其中孔隙形成劑揮發。熱解可包括例如在空氣中、在真空中、在不活潑氣氛中、或者在反應性氣氛中焚燒。從而可制備適于CVI致密化的預制件。

關于本文中所述的粘結劑，粘結劑可包括在熱解或焚燒后留下炭/殘渣的有機或無機材料。本文所述的粘結劑可作用為將纖維作為預制件保持在一起。粘結劑的示例包括TEOS、聚碳硅烷、聚碳氮烷、聚硅氧烷、酚醛樹脂、和呋喃化合物。

關于本文中所述的載體，載體可包括溶解或者運載粘結劑和其他組分的有機或無機液體。載體的示例包括水、異丙醇、甲苯、和丙酮。

關于本文中所述的填料，填料可包括有助于控制粘結劑的收縮且在熱解過程中導致孔隙形成的氧化物或非氧化物顆粒或晶須。

關于本文中所述的孔隙形成劑，孔隙形成劑可包括通過固結過程仍可存留但在熱解過程中揮發從而形成孔隙的顆粒或者其他物質。孔隙形成劑的示例可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、尼龍、PTFE、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、和纖維素粉末。在一個實施方式中，孔隙形成劑中包含的顆粒可具有在從約0.5um到約20um的大小范圍 中的平均大小。在一個實施方式中，在孔隙形成劑中包含的顆粒可包括在從約1.0um到約10um的大小范圍中的平均大小。

當粘結劑熱解時，它可經歷由質量損失和密度增加二者導致的收縮。由于系統內的局部約束，該收縮使得孔隙和裂縫打開。可通過添加或減少在熱解期間使用的填料的量來控制整體收縮率且因此控制平均孔隙大小。更多的填料導致更少的粘結劑且因此導致系統內的更小的收縮率。在一個實施方式中圖1中闡述的方法可包括控制多個預制層中的一個或更多個預制層的平均孔隙大小，其中，控制一個或更多個預制層的平均孔隙大小包括添加或者減少在制造一個或更多個預制層的熱解過程期間使用的填料的量。

在一個實施方式中，控制平均孔隙大小可包括如本文所述地控制孔隙形成劑的特性。孔隙形成劑可限定通過固結過程仍存在的基質中的物質。在熱解(或不同的熱處理)期間，可移除孔隙形成劑。除去可例如通過燃燒過程或如果使用低炭率聚合物時通過炭化(分解)過程。孔隙形成劑可留下孔隙，該孔隙相對地不含有將干擾CVI致密化的殘留物。固態聚合物顆粒可用作孔隙形成劑(例如，尼龍)。孔隙形成劑不可溶于載體中，且不會在固結過程期間熔融或顯著變形，以便其可將其形狀和大小保持到熱解過程中。可改變各預制層中的孔隙形成劑的大小和用量，以便改變預制層和具有多個預制層的制備預制體中最終的平均孔隙大小和分布。在一個實施方式中，圖1所述的方法可包括控制多個預制層中的一個或更多個預制層的平均孔隙大小，其中，控制一個或更多個預制層的平均孔隙大小包括控制在第一預制層的制備期間使用的孔隙形成劑的特性。

在一個實施方式中，本文所述的方法可包括依照化學蒸汽浸滲(CVI)來進行浸滲。在本文所述的其中描述CVI過程的任意方法中，備選浸滲過程可替代CVI。在一個實施方式中，此種備選浸滲過程可包括熔滲，諸如反應熔滲(RMI)。在一個實施方式中，此種備選浸滲過程可包括直接熔融氧化(DIMOX)。在一個實施方式中，此種備選浸 滲過程可包括漿料浸滲。在一個實施方式中，此種備選浸滲過程可包括溶膠-凝膠浸滲。在一個實施方式中，此種備選浸滲過程可包括聚合物浸滲。在一個實施方式中，此種備選浸滲過程可包括液態硅浸滲。在一個實施方式中，此種備選浸滲過程可包括組合浸滲過程。

在說明書和權利要求書中所使用的近似的語言可以被用于修飾任何定量表示，在不導致與其相關的基本功能的變化的情況下，這些定量表示是允許改變的。相應地，使用比如“約”修飾的術語不限于指定的精確值。本文所述的術語“限定(define)”包含元素(element)部分被限定以及元素全部被限定的關系。在一些示例中，近似的語言與測量數值的儀器的精密度相對應。此處以及整個說明書和權利要求書，范圍的限定可以組合和/或互換；這樣的范圍是確定的并包括其涵蓋的所有子范圍，除非語境或語言另有所指。雖然本文結合了一些具體的實施方式進行了闡述，但應理解的是，本發明的主旨和范圍僅通過本說明書所支持的權利要求所確定。另外，盡管在此處大量的示例中，其中所述的系統和裝置和方法具有一定數量的元件，應當理解的是，在實踐中，這些系統、裝置和方法具有的元件數量可以比提到的更少或者更多。同樣，盡管描述了一些具體的實施方案，但是應當理解的是，關于每一個具體的實施方式所描述的特征和方面可以被用于每一個之后所具體描述的實施方式中。

盡管本文已經例證并描述了本發明的僅某些特征，但本領域技術人員會想到許多修改和變動。因此，要理解的是，所附權利要求旨在覆蓋落在本發明的實際精神內的所有這類修改和變動。