[發明專利]包括逆流通道的陶瓷基復合物部件及生產方法

在審

• 申請號: 202011503380.2
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN113006886A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 托馬斯·厄爾·戴森;道格拉斯·格倫·德斯賽爾;孫常杰
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D25/14
• 分類號: F01D25/14;C04B35/565;C04B35/622;C04B35/80
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

一種陶瓷基復合物(CMC)部件和制造方法，包括多個逆流細長功能特征。CMC部件包括形成致密體的多個縱向延伸的陶瓷基復合物層和在致密體中形成的多個細長功能特征。多個功能特征中的每一個被構造成縱向延伸并與多個陶瓷基復合物層對準。多個細長功能特征中的每一個包括以交叉層構造進行構造的入口。多個細長功能特征被構造為提供從流體源到陶瓷基復合物部件的外部的流體流。多個功能特征以交替流構造進行構造。

技術領域

本發明總體上涉及用于發電的燃氣渦輪，并且更具體地涉及形成用于燃氣渦輪的熱氣路徑渦輪部件的陶瓷基復合物部件的方法。

背景技術

已經提出了基于碳化硅(SiC)的陶瓷基復合物(CMC)材料作為燃氣渦輪發動機的某些部件的材料，燃氣渦輪發動機的某些部件例如渦輪葉片，輪葉，噴嘴，護罩和斗(bucket)。已知用于制造基于SiC的部件的多種方法，包括Silicomp，熔體滲透(MI)，化學氣相滲透(CVI)，聚合物膨脹熱解(PIP)和氧化物/氧化物方法。盡管這些制造技術彼此之間存在顯著差異，但是每種制造技術都涉及使用手工鋪設和加工工具或模具，以通過包括在各個方法階段施加熱量的方法來制造近凈形零件。

與由更常規的超合金材料形成的渦輪葉片和輪葉一樣，CMC葉片，輪葉和護罩主要配備有腔和冷卻空隙以減輕重量，減少離心負荷并降低部件的操作溫度。這些特征通常使用可去除和消耗性工具，鉆孔等的組合在CMC部件中形成。內部冷卻通道有利于冷卻金屬和CMC熱氣路徑硬件，因為它們降低了冷卻流量要求和熱梯度/應力。

在許多情況下，CMC燃氣渦輪部件以極端熱梯度和高溫的形式經受極端條件。即使如前所述在CMC部件中包含腔和冷卻空隙，極端條件也會驅動CMC部件中的裂紋形成，涂層剝落和衰退(recession)。由于這些問題導致的使用壽命降低，阻止了CMC部件實現其全部潛能。

因此，需要一種陶瓷基復合物部件和一種生產陶瓷基復合物部件的方法，其當經受極端條件(例如極端的熱梯度和高溫)時，為CMC燃氣渦輪部件提供改進的冷卻。

發明內容

本公開的方面和優點將在下面的描述中部分地闡述，或者可以從描述中顯而易見，或者可以通過實踐本公開而獲知。

大體提供一種陶瓷基復合物(CMC)部件，以及形成該部件的方法。在一個實施例中，陶瓷基復合物部件包括形成致密體的多個縱向延伸的陶瓷基復合物層；以及在致密體中形成的多個細長功能特征。多個功能特征中的每一個被構造成縱向延伸并與多個陶瓷基復合物層對準。多個細長功能特征中的每一個包括以交叉層構造進行構造的入口和以交叉層構造進行構造的出口中的至少一個。多個細長功能特征被構造為提供從流體源到陶瓷基復合物部件的外部的流體流。多個功能特征以交替流構造進行構造。

在替代實施例中，一種陶瓷基復合物部件包括形成致密體的多個縱向延伸的陶瓷基復合物層；在致密體中形成并限定從流體源到陶瓷基復合物部件的外部的向后流動的流體流動路徑的第一多個冷卻通道，在致密體中形成并限定從流體源到陶瓷基復合物部件的外部的向前流動的流體流動路徑的第二多個冷卻通道。第一多個冷卻通道中的每一個構造成縱向延伸，與多個陶瓷基復合物層對準，并具有以交叉層構造進行構造的入口。第二多個冷卻通道中的每一個構造成縱向延伸，與多個陶瓷基復合物層對準，具有以交叉層構造進行構造的入口。第一多個冷卻通道和第二多個冷卻通道以交替流構造進行構造。

在又一個實施例中，一種形成陶瓷基復合物(CMC)產品的方法包括：形成包括基質前體，多個增強纖維和多個犧牲纖維的CMC預成型件；執行以下操作中的一個：去除一個或多個犧牲纖維，使得沿CMC預成型件以逆流構造形成多個細長功能特征；或將流體滲透劑施加到CMC預成型件，從而使CMC預成型件致密化；以及執行以下操作中的另一個：去除一個或多個犧牲纖維，使得沿CMC預成型件以逆流構造形成多個細長功能特征；或將流體滲透劑施加到CMC預成型件，從而使CMC預成型件致密化。