[发明专利]制造涡轮发动机部件的方法

说明书

本发明涉及一种制造涡轮发动机部件的方法，该方法包括至少以下步骤：‑通过实施切克劳斯基工艺制造由共晶组合物的陶瓷材料制成的铸锭，切克劳斯基工艺包括以下步骤：‑使待获得的铸锭的种子(20)与共晶组合物的混合物的熔体(22)接触，以便在该种子(20)上引发铸锭的形成，所述混合物包含至少两种陶瓷化合物，‑通过在成形过程中施加在铸锭(26)上小于或等于10毫米/小时的牵拉速率以及在其上以小于或等于50转/分钟的速率旋转运动，将铸锭从熔体中拉出，以及‑机械加工如此制造的铸锭以获得涡轮发动机部件。

背景技术

本发明涉及一种用共晶组合物的陶瓷材料制造涡轮发动机部件的方法。

目前用于高应力涡轮发动机部件(诸如高压涡轮叶片)的超合金，已经成为相当大的发展主题。这种材料可以在相对高的温度下承受非常高的机械载荷。这特别适用于最新一代单晶的镍基合金。然而，即使涂覆在热障涂层中，也会发生那些材料不具有在1100℃以上使用的良好性能。已经开发出用于高温应用的其他材料，诸如整体陶瓷，其可以是氧化物或其他陶瓷(碳化物或氮化物)。然而，那些材料的机械性能在1300℃以上降低。这同样适用于陶瓷基复合材料(CMC)。

在这种情况下，共晶组合物的陶瓷材料构成了感兴趣的替代物。具体地说，这种材料呈现的微观结构在其熔融温度下保持稳定，因此对于某些组合物，在高达超过1700℃的那种温度下保持几乎恒定的机械强度。此外，那些材料还具有比重通常在4至6范围内的优点，即远低于铸造镍基超合金的比重，镍基超合金的比重在8.6至8.8的范围内，从而使得涡轮发动机的重量减少。

然而，目前的定向凝固方法不能令人满意地控制共晶组合物的成形材料的结构形态。具体地说，虽然这种材料是凝固的，但是组合物的不均匀性可能导致在基质内以随机方式分布的菌落或晶体的出现或者可能降低所形成材料的机械性能的局部偏析，例如其韧性和其破坏应力。因此，希望有一种定向凝固方法，能够以可靠的方式控制所得到的共晶组合物陶瓷材料的微观结构，以保证其机械性能。

此外，目前用于制造共晶组合物的陶瓷材料的方法可涉及使用复杂形状的模具(如布里奇曼(Bridgman)工艺中)或复杂形状的钼模，如边缘限定的馈膜生长法(film fedgrowth，EFG)。而且，布里奇曼工艺可能导致所得晶体中的残余应力，并且实际上导致其开裂，而“EFG”方法可能在可制造的厚度方面受到限制，因此使得难以制造部件的体积足以构成涡轮发动机部件。因此，希望能有简单的方法，用于以令人满意的方式制造这种共晶组合物的陶瓷材料，以便构成涡轮发动机部件。

因此，需要能够使涡轮发动机部件由共晶组合物的陶瓷材料制成的方法，同时具有受控的微观结构以及具有高温下良好的机械性能。

还需要简化制造这种共晶组合物材料的现有方法。

发明内容

为此，在第一方面，本发明提供了一种制造涡轮发动机部件的方法，该方法包括以下步骤：

·通过实施切克劳斯基(Czochralski)工艺制造由共晶组合物的陶瓷材料制成的铸锭，切克劳斯基(Czochralski)工艺包括以下步骤：

·使待获得的铸锭的种子与共晶组合物的混合物的熔体接触，以便在种子上引发铸锭的形成，所述混合物包含至少两种陶瓷化合物；

·从熔体牵拉铸锭，同时在正在形成铸锭上施加牵拉速度小于或等于10毫米/小时(mm/h)，以及施加旋转速度小于或等于50转/分钟(rpm)的旋转；以及

·机械加工以这种方式制造的铸锭以获得涡轮发动机部件。

术语“共晶组合物的混合物”在本文中也称为“共晶混合物”。

构成共晶混合物的陶瓷化合物可以是氧化物陶瓷或非氧化物陶瓷，例如氮化物或碳化物。