[发明专利]一种陶瓷基复合材料弹性密封件及其成型工艺

说明书

本发明属于航空发动机热端结构件密封技术领域，涉及一种陶瓷基复合材料弹性密封件及其成型工艺，包括长条状或环形的弹性密封件本体，弹性密封件本体的材质为陶瓷基复合材料；陶瓷基复合材料为C/SiC陶瓷基复合材料或SiC/SiC陶瓷基复合材料；弹性密封件本体的横截面形状为Ω形，包括弧形壁面与两个平面壁面，两个平面壁面与弧形壁面通过弧面圆滑过渡连接，在两个平面壁面上开设有连接孔。可以实现1200K～1700K高温环境下陶瓷基复合材料热端部件之间的机械密封，满足航空航天领域精密机械的长寿命、高可靠密封连接。

技术领域

本发明属于航空发动机热端结构件密封技术领域，具体涉及一种径向自紧式陶瓷基复合材料弹性密封件及其成型工艺。

背景技术

军民用航空器对高性能航空发动机的需求日益迫切，提高发动机的性能主要有两种途径，其一是提高压气机的增压比，其二是提高涡轮进口燃气温度。随着涡轮进口燃气温度的提高，发动机高温部件需承受更大的热负荷。发达国家现役推重比为10的发动机涡轮前燃气温度达到1850～1950K，可以比上一代航空发动机多产生一倍多推力；未来第五代航空发动机的推重比将高达15～20左右，涡轮前燃气温度将高达2200～2400K，已经远远超出目前涡轮和涡轮前端构件材料的耐热极限。

同时，随着现代航空发动机性能要求的不断提高，发动机构件之间的密封问题已经成为发动机领域的研究热点。航空发动机工作时，需尽可能减少或消除气流通道的气压泄露，以实现气体做功的最大化。在热端构件对接部位，其低温和高温下的间隙不同，为保证低温和高温工况下的密封作用，通常会选用弹性密封件来承受振动、高温差、高压差的冲击，以及上述环境交变引起的剧烈变形。

文献1“专利公布号CN102537350A”的中国专利公开一种密封圈及具有该密封圈的航空发动机。该专利公开的密封圈呈圆环状，密封圈的截面形状呈“W”形，具有两个位于外侧的外壁和两个位于内侧的内壁。但是该专利没有提供密封圈的材料类型以及该密封圈的耐温范围。

文献2“专利公布号CN203560450U”的中国发明专利公开一种航空发动机用金属密封环。该密封环采用高硬度镍基合金材料作为环体基材，环体结构的截面也呈W型，该密封环可以借助环境压力的自密封效果，充分保证了系统工作的可靠工作。但是密封环材料为传统的高温镍基合金，耐温性能不超过1150℃，显然仍然不能满足高性能航空发动机性能需求。

综上所述，现有航空发动机热端部件密封技术存在如下缺点：

(1)、现有高温密封环的设计思路仍然针对常规材料，没有考虑其他新工艺、新材料的选用和成型等问题，存在耐温性差的问题；

(2)、现有高温密封环大多采用高温合金材料制备，材料密度大，密封结构自重较高，同时其耐温性能不能满足未来高性能发动机的需求。

(3)、现有专利没有考虑到高温密封环连接方式、固定方式等问题。

发明内容

针对现有高温弹性密封件普遍存在耐温性能不佳、自重较高等缺陷，本发明公开一种陶瓷基复合材料弹性密封件及其成型工艺，以满足未来高性能航空发动机性能发展需求。

本发明的技术解决方案是提供一种陶瓷基复合材料弹性密封件，其特殊之处在于：包括长条状或环形的弹性密封件本体，上述弹性密封件本体的材质为陶瓷基复合材料；上述陶瓷基复合材料为C/SiC陶瓷基复合材料或SiC/SiC陶瓷基复合材料；

上述弹性密封件本体的横截面形状为Ω形，包括弧形壁面与两个平面壁面，两个平面壁面与弧形壁面通过弧面圆滑过渡连接，在两个平面壁面上开设有连接孔。

本发明还提供一种发动机构件的密封结构，其特殊之处在于：包括连接件及上述的陶瓷基复合材料弹性密封件；