[发明专利]陶瓷基复合材料制成的涡轮环的密封

说明书

涡轮中的组件，其包括：‑至少一个涡轮环，其由具有碳化硅SiC基体和纤维的陶瓷复合材料制成，所述环包括端对端周向布置的多个扇形段(10)，每个环扇形段(10)包括至少一个周向边缘(26、28)，周向边缘具有周向展开的至少一个槽(30a、30b、30c)；‑至少一个密封部件，其第一部分插入到第一环扇形段的边缘的所述槽(30a、30b、30c)的其中之一中，并且第二部分插入到周向地邻近于所述第一环扇形段的第二环扇形段的边缘的所述槽(30a、30b、30c)的其中之一中，所述组件的特征在于，所述密封部件由陶瓷基复合材料制成。

技术领域

本文涉及涡轮机中的扇形段间密封。

背景技术

为了减少燃料消耗并且减少碳影响，所提出的一个第一种解决方案是减小飞机的重量。为此目的，飞机制造商正朝着使用密度低于传统金属材料的复合材料的方向发展。

可减少燃料消耗的第二种解决方案是提高涡轮喷气发动机的效率，这意味着燃烧气体的温度升高。然而，目前在涡轮机中使用的金属材料，且更确切地说，镍基或钴基合金已经达到了它们的温度限度，因此不可能再提高燃烧温度。实际上，涡轮机的热结构部件必须在困难环境(极高温、高压、富含水蒸气和氧化性大气)中具有良好的机械特性。

为了提供有关重量和温度问题的解决方案，可以使用CMC材料。密度介于2与3之间的陶瓷材料复合材料(CMC)具有比更高密度的镍基或钴基合金更轻的优点。

迄今为止使用的最高级CMC是由碳化硅SiC的基体和纤维形成的CMC。尽管这些由易碎材料(基体、纤维、界面)制成，但由于它们的结构和架构，CMC是稳固的材料。实际上，沉积在纤维上的界面可使裂纹转向，而基体可保护纤维和界面。

在涡轮机中，已知使用碳化硅SiC(稍后称为基于SiC的CMC)中的基体和纤维来制造涡轮分配器(turbine distributor)或围绕CMC可移动叶片的环形列的环。分配器包括通过径向叶片彼此连接的内部环形平台和外部环形平台。这些平台形成环，所述环仅类似于围绕可移动叶片的环形列的环。这些环以本领域技术人员熟知的方式紧固到金属壳体。

这些环扇形段端对端地周向布置，并且通过可限制扇形段间空气泄漏的密封部件(例如突片)实现在其周向接合部处的密封。这些金属突片的一半插入到第一环扇形段的周向边缘中，并且另一半插入到周向地邻近于第一环扇形段的第二环扇形段的周向边缘中。

传统上，突片可以由镍或钴合金制成。

许多工作研究SiC与包含镍Ni和钴Co的许多金属之间的反应性。实际上，镍Ni和钴Co与硅反应以形成脆性硅化物，这伴随着石墨片形式的碳沉淀，从而弱化系统(SiC基CMC/金属)。在存在SiC的情况下，根据硅浓度和温度，镍或钴可以产生镍或钴硅化物。由于系统必须在高温下运行，因此这种反应性问题更重要。实际上，高温会促进反应层的生长，从而导致化学物质不受控的演变，这对系统的机械强度有害。还观察到，反应界面处可能出现许多裂纹，这往往会弱化系统。此外，在机械负载下，基体中的这些裂纹会形成用于在材料内传播氧化物质(O₂、H₂O)的特殊网络。这些氧化物质在整个微裂纹中扩散并且通过氧化/腐蚀使其劣化。这会影响CMC的长期耐久性：这些氧化反应会改变结构特性并且显著地降低其机械性能。

换句话说，突片的金属合金与基于碳化硅SiC的CMC材料反应并且产生硅化物。这些硅化物改变SiC基CMC材料的界面处的化学性质，从而导致出现微裂纹，例如O₂和H₂O的氧化分子可以穿过这些微裂纹并氧化，即腐蚀SiC基CMC材料。已知金属合金也会氧化。

发明内容

为此目的，本文涉及一种涡轮中的组件，所述组件包括：

-至少一个涡轮环，其由具有基体和碳化硅SiC纤维的陶瓷复合材料制成，所述环包含端对端周向布置的多个扇形段，所述环扇形段包括至少一个周向边缘，周向边缘具有周向展开的至少一个槽，