形成带有冷却特征的陶瓷基复合材料构件的方法技术

描述了一种用于在CMC构件(200)中形成原位特征的方法和材料。形成带有冷却特征的陶瓷基复合材料构件的方法包括：形成预制带(120)，将前述预制带层叠(122)成期望的形状，将预定几何形状的耐高温的暂时的材料插入件(30)放置在期望的形状的预制带中，压紧(134)期望的形状的预制带，烧尽(138)期望的形状的预制带，熔体渗透(140)期望的形状，在烧尽或熔体渗透中的一个期间或者在烧尽或熔体渗透之后去除耐高温的插入件以形成冷却特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】对相关串请的交叉引用本PCT专利技术申请要求已于2013年5月29日提交的题为“Methods and Materialsfor Forming In-Situ Cavities for Silicon-Based Ceramic Matrix CompositeComponent^用于在硅基陶瓷基复合材料构件中形成原位空腔的方法和材料)”的具有美国专利申请序列号61/828，273的未决临时申请的优先权和好处，该申请的全部内容通过引用被并入本文中。
公开的实施例大体关于用于燃气轮机的陶瓷基复合材料构件。更具体地，本专利技术涉及用于在陶瓷基复合材料构件中形成原位空腔的方法和材料。
技术介绍
在燃气轮机中，空气在压缩机中被压缩并在燃烧器中与燃料混合以用于生成向下游流过涡轮机级的热燃气。典型的燃气轮机一般拥有前端和后端，其中燃气轮机的若干核心或推进构件轴向定位在两端之间。空气入口或进气口位于发动机的前端。向后端移动，进气口后面依次是风扇、压缩机、燃烧室、和涡轮机。本领域技术人员容易明白的是附加的构件也可以被包含在发动机中，例如低压和高压压缩机，以及低压和高压涡轮机。但是，这不是详尽的列举。压缩机和涡轮机一般包括在级内轴向叠加的翼型列。每一级包括一列周向间隔的定子导叶和围绕涡轮发动机的中心轴或轴线旋转的转子组件。在用于给飞行中的航空器供能的涡扇航空发动机配置中，多级低压涡轮机在多级高压涡轮机后面，并典型地通过第二轴连结到布置在压缩机上游的风扇。这些涡轮机级从燃气中提取能量。定子由多个喷嘴段形成，多个喷嘴段邻接在周向末端以围绕燃气轮机发动机的轴线形成完整的环。每个喷嘴段包括在内带和外带之间延伸的一个或更多个导叶。定子喷嘴以一种使相邻的下游涡轮叶片处的提取极大化的方式引导热燃气。涡轮机转子组件典型地包括至少一列周向间隔的转子叶片。每个转子叶片包括具有在前缘和尾缘处连接在一起的压力侧和吸力侧的翼型。每个翼型从转子叶片平台径向向外延伸。每个转子叶片还可以包括从柄部径向向内延伸的燕尾，柄部在平台和燕尾之间延伸。燕尾被用于将转子组件内的转子叶片安装到转子盘或芯轴。已知的叶片是中空的，使得内部冷却腔至少部分地由翼型、平台、柄部、和燕尾限定。陶瓷基复合材料(CMC)具有对在燃气涡轮发动机中使用的特别的重要性，这是因为在燃气涡轮发动机中寻求更高的运行温度来提高效率。CMC材料可被用于各种构件，例如发动机的涡轮机、压缩机、和风扇区域中的翼型。CMC材料典型地包括被嵌入陶瓷基材料中的陶瓷纤维加强材料。加强材料有助于为CMC提供负荷承载功能，并且陶瓷基保护加强材料、维持纤维定向以及将负荷分散给加强材料。美国申请序列号13/780，584和13/780，306中教导了多种方法，以上两个申请通过引用并入本文中。采用目前所使用的陶瓷基复合材料构件，特征在模制之后通过后续加工形成在零件内。加工导致材料去除以形成期望的特征，例如冷却孔口。被加工的特征在设计上受去除材料加工的制造工艺的限制。例如，在钻孔工艺中，特征一般被限制为直线特征。克服这些和其他特征并形成带有当前利用已知的加工技术可能无法形成的改善的几何特征的模制构件是期望的。更期望的是减少或消除当前在现有的模制技术中所要求的材料去除或清理步骤。
技术实现思路
