[发明专利]一种含冷却腔的陶瓷基复合材料涡轮导向叶片的叶身定型方法

说明书

本发明公开了一种含冷却腔的陶瓷基复合材料涡轮导向叶片的叶身定型方法，包括以下步骤：制备叶身的芯模、外模一和外模二，然后将纤维布沿每个芯模缠绕，然后按设计图拼接，形成拼合纤维预制体，再用相同的纤维布沿拼合纤维预制体的外围缠绕，将得到的叶身整体纤维预制体夹持在外模一、外模二及芯模之间，并将外模一和外模二进行固定，最后采用缝合线将外模一、外模二、叶身整体预制体和芯模缝合为一体，完成叶片的叶身定型。本发明可一次完成含多个冷却腔的叶片叶身的整体定型，方法简单，用本发明方法定型后，制备的叶片叶身零件，极大地提高了冷却腔的结构稳定性，避免了多个冷却腔之间的漏气问题，从而提高了构件的结构可靠性和冷却效果。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机制造技术领域，具体涉及一种含冷却腔的陶瓷基复合材料涡轮导向叶片的叶身定型方法。

背景技术

在航空发动机和燃气轮机等燃气涡轮发动机结构中，涡轮系统的作用是将高温燃气中的部分热能和势能转换成机械功，驱动压气机和附件工作，涡轮系统是燃气涡轮发动机中热负荷和动力负荷最大的系统，其特点是输出功率大、使用温度高、重量要求轻、结构尺寸小，涡轮系统中的主要热端构件包括导向叶片、涡轮外环、涡轮盘、转子叶片等，其中，涡轮进口处的导向叶片是涡轮系统中工作温度最高的部件，其作用是将高温燃气流部分热能转变为动能，同时将燃气流以一定的方向流出，满足工作涡轮所要求的燃气流量和进口方向。

目前，发动机涡轮导向叶片常用的高温合金材料存在耐热温度不高于1100℃、重量大等问题，而能够耐较高温度的碳纤维增强碳基体复合材料又存在高温易氧化的缺点。陶瓷基复合材料密度仅为高温合金的1/3-1/4、耐热温度比高温合金高150-350℃、耐酸碱腐蚀、强韧性高，同时，陶瓷基复合材料在高温燃气环境中反应所生成的氧化物保护膜能够封堵材料表面的裂纹和孔隙，阻止外界氧向材料内部扩散，从而保证构件的高温稳定性和长时使用寿命，因此，陶瓷基复合材料已被国内外公认为是新一代航空发动机热防护构件的首选材料之一。典型的陶瓷基复合材料涡轮导向叶片的结构主要包含上缘板、下缘板和叶身，为提高叶片的使用寿命，先进发动机的涡轮导向叶片的叶身都设计为含冷却腔的空心结构，便于叶片结构的冷却，在采用陶瓷基复合材料制备含冷却腔的导向叶片叶身时，首个工艺流程就是纤维预制体的定型。目前，涡轮导向叶片叶身内的冷却腔主要通过叶身蒙皮和芯部挡板分别制备，并在后期组装形成分腔，这种技术路线在制备流程上存在工序繁杂、组装精度要求高的问题，在结构可靠性上，存在高温振动环境下芯部挡板易松脱，导致各冷却腔之间漏气等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种含冷却腔的陶瓷基复合材料涡轮导向叶片的叶身定型方法，以解决现有技术在采用陶瓷基复合材料制备含冷却腔的涡轮导向叶片时工序繁杂，且制得的涡轮导向叶片结构不可靠的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种含冷却腔的陶瓷基复合材料涡轮导向叶片的叶身定型方法，包括以下步骤：

(1)以叶身的每个冷却腔为参考，分别制备芯模，以叶背为参考，制备外模一，以叶盆为参考，制备外模二；其中，芯模、外模一和外模二均具有若干与型面垂直的通气孔，制备芯模、外模一和外模二的材料均为耐高温材料；

(2)将纤维布沿每个冷却腔的芯模缠绕，形成单腔纤维预制体，然后按设计图拼接，形成拼合纤维预制体，再用相同的纤维布沿拼合纤维预制体的外围缠绕，形成叶身整体纤维预制体；

(3)将叶身整体纤维预制体夹持在外模一、外模二及芯模之间，并将外模一和外模二进行固定；

(4)以通气孔为缝合路径，采用缝合线将外模一、外模二、叶身整体预制体和芯模缝合为一体，完成叶片的叶身定型。

本发明的有益效果为：该方法可以实现含冷却腔的陶瓷基复合材料导向叶片的叶身整体定型，且工序简单、结构可靠性高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，步骤(1)中通气孔直径为2-5mm。