[發(fā)明專利]在多個(gè)層中包括冷卻通道的陶瓷基復(fù)合物部件以及生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011509000.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN113006882B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托馬斯·厄爾·戴森;丹尼爾·吉恩·鄧恩;孫常杰;克里斯托弗·喬恩·波托卡;道格拉斯·格倫·德斯賽爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): F01D5/28
• 分類號(hào): F01D5/28;F01D25/00;F01D25/24;F01D25/12;F01D5/02;F01D5/18;F01D5/08;F23R3/28;F23R3/58
• 代理公司: 上海華誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

一種陶瓷基復(fù)合物(CMC)部件和制造方法，包括在CMC部件的多個(gè)纖維層中形成的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征。CMC部件包括處于堆疊構(gòu)造的多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征中的每一個(gè)包括入口和出口，以提供從流體源到陶瓷基復(fù)合物部件的外部的流體流。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征被構(gòu)造在多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層的多個(gè)層中，以在陶瓷基復(fù)合物部件的多個(gè)層中形成多個(gè)冷卻通道。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及用于發(fā)電的燃?xì)鉁u輪，并且更具體地涉及形成用于燃?xì)鉁u輪的熱氣路徑渦輪部件的陶瓷基復(fù)合物部件的方法。

背景技術(shù)

已經(jīng)提出了基于碳化硅(SiC)的陶瓷基復(fù)合物(CMC)材料作為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件的材料，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件例如渦輪葉片，輪葉，噴嘴，護(hù)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(xué)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(shù)彼此之間存在顯著差異，但是每種制造技術(shù)都涉及使用手工鋪設(shè)和加工工具或模具，以通過包括在各個(gè)方法階段施加熱量的方法來制造近凈形零件。

與由更常規(guī)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(hù)罩主要配備有腔和冷卻空隙以減輕重量，減少離心負(fù)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(nèi)部冷卻通道有利于冷卻金屬和CMC熱氣路徑硬件，因?yàn)樗鼈兘档土死鋮s流量要求和熱梯度/應(yīng)力。

在許多情況下，CMC燃?xì)鉁u輪部件以極端熱梯度和高溫的形式經(jīng)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(huì)驅(qū)動(dòng)CMC部件中的裂紋形成，涂層剝落和衰退(recession)。由于這些問題導(dǎo)致的使用壽命降低，阻止了CMC部件實(shí)現(xiàn)其全部潛能。

因此，需要一種陶瓷基復(fù)合物部件和一種生產(chǎn)陶瓷基復(fù)合物部件的方法，其當(dāng)經(jīng)受極端條件(例如極端的熱梯度和高溫)時(shí)，為CMC燃?xì)鉁u輪部件提供改進(jìn)的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的方面和優(yōu)點(diǎn)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(shí)踐本公開而獲知。

大體提供一種陶瓷基復(fù)合物(CMC)部件，以及形成該部件的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，陶瓷基復(fù)合物部件包括：多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層，多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層以堆疊構(gòu)造形成致密體；和一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征，一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征形成在致密體中。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征中的每一個(gè)包括入口和出口。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征被構(gòu)造為提供從流體源到陶瓷基復(fù)合物部件的外部的流體流。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征中的每一個(gè)被構(gòu)造在多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層的多個(gè)層中，以在陶瓷基復(fù)合物部件的多個(gè)層中形成多個(gè)冷卻通道。

在另一個(gè)實(shí)施例中，一種陶瓷基復(fù)合物部件包括：多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層，多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層以堆疊構(gòu)造形成致密體；和一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征，一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征形成在多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層的多個(gè)層中。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征中的每一個(gè)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)流體連接部與多個(gè)縱向延伸的陶瓷基復(fù)合物層中的另一個(gè)中的一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征流體連通。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征中的每一個(gè)包括入口和出口。一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征在陶瓷基復(fù)合物部件的多個(gè)層中限定多個(gè)冷卻通道，以將流體流從流體源輸送到陶瓷基復(fù)合物部件的外部。

在又一個(gè)實(shí)施例中，一種形成陶瓷基復(fù)合物(CMC)產(chǎn)品的方法包括：形成包括基質(zhì)前體，多個(gè)增強(qiáng)纖維和多個(gè)犧牲纖維的CMC預(yù)成型件；執(zhí)行以下操作中的一個(gè)：去除多個(gè)犧牲纖維，使得在CMC預(yù)成型件的多個(gè)纖維層中形成一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征；或者將流體滲透劑施加到CMC預(yù)成型件，從而使CMC預(yù)成型件致密化，執(zhí)行以下操作中的另一個(gè)：去除多個(gè)犧牲纖維，使得在CMC預(yù)成型件的多個(gè)纖維層中形成一個(gè)或多個(gè)細(xì)長(zhǎng)功能特征；或者將流體滲透劑施加到CMC預(yù)成型件，從而使CMC預(yù)成型件致密化；以及將CMC預(yù)成型件的多個(gè)纖維層的一個(gè)或多個(gè)功能特征流體連通地聯(lián)接，以在陶瓷基復(fù)合物部件的多個(gè)層中形成多個(gè)冷卻通道。