【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涡轮外环，尤其涉及一种陶瓷基复合材料涡轮外环及其制备方法。
技术介绍
1、涡轮外环是涡轮静子的主要结构件，其主要作用是组成涡轮部件的高温燃气通道。随着先进航空发动机的不断发展，对涡轮外环构件提出了耐更高温度、更长寿命、更轻质的需求。陶瓷基复合材料作为一种具备了低密度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高韧性、高刚度等各种材料优点的热结构功能一体化材料，被国际公认为是发展先进发动机高温部件最具潜力的材料之一。其综合性能指标能够很好地满足高性能涡轮外环构件的使用要求，并逐步取代传统镍基和钴基高温合金成为制备涡轮外环的首选材料。陶瓷基复合材料构件的结构及其纤维预制体通常采用一体化结构设计，其内部的纤维作为一体化结构的增强体，是其主要承力相。一般纤维预制体结构分为1d、2d、2.5d和3d及组合连接结构，其中2d碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布预制体结构最为简单，工艺可实现性好。
2、现有技术中采用陶瓷基复合材料制备涡轮外环构件时，涡轮外环的纤维预制体定型是通过定型模具的合模方式实现对多层碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布在预定刚性曲面上的贴合和压紧。涡轮外环作为结构功能件，其典型的结构特征有机匣连接结构和弧形流道结构，如图1所示；现有技术中采用的2d碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布预制体结构在弧形流道或涡轮外环挂耳结构的成型过程中，都会不可避免地将纤维布进行超过90°的大角度弯折，进而可能会导致纤维布的预损伤。因此，想要提升陶瓷基复合材料的涡轮外环的性能，需要在预制体结构成型过程中降低纤维布的弯折形变程度，降
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种陶瓷基复合材料涡轮外环及其制备方法；以解决现有技术中一体式涡轮外环成型时纤维布弯折形变较大，导致其存在预损伤的技术问题。
2、第一方面，为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种陶瓷基复合材料涡轮外环，包括x型预制体和弧形板预制体；x型预制体上设有填充件；弧形板预制体连接于x型预制体底部。
4、在本方案中，设计x型预制体，且在x型预制体底部设计弧形板预制体；弧形板预制体为涡轮外环的弧形流道，该设计可使涡轮外环内部的纤维布条在成型过程中形变较小，降低其成型中的预损伤，提高涡轮外环整体的强度。
5、进一步地，x型预制体沿周向方向为扇形段结构，扇形段结构的截面为x型结构；x型预制体包括第一织面和第二织面，第一织面和第二织面交叉连接形成x型结构；x型结构顶部的两个分支为涡轮外环的挂耳结构；弧形板预制体连接于第一织面和第二织面底部。
6、在本方案中，第一织面和第二织面相互交叉设计，第一织面和第二织面的顶部可直接用作涡轮外环的两侧的挂耳，挂耳与涡轮外环本体的连接强度高；且无需再通过模具制备挂耳结构，省略了制备挂耳结构中对纤维布条进行弯折形变的过程。
7、进一步地，填充件包括上填充件和下填充件；上填充件填充于第一织面和第二织面交叉位置的顶部间隙内；下填充件填充于第一织面和第二织面交叉位置的底部间隙内，下填充件的底部与弧形板预制体连接。
8、在本方案中，在x型预制体的顶部和底部分别填充上填充件和下填充件，上填充件和下填充件可以对x型预制体的结构进行固定，放置其交叉连接位置发生形变；同时设计填充件还可以提升x型预制体整体的机械强度。
9、第二方面，本专利技术基于第一方面提供的一种陶瓷基复合材料涡轮外环，提供一种陶瓷基复合材料涡轮外环的制备方法，包括以下步骤：
10、s1：制备弧形板预制体；
11、s2：在弧形板预制体上制备x型预制体得到涡轮外环预制体；
12、s3：在涡轮外环预制体结构上进行气相沉积得到复合材料涡轮外环。
13、在本方案中，在弧形板预制体上制备x型预制体直接得到涡轮外环预制体，不用单独对涡轮外环的弧形流道和挂耳结构进行成型，制备过程简单；且制备中对纤维布条的弯折形变较小，降低了纤维布条的预损伤程度。
14、进一步地，s1包括：
15、s101：在第一外模具上铺设一层碳布；第一外模具为弧板形结构，弧形板结构上贯穿开设有若干个缝制孔；
16、s102：在碳布上铺设若干条纤维条带形成弧形板预制体；
17、s103：通过缝制孔将弧形板预制体缝制在第一外模具上。
18、在本方案中，在第一外模具上铺设一层碳布有利于后续脱模；制备中将弧形板预制体缝制在第一外模具上进行固定，防止后续铺设第一织面和第二织面时弧形板预制体发生位移。
19、进一步地，s2包括：
20、s201：在弧形板预制体上放置下填充件；
21、s202：以下填充件的顶部曲线为对称线，在对称线上交叉铺设第一织面和第二织面得到x型预制体；第一织面和第二织面的交线位于对称线正上方；第一织面或第二织面的厚度为4-8mm；
22、s203：在x型预制体的两侧分别嵌入相互对称的两块内模具，内模具对第一织面或第二织面的上半部分进行支撑；内模具上开设有若干个缝制孔；
