化学气相渗透

在化学气相渗入工艺中，首先将多孔预成型体（如碳纤维织物或碳化硅纤维毡）置于高温反应釜内。随后对反应釜进行抽真空，并将温度升至通常为800至1,200 °C的范围。一旦达到这些条件，便向反应釜内通入反应性气体混合物，例如甲烷、MTS或氢气。 这些气体深入渗透到预制件的孔隙结构中，在接触内部纤维表面时发生分解或反应。该反应形成了一层固体陶瓷层，并在材料内部逐渐堆积。浸渍过程持续数小时甚至数天，直至复合材料达到所需的致密化程度和目标残余孔隙率。

1. 等温CVI（I-CVI）：将坯体保持在恒定温度下，气体自然扩散进入孔隙，并在其中沉积固体材料。该方法设置简单且能精确控制微观组织，但速度极慢，且在较厚的部件中容易出现渗入不完全的情况。
2. 梯度CVI（G-CVI）：利用坯体内部的温度梯度，促进目标区域的沉积，从而提高均匀性，并相对于I-CVI加快工艺速度。虽然速度更快且能提高厚壁部件的致密性，但需要更复杂的温度控制。
3. 强制CVI（F-CVI）：通过施加压力梯度迫使气体穿过坯体，从而实现快速且均匀的沉积，即使在厚壁或复杂形状的工件上也能实现。该方法最适合工业规模生产，但这需要更复杂的整体系统设计。

本质上，CVI方法的主要区别在于温度控制和气体输送至预制件的方式，需根据应用需求在工艺速度、均匀性和设备复杂性之间取得平衡。

CVI技术能够生产高性能复合材料，例如用于航空航天领域的碳-碳部件，以及用于涡轮机、航空和能源领域的SiC/SiC陶瓷基复合材料。这些材料兼具高强度和高刚度，同时具有低密度以及优异的热稳定性和机械稳定性，能在1,500 °C以上的温度下保持性能，并能抵抗热冲击和氧化。

除了材料本身的性能外，CVI工艺还具有固有的技术优势：它能确保极高的材料纯度，在沉积陶瓷层时操作温和且不会损伤纤维，并能精确控制微观结构。这使得复合材料的质量具有极高的可重复性，因此CVI成为制造先进、高要求结构材料的理想方法。