根据本实施例，提供了一种形成模制的陶瓷基复合材料构件的方法，其中插入件在制造期间提供在期望的形状的预制叠层中。插入件由能承受与制造工艺的热解和熔体渗透步骤相关的高温的材料制成。插入件可由比用其他方式通过已知的模制工艺可获得的更加复杂的形状形成，以提供用本领域的当前状态的工艺不容易成形的模制特征。—种，包括形成预制带，将预制带层叠成期望的形状，将预定几何形状的耐高温的暂时的材料插入件放置在期望的形状的预制带中，压紧期望的形状的预制带，烧尽期望的形状的预制带，熔体渗透期望的形状，在烧尽或熔体渗透中的一个期间或者在烧尽或熔体渗透之后去除耐高温的插入件以形成冷却特征。方法中的去除是机械或化学去除中的一种。方法还包括机械地清理由插入件形成的冷却特征。方法还包括形成以下中的一个的耐高温的暂时的材料插入件:氮化硼、硅石、氧化娃、涂覆氮化硼的DAP聚合物、Y2Si2O7稀土氧化物、涂覆氮化硼的氧化娃、涂覆碳的氮化硼、钼丝、高度耐火材料和金刚石粉末。方法中的放置是通过带铸放置(tape-castplacement)、预制管放置、喷涂、丝网印刷、涂覆有氮化硼的快速成型聚合物放置、以及喷射模制。方法中的去除是化学分解。当插入件是由氧化硅形成时，方法中的去除在烧尽或熔体渗透期间发生。方法中的熔体渗透包括在预定形状的烧尽预制带上插入至少2600度的熔融硅。方法还包括形成复杂的非直视性的冷却特征。本
技术实现思路
被提供从而以简化的形式介绍在下面的【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择。本
技术实现思路
不意图确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意图用于限制所要求保护的主题的范围。本专利技术的特征、细节、效用和优点的更广泛的呈现在下面的本专利技术各种实施例的文字描述中提供，在附图中示出，并且在所附的权利要求中限定。【附图说明】通过参见下面结合附图的实施例的描述，这些示例性的实施例的上述和其他特征及优点以及获得它们的方式将变得更加清楚，并且用于形成原位空腔的方法和材料将被更好地理解，其中:图1是示例性燃气轮机发动机的侧剖视图；图2是形成原位空腔的方法的示意图；图3是包括多个用于形成空腔的多个插入件的示例性试样的俯视图；图4是包括由图3的试样形成的空腔的预制叠层的一部分的侧剖视图；以及图5是通过在其中带有模制特征的工艺而形成的CMC构件的局部剖视图。【具体实施方式】现在将详细地参考提供的实施例，实施例的一个或更多个示例在附图中示出。每个示例通过解释而不是本公开的限制来提供。事实上，对于本领域的技术人员将会显而易见的是能在本实施例中做出各种修改和变化而不脱离本公开的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分描述或示出的特征能与里盖实施例一起使用以获得另一实施例。因此，意图本专利技术将覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。参考图1-5，描绘了用于形成原位空腔的方法和材料的各种实施例。该方法和材料被用于在陶瓷基复合材料(CMC)构件中制造空腔特征，例如创建冷却通道、槽、孔、和/或实现重量减轻和/或其他目的或功能。该方法包括一种插入到预制件中然后在熔体渗透工艺期间或之后被去除的暂时的材料。该工艺允许带有通过现有的后模制加工技术不能形成的模制到构件内的更复杂的特征(例如原位空腔)的陶瓷基复合材料构件的创建。例如，特征可包括在CMC构件内的复杂的、非直线的视觉冷却特征。另外，特征可以更容易地位于在例如期望热量减少以用于改善的冷却的表面的附近。然而这些示例不是限制性的，其他实施例可以被米用。如本文中所使用的，术语“轴向的”或“轴向地”是指沿发动机纵向轴线的维度。结合“轴向的”或“轴向地”使用的术语“前”是指沿朝着发动机入口的方向移动，或者一个构件比另一个构件更靠近发动机入口。结合“轴向的”或“轴向地”使用的术语“后”是指沿朝着发动机喷嘴的方向移动，或者一个构件比另一个构件更靠近发动机喷嘴。如本文中所使用的，术语“径向的”或“径向地”是指在发动机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成带有冷却特征的陶瓷基复合材料构件200的方法，包括：形成预制带120；将所述预制带层叠122成期望的形状；将预定几何形状的耐高温的暂时的材料插入件30放置在所述期望的形状的所述预制带中；压紧134所述期望的形状的所述预制带；烧尽138所述期望的形状的所述预制带；熔体渗透140所述期望的形状；在所述烧尽或所述熔体渗透中的一个期间或之后中的一个时候去除所述耐高温的插入件以形成所述冷却特征。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·R·图埃切尔，M·E·诺厄，G·H·柯比，S·K·F·沃尔克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US