[發明專利]CMC堆疊體的激光接合

在審

• 申請號: 201780017688.6
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN108779030A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 阿林達姆·達斯古普塔;阿南德·A·庫爾卡尼;艾哈邁德·卡邁勒
• 申請（專利權）人: 西門子能源有限公司
• 主分類號: C04B35/00
• 分類號: C04B35/00;C04B37/00;C04B41/45;F01D5/12;F01D5/28
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

一種制造燃氣渦輪發動機部件(10)的方法和如此形成的部件。所述方法包括：沿著金屬芯(30)堆疊復數個CMC層(16)以形成不連接的CMC層的堆疊體，其中所述層的相鄰邊緣面(46)限定了表面(44)；將陶瓷材料(14)附加地沉積至表面(44)的僅選擇部分以將所述層的至少一些在它們的相應邊緣面處結合在一起；以及選擇用于沉積陶瓷材料的位置以實現所得部件的預定機械特性。

技術領域

本發明涉及通過接合CMC層的堆疊體形成的燃氣輪機部件，并且更具體地，涉及一種用附加地沉積在所述堆疊體上的陶瓷沉積物接合這樣的CMC層的方法。

背景技術

經濟和環境的需求正在推動聯合循環發電廠與燃氣輪機發動機頂部循環的效率越來越高。為了實現這種效率，燃氣輪機循環需要在高達1600攝氏度至1800攝氏度的渦輪入口溫度下操作。在這些溫度下，達到材料操作極限和/或冷卻流要求增加太多以至于較高入口溫度的優勢被抵消。已經用于解決這種挑戰的一種技術是將陶瓷基復合(CMC)材料用于熱氣體路徑表面，例如渦輪葉片(vane)或葉輪(blade)等。合適的材料種類的一個實例是氧化物-氧化物復合材料。這種材料的整體結構是有問題的，并且已經提出使用堆疊的CMC層來完成部件。Burke等的美國專利號7,247,003公開了這樣的結構。然而，這種結構的一個挑戰是CMC層沒有結合而是它們螺栓連接在金屬背襯上。壓力側和吸力側二者上的非常高的熱負荷可以導致該配置中的金屬背襯的結構損壞。除了結構要求之外，CMC堆疊體可能成為覆蓋涂層粘附的問題，其中覆蓋涂層可以是例如陶瓷熱障涂層(TBC)。因此，技術上仍存在改進的空間。

附圖說明

在下面的描述中參照附圖解釋本發明，附圖示出：

圖1是由CMC堆疊體和其上的陶瓷沉積物形成的燃氣輪機部件的一個示例性實施方案的透視圖。

圖2是添加覆蓋涂層之后圖1的陶瓷沉積物沿所示的線2-2的截面圖。

圖3是燃氣輪機部件的一個替代示例性實施方案的透視圖。

圖4是相鄰的CMC層之間的界面的示意圖。

圖5示意性說明了形成圖1的陶瓷沉積物的方法。

具體實施方式

本發明人設計了一種創新的CMC層合結構，所述結構提供了改善的結構完整性、改善的層間密封以及改善的任意施加的覆蓋層的粘附。所提出的結構包括附加地形成在CMC堆疊體上的陶瓷沉積物。可以施加陶瓷沉積物使其將至少兩個相鄰的CMC層彼此結合。也可以沉積陶瓷沉積物使其形成將提高覆蓋層的粘附的凸起結構(rasied structure)。陶瓷沉積物可以是CMC層結合在一起的唯一方式，并且陶瓷沉積物可以形成氣密密封使得燃燒氣體不會在CMC層之間穿過。替代地，也可以使用常規方式，例如用粘結劑將CMC層結合在一起并密封，使得相鄰的CMC層之間的界面可以使用一種或更多種陶瓷沉積物和粘結劑的組合來結合和密封。發明人還設計了一種用于通過增材制造工藝使用激光束加熱和熔化陶瓷粉末以形成陶瓷沉積物來施加陶瓷沉積物的方法。

已知熔化單個CMC層的邊緣，如Marini等的美國公開號2007/0075455中公開的。然而，Marini僅公開了對單層的自由邊緣進行密封以改善耐磨性或硬度，并且這導致光滑的涂層/沉積物。本文公開的方法用陶瓷沉積物將復數個CMC層沿著它們接合的邊緣結合在一起，所述陶瓷沉積物可以更粗糙，因此比Mariana的光滑涂層更適用于覆蓋層粘附。如本文所使用的，每個CMC層在任何結合操作之前是獨立結構。也就是說，盡管每個CMC層可以包含樹脂材料作為其組成的一部分，但是鄰接的CMC層沒有通過可能存在于任何單獨的CMC層內的基體材料結合在一起。因此，盡管CMC層本身可以是層合體，因為其可以包括通過樹脂材料結合在一起的纖維層，但是在本文中每個CMC層被認為是單個獨立的CMC層。