化學氣相滲透

化學氣相滲透（CVI）是一種成熟且專業的製造技術，用於生產高性能陶瓷基複合材料（CMC），例如碳/碳（C/C）、碳/碳化矽（C/SiC）複合材料以及SiC/SiC複合材料，這些材料通常會加入氮化硼（BN）介相。該製程與化學氣相沉積（CVD）密切相關，但特別針對多孔纖維增強基材進行了調整。

在 CVI 過程中，反應性氣體會深入滲透至織造碳纖維基材或碳泡沫的孔隙網絡中。在結構內部，這些氣體會在高溫下分解或發生反應，於內部表面形成薄而高純度的陶瓷層。這會導致複合材料從內而外逐漸致密化，從而生產出輕量且極其堅固的陶瓷材料。

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流程

在化學氣相滲透（CVI）製程中，首先將多孔預成型體（例如碳纖維織物或碳化矽纖維氈）置入高溫反應器內。隨後將反應室抽真空，並將溫度升至通常介於 800 至 1,200 °C 之間。一旦達到這些條件，便將反應性氣體混合物（例如甲烷、MTS 或氫氣）導入反應室。氣體會深層滲透至預成型體的孔隙結構中，並在接觸內部纖維表面時發生分解或反應。此反應會形成一層固態陶瓷層，並在材料內部逐漸堆積。滲透過程將持續數小時甚至數天，直至複合材料達到所需的致密化程度及目標殘餘孔隙率為止。

三種主要的 CVI 方法

等溫CVI（I-CVI）：將坯體維持在恆定溫度下，氣體自然擴散至孔隙中，並在該處沉積固體材料。此方法設置簡單且能精確控制微觀結構，但速度極慢，且在較厚的部件中容易出現滲透不完全的情況。
梯度CVI（G-CVI）：利用坯體內的溫度梯度，促進目標區域的沉積，相較於I-CVI，此法能提升均勻性並加速製程。雖然速度較快且能提升厚壁部件的密度，但需要更複雜的溫度控制。
強制式CVI（F-CVI）：透過施加壓力梯度，將氣體強制導入坯體，即使在厚壁或複雜形狀的工件上，也能實現快速且均勻的沉積。此方法最適合工業規模生產，但需要更複雜的整體系統設計。

本質上，CVI 方法的主要差異在於溫度控制及氣體輸送至預成型體的方式，需根據應用需求在製程速度、均勻度與設備複雜度之間取得平衡。

優點與應用

CVI 技術可生產高性能複合材料，例如用於航太領域的碳-碳構件，以及應用於渦輪機、航空與能源領域的 SiC/SiC 陶瓷基複合材料。這些材料兼具高強度與高剛性，同時具備低密度及優異的熱穩定性和機械穩定性，能在超過 1,500 °C 的溫度下維持性能，並能抵抗熱衝擊與氧化。

除了材料本身的特性之外，CVI 製程還具備固有的技術優勢：它能確保極高的材料純度，在沉積陶瓷層時動作溫和且不會損壞纖維，並能精確控制微觀結構。這使得複合材料的品質具有高度可重複性，使 CVI 成為製造先進且要求嚴苛的結構材料的理想方法。

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