23、s204：通过缝制孔将内模具缝制于第一织面和第二织面上；
24、s205：在第一织面和第二织面上放置上填充件，上填充件的底部曲线位于对称线正上方；
25、s206：在上填充件上铺设一层碳布，并将第二外模具放置在上填充件上，第二外模具上开设有若干个缝制孔；
26、s207：通过缝制孔将第二外模具缝制于第一织面和第二织面上，得到涡轮外环预制体结构。
27、在本方案中，先放置下填充件，在下填充件上铺设x型预制体，可保证x型预制体的交叉位置与下填充件的顶部曲线相接触，保证下填充件与x型预制体之间紧密贴合；并且下填充件填充在弧形板预制体和x型预制体之间，还可以增加弧形板预制体和x型预制体的连接面积，提高二者连接后的稳定。
28、进一步地，s3包括：
29、s301：将涡轮外环预制体结构放置于加强框内部，在涡轮外环预制体结构和加强框之间安装楔块，对涡轮外环预制体结构整体进行压紧定型；
30、s302：采用cvi气相沉积工艺对涡轮外环预制体结构进行气相沉积；
31、s303：拆卸第一外模具、内模具和第二外模具；
32、s304：再次对涡轮外环预制体结构进行cvi气相沉积，得到复合材料涡轮外环。
33、在本方案中，加强框可以对涡轮外环预制体结构进行压紧，使其内部纤维条带和填充件之间紧密接触；分两次对涡轮外环预制体结构进行气相沉积，第一次气相沉积可以初步的其各部件连接为一个整体；去掉模具后再进行第二次气相沉积，使涡轮外环整体的各部件连接牢固，保证制得的涡轮外环强度高、稳定性好。
34、进一步地，s202中铺设第一织面和第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料涡轮外环，其特征在于：包括X型预制体(1)和弧形板预制体(2)；所述X型预制体(1)上设有填充件；所述弧形板预制体(2)连接于所述X型预制体(1)底部。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料涡轮外环，其特征在于：所述X型预制体(1)沿周向方向为扇形段结构，所述扇形段结构的截面为X型结构；所述X型预制体(1)包括第一织面(11)和第二织面(12)，所述第一织面(11)和所述第二织面(12)交叉连接形成所述X型结构；所述X型结构顶部的两个分支为涡轮外环的挂耳结构；所述弧形板预制体(2)连接于所述第一织面(11)和所述第二织面(12)底部。
3.根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料涡轮外环，其特征在于：所述填充件包括上填充件(31)和下填充件(32)；所述上填充件(31)填充于所述第一织面(11)和所述第二织面(12)交叉位置的顶部间隙内；所述下填充件(32)填充于所述第一织面(11)和所述第二织面(12)交叉位置的底部间隙内，所述下填充件(32)的底部与所述弧形板预制体(2)连接。
4.一种如权利要求3所述的陶瓷基复合材料涡轮
5.根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料涡轮外环的制备方法，其特征在于，所述S1包括：
6.根据权利要求5所述的陶瓷基复合材料涡轮外环的制备方法，其特征在于，所述S2包括：
7.根据权利要求6所述的陶瓷基复合材料涡轮外环的制备方法，其特征在于，所述S3包括：
8.根据权利要求6所述的陶瓷基复合材料涡轮外环的制备方法，其特征在于，所述S202中铺设所述第一织面(11)和第二织面(12)的方法为：
9.根据权利要求5～8任一所述的陶瓷基复合材料涡轮外环的制备方法，其特征在于：所述纤维条带为碳纤维条带、碳化硅纤维条带或氧化铝纤维条带中的任意一种；所述纤维布为碳纤维布、碳化硅纤维布或氧化铝纤维布中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料涡轮外环，其特征在于：包括x型预制体(1)和弧形板预制体(2)；所述x型预制体(1)上设有填充件；所述弧形板预制体(2)连接于所述x型预制体(1)底部。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料涡轮外环，其特征在于：所述x型预制体(1)沿周向方向为扇形段结构，所述扇形段结构的截面为x型结构；所述x型预制体(1)包括第一织面(11)和第二织面(12)，所述第一织面(11)和所述第二织面(12)交叉连接形成所述x型结构；所述x型结构顶部的两个分支为涡轮外环的挂耳结构；所述弧形板预制体(2)连接于所述第一织面(11)和所述第二织面(12)底部。
3.根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料涡轮外环，其特征在于：所述填充件包括上填充件(31)和下填充件(32)；所述上填充件(31)填充于所述第一织面(11)和所述第二织面(12)交叉位置的顶部间隙内；所述下填充件(32)填充于所述第一织面(11)和所述第二织面(...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，张海昇，成来飞，王卿，李建鑫，师漠言，
申请(专利权)人：国投陶瓷基复合材料研究院西安有限公司，
类型：发明
国别省市：
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