[發(fā)明專利]一種混合型陶瓷基復(fù)合材料渦輪導(dǎo)向器葉片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310003595.1
• 申請日: 2013-01-06
• 公開（公告）號: CN103061827A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石多奇;牛宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種混合型陶瓷基復(fù)合材料渦輪導(dǎo)向器葉片，其特征在于：它包含葉型部件(2)和內(nèi)核部件(5)，內(nèi)核部件(5)安裝在葉型部件(2)的內(nèi)部；葉型部件(2)由纖維增強陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)成，葉型部件外表面(3)的外形呈三次樣條曲面，確定了葉片的氣動外形，葉型部件內(nèi)表面(4)的形狀也呈三次樣條曲面，確定了內(nèi)部區(qū)域；內(nèi)核部件(5)由與葉型部件(2)完全不同的金屬材料構(gòu)成，內(nèi)核部件(5)的外部形狀與葉型部件(2)的內(nèi)部形狀相對應(yīng)，其上設(shè)置有復(fù)數(shù)個冷卻流道(6)，其中通冷卻氣流(7)來帶走葉片(1)上的熱量；冷卻流道(6)是由內(nèi)核部件外表面(8)上的溝槽來實現(xiàn)，在內(nèi)核部件(5)的前緣設(shè)置有圓柱形的通透進氣風(fēng)室(9)，該進氣風(fēng)室(9)用來從葉片的外部引入冷卻氣流；開孔(10)是用來連接進氣風(fēng)室(9)和冷卻流道(6)的通道，通過對進氣風(fēng)室尺寸的選擇，維持冷卻氣流(7)的壓力在預(yù)定范圍內(nèi)；冷卻氣流(7)流過冷卻流道(6)，最終從葉片尾緣(11)流出；

內(nèi)核部件外表面(8)與葉型部件內(nèi)表面(4)通過粘結(jié)層(12)結(jié)合在一起，粘結(jié)層(12)是一層粘合劑或由葉型部件內(nèi)表面(4)與內(nèi)核部件外表面(8)貼合在一起燒結(jié)而成；粘結(jié)層(12)提供了將葉型部件(2)上的熱量傳輸至內(nèi)核部件(5)的熱流通道，并依次傳給冷卻氣流(7)；另外，將會有部分熱量直接從葉型部件(2)傳遞給冷卻氣流(7)，因為葉型部件內(nèi)表面(4)構(gòu)成了冷卻流道(6)的外部邊界；葉型部件(2)上的陶瓷基復(fù)合材料提供了足夠承受葉片熱機械應(yīng)力的強度，內(nèi)核部件填補了葉型部件(2)內(nèi)部的空腔，限制了葉型部件內(nèi)表面(4)的面積，防止了葉片在工作中由于高壓冷卻氣流所引起的氣球效應(yīng)；在葉片尾緣處內(nèi)部冷卻氣流壓力的減小是有益的，它減小尾緣處的纖維增強陶瓷基復(fù)合材料厚度；內(nèi)核部件(5)對葉片的振動也有抑制作用，增加了葉片硬度和剛性，提高了振動抗性和可靠性，而且產(chǎn)生的噪音小；在內(nèi)核部件(5)上設(shè)置的冷卻流道(6)比現(xiàn)有的在纖維增強陶瓷基復(fù)合材料薄片中形成流道或利用內(nèi)部金屬鞘、擋板形成流道的技術(shù)更為簡單，在制造時先制造葉型部件(2)，并利用它作為模具來鑄造內(nèi)核部件(5)；由于葉型部件(2)直接暴露在高溫燃氣中，溫度遠高于內(nèi)核部件(5)，因此相應(yīng)的熱膨脹會引起葉型部件(2)與粘結(jié)層(12)中的張力；為了保證粘結(jié)層(12)的結(jié)構(gòu)完整性，就要求內(nèi)核部件(5)的力學(xué)強度要小于粘結(jié)層(12)的力學(xué)強度；葉型部件(2)上的裂紋會引起冷卻氣流向高溫燃氣的不必要滲漏，粘結(jié)層(12)的脫層剝落會引起葉型部件(2)的冷卻失效，因此，就要求內(nèi)核部件(5)應(yīng)用拉伸強度小于粘結(jié)層(12)和葉型部件(2)的材料，使之成為結(jié)構(gòu)中的脆弱部分；內(nèi)核部件(5)的設(shè)計應(yīng)具有應(yīng)變耐受性，以釋放熱應(yīng)力所引起的載荷，當承受壓力產(chǎn)生微裂紋時，會形成蠕變；葉片(1)還包含了沉積在葉型部件(2)外表面的熱障涂層TBC，以防止高溫環(huán)境下的熱應(yīng)變不匹配引起涂層脫落。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型陶瓷基復(fù)合材料渦輪導(dǎo)向器葉片，其特征在于：為保證葉型部件(2)與內(nèi)核部件(5)之間足夠的熱量傳遞，內(nèi)核部件外表面(8)至少有30%的面積要粘合在葉型部件內(nèi)表面(4)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型陶瓷基復(fù)合材料渦輪導(dǎo)向器葉片，其特征在于：內(nèi)核部件(5)的熱膨脹系數(shù)要大于葉型部件(2)的熱膨脹系數(shù)，大于數(shù)為7%~14%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型陶瓷基復(fù)合材料渦輪導(dǎo)向器葉片，其特征在于：內(nèi)核部件材料的楊氏模量要小于葉型部件材料的一半，甚至要小于1/3或1/10。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型陶瓷基復(fù)合材料渦輪導(dǎo)向器葉片，其特征在于：熱障涂層TBC是莫來石2Al₂O₃-3SiO₂或其他隔熱材料。