[发明专利]陶瓷基质复合物构件和生产陶瓷基质复合物构件的过程

说明书

本发明涉及一种生产陶瓷基质复合物构件(10)的过程。该过程包括将核心层片(62)定位在模芯上。使核心层片(62)至少部分地刚性化，以形成限定末梢腔(301)和中空区的预成形件陶瓷基质复合物布置。陶瓷基质复合物末梢层片(303)定位在预成形件陶瓷基质复合物布置上且在末梢腔(301)内。使陶瓷基质复合物末梢层片(303)致密化，以形成复合物构件(10)的末梢区(30)。

关于联邦政府赞助的声明

本发明是借助政府支持在由能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643下完成的。政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

本发明大体上涉及用于功率生成的燃气涡轮，且更具体而言，涉及形成用于燃气涡轮的热气体路径涡轮构件的陶瓷基质复合物构件的方法。

背景技术

与由更多种常规超级合金材料形成的涡轮叶片和静叶一样，CMC叶片和静叶首先配备有内部腔，以降低重量、降低离心负载、和降低构件的操作温度。这些特征通常使用可移除和可消耗的工具的组合形成在CMC构件中。内部冷却通路对于冷却金属和CMC热气体路径硬件二者而言是有利的，因为它们降低冷却流要求和热梯度/应力。

基于碳化硅(SiC)的陶瓷基质复合物(CMC)材料已作为用于燃气涡轮发动机的某些构件的材料被提出，这些构件诸如为涡轮叶片、静叶、喷嘴、和动叶。已知各种方法用于制作基于SiC的构件，包括Silicomp、熔化渗透(MI)、化学蒸汽渗透(CVI)、聚合物膨胀热解(PIP)、和氧化/氧化过程。尽管这些制作技术与彼此显著不同，但各自涉及使用手工铺叠和工具或硬模，以通过包括在各种处理阶段应用热的过程产生近净成形零件。

在烧尽循环之后，CMC预成形件叶片由于复合物的挥发物质烧掉而非常脆。在用在燃气涡轮中之前，CMC预成形件的开放末梢区域需要加盖或封闭。在已知的过程中，为了封闭CMC预成形件的开放末梢区域，将末梢帽插入该脆的开放末梢区域中。末梢帽可由CMC层叠部分形成，该CMC层叠部分具有多个层片(一般20-50个层片)且与开放末梢区域一样地成形以填充CMC预成形件的开放末梢区域。通过将CMC层片裁剪成期望的形状且以期望的几何结构铺叠层片来形成CMC层叠末梢帽是时间和劳动密集的。将具有多个层片的CMC层叠件放置到开放末梢区域中也存在难题。此外，由于CMC层叠件和预成形件叶片二者在致密化之前是脆的，故这些构件在组装期间可能容易损伤。已知的技术不能提供因部分的脱落和显著的成本而受损的可靠的CMC翼型件系统。此外，已知的过程因在制作过程期间期望的将层片挤进构件的中空腔中而受损。

发明内容

在实施例中，一种生产陶瓷基质复合物构件的过程。该过程包括将核心层片定位在模芯上。使核心层片至少部分地刚性化，以形成限定末梢腔和中空区的预成形件陶瓷基质复合物布置。陶瓷基质复合物末梢层片定位在预成形件陶瓷基质复合物布置上和末梢腔内。使陶瓷基质复合物末梢层片致密化，以形成复合物构件的末梢区。

在另一实施例中，一种陶瓷基质复合物构件。陶瓷基质复合物包括限定末梢腔的一个或更多个致密化的层片，和应用于该一个或更多个致密化的层片的至少一个致密化的陶瓷基质复合物末梢层片。该末梢腔和该至少一个致密化的陶瓷基质复合物末梢层片形成复合物构件的末梢区。

本发明的第一技术方案提供了一种生产具有叶片末梢的陶瓷基质复合物构件的过程，所述过程包括：将核心层片定位在模芯上；使所述核心层片至少部分地刚性化，以形成限定末梢腔和中空区的预成形件陶瓷基质复合物布置；将陶瓷基质复合物末梢层片定位在所述预成形件陶瓷基质复合物布置上且在所述末梢腔内；以及使所述陶瓷基质复合物末梢层片致密化，以形成复合物构件的末梢区。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，该至少部分地刚性化的预成形件陶瓷基质复合物布置限定具有至少一个弯曲表面的末梢腔。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述至少部分地刚性化的预成形件陶瓷基质复合物布置限定具有至少一个直线表面的末梢腔。