[发明专利]一种混合型陶瓷基复合材料涡轮导向器叶片

摘要

一种混合型陶瓷基复合材料涡轮导向器叶片，它包含叶型部件(2)和内核部件(5)，内核部件(5)安装在叶型部件(2)的内部；叶型部件(2)由纤维增强陶瓷基复合材料构成，叶型部件外表面(3)的外形呈三次样条曲面，确定了叶片的气动外形，叶型部件内表面(4)的形状也呈三次样条曲面，确定了内部区域；内核部件(5)由与叶型部件(2)完全不同的金属材料构成，内核部件(5)的外部形状与叶型部件(2)的内部形状相对应，其上设置有复数个冷却流道(6)，其中通冷却气流(7)来带走叶片(1)上的热量；冷却气流(7)流过冷却流道(6)，最终从叶片尾缘(11)流出；该叶片相比于高温合金叶片，提高了可用工作温度，减轻了结构质量，延长工作寿命，具有良好的应用前景。

主权项

一种混合型陶瓷基复合材料涡轮导向器叶片，其特征在于：它包含叶型部件(2)和内核部件(5)，内核部件(5)安装在叶型部件(2)的内部；叶型部件(2)由纤维增强陶瓷基复合材料构成，叶型部件外表面(3)的外形呈三次样条曲面，确定了叶片的气动外形，叶型部件内表面(4)的形状也呈三次样条曲面，确定了内部区域；内核部件(5)由与叶型部件(2)完全不同的金属材料构成，内核部件(5)的外部形状与叶型部件(2)的内部形状相对应，其上设置有复数个冷却流道(6)，其中通冷却气流(7)来带走叶片(1)上的热量；冷却流道(6)是由内核部件外表面(8)上的沟槽来实现，在内核部件(5)的前缘设置有圆柱形的通透进气风室(9)，该进气风室(9)用来从叶片的外部引入冷却气流；开孔(10)是用来连接进气风室(9)和冷却流道(6)的通道，通过对进气风室尺寸的选择，维持冷却气流(7)的压力在预定范围内；冷却气流(7)流过冷却流道(6)，最终从叶片尾缘(11)流出；内核部件外表面(8)与叶型部件内表面(4)通过粘结层(12)结合在一起，粘结层(12)是一层粘合剂或由叶型部件内表面(4)与内核部件外表面(8)贴合在一起烧结而成；粘结层(12)提供了将叶型部件(2)上的热量传输至内核部件(5)的热流通道，并依次传给冷却气流(7)；另外，将会有部分热量直接从叶型部件(2)传递给冷却气流(7)，因为叶型部件内表面(4)构成了冷却流道(6)的外部边界；叶型部件(2)上的陶瓷基复合材料提供了足够承受叶片热机械应力的强度，内核部件填补了叶型部件(2)内部的空腔，限制了叶型部件内表面(4)的面积，防止了叶片在工作中由于高压冷却气流所引起的气球效应；在叶片尾缘处内部冷却气流压力的减小是有益的，它减小尾缘处的纤维增强陶瓷基复合材料厚度；内核部件(5)对叶片的振动也有抑制作用，增加了叶片硬度和刚性，提高了振动抗性和可靠性，而且产生的噪音小；在内核部件(5)上设置的冷却流道(6)比现有的在纤维增强陶瓷基复合材料薄片中形成流道或利用内部金属鞘、挡板形成流道的技术更为简单，在制造时先制造叶型部件(2)，并利用它作为模具来铸造内核部件(5)；由于叶型部件(2)直接暴露在高温燃气中，温度远高于内核部件(5)，因此相应的热膨胀会引起叶型部件(2)与粘结层(12)中的张力；为了保证粘结层(12)的结构完整性，就要求内核部件(5)的力学强度要小于粘结层(12)的力学强度；叶型部件(2)上的裂纹会引起冷却气流向高温燃气的不必要渗漏，粘结层(12)的脱层剥落会引起叶型部件(2)的冷却失效，因此，就要求内核部件(5)应用拉伸强度小于粘结层(12)和叶型部件(2)的材料，使之成为结构中的脆弱部分；内核部件(5)的设计应具有应变耐受性，以释放热应力所引起的载荷，当承受压力产生微裂纹时， 会形成蠕变；叶片(1)还包含了沉积在叶型部件(2)外表面的热障涂层TBC，以防止高温环境下的热应变不匹配引起涂层脱落。