[發(fā)明專利]形成陶瓷基體復(fù)合材料的方法和陶瓷基體復(fù)合材料元件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210433804.1
• 申請(qǐng)日: 2012-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN103183519B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P.德迪戈;J.張
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): C04B37/00
• 分類號(hào): C04B37/00;C04B35/622;F01D5/28;F01D9/02;F01D25/24
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 肖日松,嚴(yán)志軍

關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明

本發(fā)明在由能源部授予的合同號(hào)DE-FC26-05NT42643下利用政府支持而進(jìn)行。政府對(duì)本發(fā)明具有一定權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及用于發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)，更具體地涉及形成包括渦輪葉片的陶瓷基體復(fù)合材料元件的方法和用于燃?xì)廨啓C(jī)的陶瓷基體復(fù)合材料元件。

背景技術(shù)

已提出碳化硅(SiC)基陶瓷基體復(fù)合材料(CMC)作為用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的某些元件(如渦輪葉片和導(dǎo)葉)的材料。已知多種方法用于制造SiC基CMC元件，包括Silicomp、熔體滲透(MI)、化學(xué)氣相滲透(CVI)、聚合物膨脹熱解(PIP)，和氧化物/氧化物過程。盡管這些制造技術(shù)彼此顯著不同，但每一種制造技術(shù)涉及使用手工涂敷和工具或模頭，以通過包括在各種加工階段施加熱量的方法制備近終型部件。

正如由更常規(guī)的超合金材料所形成的渦輪葉片和導(dǎo)葉，CMC葉片和導(dǎo)葉主要裝備有腔體和冷卻通道以降低重量、降低離心荷載，并降低元件的運(yùn)行溫度。這些特征通常使用可移動(dòng)且不重復(fù)使用的工具的組合而在CMC元件中形成。

目前CMC元件中形成內(nèi)部通道或腔體的制造方法使用需要在燒盡循環(huán)期間從內(nèi)部通道被“熔融”出或去除的材料。形成具有腔體的CMC元件包括多個(gè)步驟，所述多個(gè)步驟包括使用預(yù)成型體。首先，將多個(gè)陶瓷層片以預(yù)定模式鋪疊在心軸或模具上，以提供元件的所需最終形狀或近終型以及所需的機(jī)械性質(zhì)，所述多個(gè)陶瓷層片中的一些可包括增強(qiáng)材料，或用基體預(yù)浸漬。所述心軸一般選自諸如錫、乙烯基或其他可熔融材料的材料。所鋪疊的層片可用基體材料(如SiC)預(yù)浸漬(pre-preg)，或者在鋪疊層片之后用基體浸漬。在CMC預(yù)成型體的致密化之前，通過燒盡循環(huán)去除所述心軸。在燒盡循環(huán)中，CMC預(yù)成型體被倒置，心軸形成材料(如錫、乙烯基或其他可熔融材料)被熔融出而通過預(yù)成型體CMC的開放尖端，從而留下開放尖端區(qū)域。

在燒盡循環(huán)之后，由于復(fù)合材料的揮發(fā)性物質(zhì)的燒化，CMC預(yù)成型葉片非常脆性。在用于燃?xì)廨啓C(jī)中之前，CMC預(yù)成型體的開放尖端區(qū)域需要封蓋或關(guān)閉。在已知方法中，為了關(guān)閉CMC預(yù)成型體的開放尖端區(qū)域，將尖端蓋插入脆性開放尖端區(qū)域。尖端蓋可以以具有多個(gè)層片(一般20-50個(gè)層片)的CMC層合部件的形式成型，并成形為開放尖端區(qū)域以填充CMC預(yù)成型體的開放尖端區(qū)域。通過將CMC層片切削至所需形狀并以所需幾何形狀鋪疊所述層片來形成CMC層合尖端蓋是時(shí)間密集和勞動(dòng)密集的。將具有多個(gè)層片的CMC層合物置于開放尖端區(qū)域中也產(chǎn)生挑戰(zhàn)。另外，由于CMC層合物和預(yù)成型葉片在致密化之前為脆性的，因此這些元件可能在組裝期間易于損壞。

因此，不遭受如上缺點(diǎn)的形成陶瓷基體復(fù)合材料元件的方法和用于燃?xì)廨啓C(jī)的陶瓷基體復(fù)合材料元件是本領(lǐng)域中期望的。

發(fā)明內(nèi)容

范圍與原始要求保護(hù)的本發(fā)明相同的某些實(shí)施例總結(jié)如下。這些實(shí)施例不旨在限制所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，相反，這些實(shí)施例僅旨在提供本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要總結(jié)。實(shí)際上，本發(fā)明可涵蓋可與如下所述的實(shí)施例類似或不同的多種形式。

根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例，提供了一種形成陶瓷基體復(fù)合材料元件的方法。所述方法包括提供具有腔體的成型陶瓷構(gòu)件。所述方法包括用陶瓷泡沫填充所述腔體的至少一部分。所述方法包括加工所述成型陶瓷構(gòu)件和陶瓷泡沫以獲得陶瓷基體復(fù)合材料元件。

根據(jù)本公開的另一示例性實(shí)施例，提供了一種形成陶瓷基體復(fù)合材料葉片的方法。所述方法包括提供經(jīng)部分固化的陶瓷基體復(fù)合材料葉片殼，其中所述陶瓷基體復(fù)合材料葉片殼具有腔體，且所述陶瓷基體復(fù)合材料葉片殼具有至少一個(gè)內(nèi)部通道。所述方法包括在所述陶瓷基體復(fù)合材料葉片殼的腔體中鄰近所述至少一個(gè)內(nèi)部通道施用阻擋層。所述方法包括用陶瓷泡沫填充所述腔體的至少一部分，所述陶瓷泡沫被施用至所述阻擋層，并可操作以形成尖端構(gòu)件。所述方法包括加工所述經(jīng)部分固化的陶瓷基體復(fù)合材料葉片殼和尖端構(gòu)件，以形成陶瓷基體復(fù)合材料葉片。

根據(jù)本公開的另一示例性實(shí)施例，提供了一種陶瓷基體復(fù)合材料元件。所述元件包括具有腔體的成型陶瓷構(gòu)件。將阻擋層施用至所述成型構(gòu)件的腔體，并將陶瓷泡沫施用至所述阻擋層，從而填充所述腔體。加工包括陶瓷泡沫的成型陶瓷構(gòu)件以形成陶瓷基體復(fù)合材料元件。

根據(jù)與以舉例的方式說明本發(fā)明的原理的附圖結(jié)合的如下優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的陶瓷基體復(fù)合材料元件的透視圖。