The invention discloses a preparation method of integral turbine blade disc based on SiC fiber ceramic matrix composite material, which is used to solve the technical problem of poor practicability of the existing preparation method of integral turbine blade disc. The technical scheme is to fabricate the prefabricated unit layer of turbine blade disc by plane polar coordinate weaving method, so that there are continuous SiC fibers in warp and weft directions of principal stress. Then the prefabricated body is finalized by Z-direction puncture, stitching and moulding. The BN interfacial layer is prepared on the surface of prefabricated SiC fibers by chemical vapor infiltration method. Chemical vapor infiltration process is used to fabricate the interface layer of turbine disc. The preform is pre-densified. Cubic boron nitride or special diamond cutting tools are used to process turbine disk blades on multi-axis CNC machine tools. Finally, the anti-oxidation coating is prepared. Due to the continuous SiC fibers in the meridional and zonal principal stress directions of prefabricated body, the bearing capacity of the integral turbine blade disc is improved, the preparation period of the integral turbine blade disc is shortened, and the practicability is good.
【技术实现步骤摘要】
基于SiC纤维陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘制备方法
本专利技术涉及一种整体涡轮叶盘制备方法,特别涉及一种基于SiC纤维陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘制备方法。
技术介绍
文献1“NakamuraT,OkaT,ImanariK,etal.DevelopmentofCMCturbinepartsforaeroengines[J].IHIEngineeringReview,2014,47(1):29-32.”研究认为:陶瓷基复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度、高硬度、高耐磨性、使用温度高以及导热系数大、热膨胀系数小、抗氧化能力强、吸振性能好等优点,在航空发动机热端部件上的应用潜力巨大。随着高性能飞行器技术发展,对航空发动机的燃油效率、涡轮温度、使用寿命等提出了更高的需求;常规高温合金涡轮叶盘在耐温性能、高温强度、疲劳寿命等方面逐渐逼近其应用极限,而且在合金成分、涡轮结构优化等方面的空间逐步缩小,性能提升难度和复杂度巨大,严重制约未来高性能飞行器发展和技术进步。文献2“专利公布号是CN106968716A的中国专利技术专利”公开了一种碳纤维增强热解碳-碳化硅(C/C-SiC)整体涡轮叶盘制备方法。该方法中涡轮盘采用碳纤维预制体,纤维铺层采用四方排布、六方排布或三角四方交替纤维排布方式;所述整体涡轮叶盘的第一基体层是交替沉积的热解碳和SiC薄层,第二基体是SiC材料基体层。所制备的整体叶盘密度2.12g/cm3,弹性模量101.7GPa,泊松比0.12。文献3“先进涡轮盘结构强度对比分析[J].栾永先.航空发动机,2013,39(03):41-45.”公开了一种涡轮叶 ...
【技术保护点】
1.一种基于SiC纤维陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘制备方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一、采用平面极坐标织造方法制备SiC纤维整体涡轮叶盘预制体单元层;经向SiC纤维以极坐标原点为圆心,等角度间隔,顺时针射线状圆形排布;纬向SiC纤维以交织方式,从圆心最内圈开始,沿周向一圈一圈逐渐向外圈缠绕;随着纬向SiC纤维环数增加,两根经向SiC纤维之间均匀加纱,使得局部经向和纬向SiC纤维体积分数一致,直至完成所需直径的预制体单元层,预制体单元层厚度0.2~0.5mm,SiC纤维体积分数控制在30%~50%;步骤二、以预制体单元层的圆心为定位基准,将预制体单元层平铺、堆叠,上下层的经向SiC纤维交错叠压,厚度超过整体涡轮叶盘设计厚度2~5mm后终止叠层;然后Z向穿刺、缝合和模压,形成整体涡轮叶盘预制体毛坯,预制体毛坯的平面度和平行度小于等于1/500mm,完成整体涡轮叶盘预制体定型;Z向穿刺采用SiC或Si3N4纤维;步骤三、利用化学气相渗透法在整体涡轮叶盘预制体的SiC纤维表面制备BN界面层;将整体涡轮叶盘预制体放置于沉积炉内,保持真空度10
【技术特征摘要】
1.一种基于SiC纤维陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘制备方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一、采用平面极坐标织造方法制备SiC纤维整体涡轮叶盘预制体单元层;经向SiC纤维以极坐标原点为圆心,等角度间隔,顺时针射线状圆形排布;纬向SiC纤维以交织方式,从圆心最内圈开始,沿周向一圈一圈逐渐向外圈缠绕;随着纬向SiC纤维环数增加,两根经向SiC纤维之间均匀加纱,使得局部经向和纬向SiC纤维体积分数一致,直至完成所需直径的预制体单元层,预制体单元层厚度0.2~0.5mm,SiC纤维体积分数控制在30%~50%;步骤二、以预制体单元层的圆心为定位基准,将预制体单元层平铺、堆叠,上下层的经向SiC纤维交错叠压,厚度超过整体涡轮叶盘设计厚度2~5mm后终止叠层;然后Z向穿刺、缝合和模压,形成整体涡轮叶盘预制体毛坯,预制体毛坯的平面度和平行度小于等于1/500mm,完成整体涡轮叶盘预制体定型;Z向穿刺采用SiC或Si3N4纤维;步骤三、利用化学气相渗透法在整体涡轮叶盘预制体的SiC纤维表面制备BN界面层;将整体涡轮叶盘预制体放置于沉积炉内,保持真空度10-3Pa,升温至1000~1200℃;NH3作为氮源,BCl3提供硼源,H2为稀释气体,NH3、BCl3和H2的体积流...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘持栋,刘小冲,刘永胜,董宁,孙肖坤,刘小瀛,陈博,成来飞,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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