[發(fā)明專利]渦輪葉盤預(yù)制體及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111368612.2
• 申請(qǐng)日: 2021-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN114183204A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹桂芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇伯龍宇航新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): F01D5/02
• 分類號(hào): F01D5/02;F01D5/30;F01D5/12;D03D13/00
• 代理公司: 常州知融專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32302
• 代理人: 路接洲

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷復(fù)合渦輪葉盤技術(shù)領(lǐng)域，具體為纖維織物的渦輪葉盤預(yù)制體及這種預(yù)制體的制備方法，克服現(xiàn)有葉盤預(yù)制體盤體和葉片整體性不足和形態(tài)不穩(wěn)定的問題，預(yù)制體由纖維編織而成并與渦輪葉盤形狀相似，預(yù)制體具一體的盤體和葉片，盤體由徑向紗線和盤繞的周向紗線形成2.5D編織結(jié)構(gòu)，2.5D編織結(jié)構(gòu)的徑向紗線包括初始經(jīng)紗和增置經(jīng)紗，初始經(jīng)紗堆疊與盤體厚度等高并成列自盤體圓心處放射徑向伸出，增置經(jīng)紗掛在盤繞半徑逐漸增加的周向紗線上并徑向放射伸出，在盤體邊緣葉片位置處從盤體上伸出的初始經(jīng)紗和/或增置經(jīng)紗與其它紗線和/織物一起制成葉片，非葉片位置處的從盤體上伸出的初始經(jīng)紗和/或增置經(jīng)紗呈被修剪狀。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷復(fù)合渦輪葉盤技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種纖維織物的渦輪葉盤預(yù)制體及這種預(yù)制體的制備方法。

背景技術(shù)

渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要零件，是發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件中受載荷最復(fù)雜的一類部件，零件會(huì)受到燃燒室所產(chǎn)生的高溫?zé)崃鳑_擊，與合金葉片相比，陶瓷基復(fù)合材料葉片在無空氣冷卻和熱障涂層的情況下，可以降低15％-25％的冷卻氣流量，提高工作溫度150℃-350℃，同時(shí)可大幅減重，所以，陶瓷基復(fù)合材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件、特別是渦輪葉片中顯示了巨大作用，陶瓷基復(fù)合材料葉盤是在纖維織物立體編制成的葉盤預(yù)制體上噴涂包括陶瓷層的熱障涂層后制成的葉盤，葉盤預(yù)制體使用碳纖維或玻璃纖維等纖維，預(yù)制體包括盤體和盤體外圈分布的葉片，現(xiàn)有技術(shù)較多的是由于織物預(yù)制體未能將盤體與葉片制成一整體，所以一般盤體與葉片的預(yù)制體是分體的，噴涂后進(jìn)行機(jī)械加工榫槽聯(lián)接成葉盤。

中國專利公告號(hào)CN111102014B公開了一種陶瓷基復(fù)合材料渦輪整體葉盤結(jié)構(gòu)及其制備方法，使葉片和盤體有了一定程度的結(jié)合，形成了葉片與盤體整體的預(yù)制體，具體方案是，盤體由若干層預(yù)制體在厚度方向上疊設(shè)而成，盤體預(yù)制體由徑向紗線和周向紗線編織而成，盤體徑向紗線由盤體中心原點(diǎn)向四周直線延伸，盤體周向紗線由盤體中心原點(diǎn)向四周螺旋發(fā)散，直至盤體預(yù)制體邊緣，葉片由平紋纖維布葉片編織體層疊而成，平紋纖維布葉片編織體由平紋纖維布經(jīng)紗和平紋纖維布緯紗編織而成，部分的盤體的徑向紗線伸出至盤體邊緣以外，這部分伸出的徑向紗線作為平紋纖維布經(jīng)紗參與平紋纖維布葉片編織體的編織，如公告文件中摘要附圖所示，從而使得盤體和葉片共用部分紗線，盤體和葉片具有了整體的結(jié)構(gòu)。

上述公開文獻(xiàn)方案的貢獻(xiàn)在于將葉片與盤體的紗線進(jìn)行了銜接，但仍存在有幾個(gè)方面的缺陷：一、盤體中心原點(diǎn)的區(qū)域較小，能夠布放紗線的空間不大，這樣，由盤體中心原點(diǎn)向四周直線延伸的徑向紗線的數(shù)量有限，至盤體邊緣時(shí)分散后能夠分配至各個(gè)葉片上的經(jīng)向紗線數(shù)量更少，這樣，客觀上說，僅有這些少量連接紗線的存在和認(rèn)為的葉片與盤體為整體結(jié)構(gòu)還存在一定的距離，預(yù)制體還不太是較為合適意義上的整體預(yù)制體；二、盤體的層疊結(jié)構(gòu)使盤體的整體結(jié)構(gòu)存在軸向上松散的缺陷，預(yù)制體的狀態(tài)穩(wěn)定性不好，影響最終產(chǎn)品質(zhì)量和成品率；三、離盤體中心原點(diǎn)越遠(yuǎn)的區(qū)域的經(jīng)紗越少，近邊緣處很多區(qū)域已沒有經(jīng)紗而只有單方向的緯紗，整個(gè)預(yù)制體的形態(tài)較差，給后道制作渦輪葉盤帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有渦輪葉盤預(yù)制體盤體和葉片整體性不足以及預(yù)制體形態(tài)不穩(wěn)定給后道渦輪制作帶來困難的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種渦輪葉盤預(yù)制體，所述預(yù)制體為由纖維紗線編織而成的與渦輪葉盤形狀近似的立體結(jié)構(gòu)，所述預(yù)制體具有盤體和盤體外圈分布的葉片，所述盤體為由徑向紗線和盤繞的周向紗線形成的2.5D編織結(jié)構(gòu)，所述2.5D編織結(jié)構(gòu)中的徑向紗線包括初始經(jīng)紗和增置經(jīng)紗，所述初始經(jīng)紗堆疊與盤體厚度等高并成列自盤體圓心處放射狀徑向伸出，所述增置經(jīng)紗掛在盤繞半徑逐漸增加的周向紗線上并徑向放射狀伸出，在盤體邊緣葉片位置處從盤體上伸出的初始經(jīng)紗和/或增置經(jīng)紗與其它紗線和/織物一起制成葉片，非葉片位置處的從盤體上伸出的初始經(jīng)紗和/或增置經(jīng)紗呈被修剪狀。

具體的，所述葉片位置處的初始經(jīng)紗和/或增置經(jīng)紗逐層與其它紗線織成與葉片平面或弧面形狀相同的織布層。

進(jìn)一步的，所述葉片由織布層之間填充另織的增布層并縫制而成。