[发明专利]CMC构件、功率发生系统和形成CMC构件的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及功率发生系统，并且更具体而言，涉及用于功率发生系统的陶瓷基质复合构件。

背景技术

已经提出基于碳化硅(SiC)的陶瓷基质复合(CMC)材料作为燃气轮机发动机的某些构件(诸如涡轮叶片和导叶)的材料。已知用于制造基于SiC的CMC构件的多种方法，包括熔渗(MI)、化学气相渗透(CVI)和聚合物热解(PIP)工艺。虽然这些制造技术彼此有显著的不同，但是各自都包括使用工具或模具，以通过包括在多种处理阶段应用热的工艺来产生近净形状的部件。如同由较传统的超合金材料形成的涡轮叶片和导叶一样，CMC叶片和导叶主要配备有腔体和冷却通道，这有两个主要原因，其一是为了降低重量，降低重量会减小离心载荷，而其二是降低它们的运行温度。使用可移除且易耗的工具的组合来使这些特征典型地形成于CMC构件中。

典型地使用在大多数情况下可再次使用的可移除的工具来形成空心的CMC构件的外部轮廓。也可使用可移除的工具来形成内部腔体，但是传统的硅石(SiO₂)和氧化铝(Al₂O₃)芯体广泛地与也已经使用过的熔模铸造法一起使用。

硅石和氧化铝芯体需要用浸出化合物(其包括盐、氟化氢(HF)和碱金属，诸如氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)来移除。在一些情况下，金属熔模铸件的暴露表面涂有掩蔽材料，以防止浸出化合物造成表面侵蚀——由于存在芯体的原因，不能掩蔽铸件的内表面。因此，铸件的关键的外表面得到保护，而不那么关键的内表面则会经受浸出化合物的轻微侵蚀。但是，在传统上用来从熔模铸件中移除硅石芯体的浸出化合物会剧烈地侵蚀许多CMC材料，而且特别是包含硅和硼(典型地分别呈SiC和氮化硼(BN)的形式)的那些。因此，从易于被浸出化合物侵蚀的CMC构件中移除硅石芯体的尝试会使构件的内表面遭受无法接受的侵蚀，这会降低CMC构件的结构完整性。

因此，一种没有以上缺陷的CMC构件和形成用于功率发生系统的陶瓷基质复合物的方法在本领域中是合乎需要的。

发明内容

根据本公开的示例性实施例，提供一种用于功率发生系统的陶瓷基质复合(CMC)构件。该CMC构件包括陶瓷泡沫芯体和包围陶瓷泡沫芯体的至少一部分的陶瓷基质复合(CMC)材料。陶瓷泡沫芯体在构件的运行期间保持就位。

根据本公开的另一个示例性实施例，提供一种功率发生系统。该功率发生系统包括涡轮叶片。涡轮叶片包括陶瓷泡沫芯体和包围陶瓷泡沫芯体的至少一部分的陶瓷基质复合材料。陶瓷泡沫芯体在功率发生系统中的构件的运行期间保持就位。

根据本公开的另一个示例性实施例，提供一种形成陶瓷基质复合构件的方法。该方法包括提供陶瓷泡沫芯体，陶瓷泡沫芯体材料具有预定几何构造。该方法包括对陶瓷泡沫芯体应用增强层。该方法包括用基质材料浸渍增强层。该方法包括使陶瓷泡沫芯体、增强层和基质材料固化，以形成陶瓷基质复合构件。

根据结合附图得到的优选实施例的以下更加详细的描述，本发明的其它特征和优点将显而易见，附图以示例的方式示出了本发明的原理。

附图说明

图1是本公开的功率发生系统的示意图。

图2是具有本公开的陶瓷泡沫芯体的组装好的构件的透视图。

图3是本公开的构件的沿着图2的线2-2的横截面图。

图4是本公开的经预处理的构件的放大视图。

图5是在加工之前的、包括陶瓷泡沫芯体的预成形CMC构件的分解图。

图6显示了用来制造叶片组件的工具的示例性实施例的透视图。

图7是形成本公开的构件的方法的流程图。

在可能的情况下，将在所有图中使用相同的参考标号来表示相同部件。

部件列表

10　功率发生系统

12　压缩机区段

14　燃烧器区段

16　涡轮区段

18　固定翼型件

20　叶片

22　盘

24　转子

26　叶片尖部

28　导叶托架

30　内周缘表面

32　压力侧预成形件

34　吸力侧预成形件

100　CMC构件

120　陶瓷泡沫芯体

122　陶瓷泡沫芯体的外部

124　陶瓷泡沫芯体中的气穴/腔体

130　CMC材料-陶瓷基质复合物

132　增强纤维

133　增强层