[发明专利]用于对CMC构件进行热处理的系统和方法

说明书

本发明涉及用于对CMC构件进行热处理的系统和方法。提供了用于对复合构件进行热处理的系统和方法。在一个示例性方面，一种系统包括热系统、移动体装置和控制系统。该系统还包括多个容器，可将一个或多个构件放置在多个容器中。容器的形状和构造类似。在其中容纳一个或多个构件的容器可在热处理期间安装到由热系统限定的室中。热系统和容器包括如下的特征：允许利用同一热系统和共同的容器设计来对构件进行热处理，例如压实、烧尽构件，以及经由熔体渗透过程、聚合物浸渍和热解过程或化学气相渗透过程来使构件致密化。控制系统可控制热系统和移动体装置以使复合构件的热处理自动化。

技术领域

本主题大体上涉及处理复合构件，诸如陶瓷基体复合(CMC)构件。更特别地，本主题涉及用于对复合构件进行热处理的系统和方法。

背景技术

燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此成流连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心以串行流顺序大体上包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，将空气从风扇提供至压缩机区段的入口，在压缩机区段处，一个或多个轴向压缩机逐步地压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合且燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导送至涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，且然后通过排气区段而被导送至例如大气。

典型地，燃烧区段和涡轮区段的内部的构件由于其几何形状而制造起来复杂。此外，针对这样的构件的工作环境由于高温和高压而极为恶劣。因此，燃烧气体的流径内的构件针对其几何轮廓和温度容限具有严格要求，以维持发动机的期望效率。由于陶瓷基体复合(CMC)材料可相比于传统材料而更好地承受这样的恶劣环境，故令人特别感兴趣的是，利用CMC材料来替代燃气涡轮发动机内部的由传统材料形成的构件。

复合构件典型地在制造期间经历热处理。例如，复合构件可经历压实或压紧(debulk)过程、烧尽过程以及致密化过程(诸如，例如熔体渗透过程、聚合物浸渍和热解过程，或化学气相渗透过程)。对复合构件进行热处理已呈现出某些挑战。例如，典型地，各热过程由单独的热系统(例如高压釜或熔炉)执行。例如，构件可在压实期间在高压釜中被处理，移动到熔炉以进行烧尽过程，并然后移动到另一热系统以进行熔体渗透。将构件从一个热系统移动到另一个热系统防止过程之间的污染，但是需要大量的占地面积并且需要昂贵的成本和维护费以维持热系统。此外，将构件从一个系统运输到另一个系统是耗时的，并且提供了零件被损坏的机会。此外，热系统内的室或内部空间(volume)典型地是大的，并且可能需要时间和大量的能量来加热、加压或在其内形成真空；因此，操作这样的热系统是昂贵的，并且在许多情况下是低效的。

因此，解决上文指明的挑战中的一个或多个的改进系统和方法将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而显而易见，或可通过实践本发明而认识到。

在一个示例性方面，本公开涉及一种用于制造复合构件的方法。该方法包括将具有设置在其中的预成型件的第一容器放置到由热系统限定的室中。该方法还包括通过热系统在高温和高压下压实第一容器内的预成型件，以使预成型件转变成生坯状态的零件。此外，该方法包括从第一容器移除生坯状态的零件。该方法还包括将具有设置在其中的生坯状态的零件的第二容器放置到热系统的室中。另外，该方法包括通过热系统在高温下且在真空下烧尽第二容器内的生坯状态的零件，以使生坯状态的零件转变成烧尽零件。此外，该方法包括从第二容器移除烧尽零件。该方法还包括将具有设置在其中的烧尽零件的第三容器放置到热系统的室中。该方法进一步包括通过热系统在高温下且在真空下使第三容器内的烧尽零件致密化，以使烧尽零件转变成复合构件。