本發明專利技術涉及CMC構件、功率發生系統和形成CMC構件的方法。一種用于功率發生系統(10)的陶瓷基質復合構件(100)包括陶瓷泡沫芯體(120)和包圍陶瓷泡沫芯體(120)的至少一部分的陶瓷基質復合材料(130)。陶瓷泡沫芯體(120)在功率發生系統(10)中的構件(100)的運行期間保持就位。另外，提供一種形成陶瓷基質復合構件(100)的方法(700)。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術大體涉及功率發生系統，并且更具體而言，涉及用于功率發生系統的陶瓷基質復合構件。
技術介紹
已經提出基于碳化硅(SiC)的陶瓷基質復合(CMC)材料作為燃氣輪機發動機的某些構件(諸如渦輪葉片和導葉)的材料。已知用于制造基于SiC的CMC構件的多種方法，包括熔滲(MI)、化學氣相滲透(CVI)和聚合物熱解(PIP)工藝。雖然這些制造技術彼此有顯著的不同，但是各自都包括使用工具或模具，以通過包括在多種處理階段應用熱的工藝來產生近凈形狀的部件。如同由較傳統的超合金材料形成的渦輪葉片和導葉一樣，CMC葉片和導葉主要配備有腔體和冷卻通道，這有兩個主要原因，其一是為了降低重量，降低重量會減小離心載荷，而其二是降低它們的運行溫度。使用可移除且易耗的工具的組合來使這些特征典型地形成于CMC構件中。典型地使用在大多數情況下可再次使用的可移除的工具來形成空心的CMC構件的外部輪廓。也可使用可移除的工具來形成內部腔體，但是傳統的硅石(SiO2)和氧化鋁(Al2O3)芯體廣泛地與也已經使用過的熔模鑄造法一起使用。硅石和氧化鋁芯體需要用浸出化合物(其包括鹽、氟化氫(HF)和堿金屬，諸如氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)來移除。在一些情況下，金屬熔模鑄件的暴露表面涂有掩蔽材料，以防止浸出化合物造成表面侵蝕-由于存在芯體的原因，不能掩蔽鑄件的內表面。 因此，鑄件的關鍵的外表面得到保護，而不那么關鍵的內表面則會經受浸出化合物的輕微侵蝕。但是，在傳統上用來從熔模鑄件中移除硅石芯體的浸出化合物會劇烈地侵蝕許多CMC材料，而且特別是包含硅和硼(典型地分別呈SiC和氮化硼(BN)的形式)的那些。因此，從易于被浸出化合物侵蝕的CMC構件中移除硅石芯體的嘗試會使構件的內表面遭受無法接受的侵蝕，這會降低CMC構件的結構完整性。因此，一種沒有以上缺陷的CMC構件和形成用于功率發生系統的陶瓷基質復合物的方法在本領域中是合乎需要的。
技術實現思路
根據本公開的示例性實施例，提供一種用于功率發生系統的陶瓷基質復合(CMC)構件。該CMC構件包括陶瓷泡沫芯體和包圍陶瓷泡沫芯體的至少一部分的陶瓷基質復合(CMC)材料。陶瓷泡沫芯體在構件的運行期間保持就位。根據本公開的另一個示例性實施例，提供一種功率發生系統。該功率發生系統包括渦輪葉片。渦輪葉片包括陶瓷泡沫芯體和包圍陶瓷泡沫芯體的至少一部分的陶瓷基質復合材料。陶瓷泡沫芯體在功率發生系統中的構件的運行期間保持就位。根據本公開的另一個示例性實施例，提供一種形成陶瓷基質復合構件的方法。該方法包括提供陶瓷泡沫芯體，陶瓷泡沫芯體材料具有預定幾何構造。該方法包括對陶瓷泡沫芯體應用增強層。該方法包括用基質材料浸潰增強層。該方法包括使陶瓷泡沫芯體、增強層和基質材料固化，以形成陶瓷基質復合構件。根據結合附圖得到的優選實施例的以下更加詳細的描述，本專利技術的其它特征和優點將顯而易見，附圖以示例的方式示出了本專利技術的原理。附圖說明圖1是本公開的功率發生系統的示意圖。圖2是具有本公開的陶瓷泡沫芯體的組裝好的構件的透視圖。圖3是本公開的構件的沿著圖2的線2-2的橫截面圖。圖4是本公開的經預處理的構件的放大視圖。圖5是在加工之前的、包括陶瓷泡沫芯體的預成形CMC構件的分解圖。圖6顯示了用來制造葉片組件的工具的示例性實施例的透視圖。圖7是形成本公開的構件的方法的流程圖。在可能的情況下，將在所有圖中使用相同的參考標號來表示相同部件。部件列表 10功率發生系統 12壓縮機區段 14燃燒器區段 16渦輪區段 18固定翼型件 20葉片 22盤 24轉子 26葉片尖部 28導葉托架 30內周緣表面 32壓力側預成形件 34吸力側預成形件 100CMC構件 120陶瓷泡沫芯體 122陶瓷泡沫芯體的外部 124陶瓷泡沫芯體中的氣穴/腔體 130CMC材料-陶瓷基質復合物 132增強纖維 133增強層 134基質材料(陶瓷基質) 136層壓層/多個片層 138中間層(應用于陶瓷泡沫芯體的可選的額外的CMC層壓層) 150后緣152前緣 156桿部分 160側壁 500預成形構件。具體實施例方式提供的是沒有現有技術中的缺陷的CMC構件、功率發生系統和形成CMC構件的方法。根據本公開的CMC構件最大程度地減少或消除CMC材料屬性和制造約束的限制性方面，并且改進機械載荷能力。在圖2和3中顯示了本公開的實施例，但是本公開不限于示出的結構。功率發生系統包括(但不限于)燃氣輪機、蒸汽輪機和其它渦輪組件。 圖1顯示了功率發生系統10的示例，即燃氣輪機發動機，其具有壓縮機區段12、燃燒器區段14和渦輪區段16。在渦輪區段16中，存在成交錯的排的固定翼型件18 (通常稱為導葉)和旋轉翼型件20 (通常稱為葉片)。各排葉片20由多個翼型件20形成，翼型件20附連到設置在轉子24上的22盤上。葉片20可從盤22沿徑向向外延伸，并且在稱為葉片尖部26的區域中終止。通過將多個導葉18附連到導葉托架28上來形成各排導葉18。導葉18可從導葉托架28的內周緣表面30沿徑向向內延伸。導葉托架28附連到外殼32上，外殼32封閉發動機10的渦輪區段16。在功率發生系統10的運行期間，高溫且高速的氣體流過渦輪區段16中的成排的導葉18和葉片20。圖2是加工之后的功率發生系統10的陶瓷基質復合(CMC)構件100的透視圖。在一個實施例中，構件100是(但不限于)燃氣輪機發動機構件，其包括燃燒器構件、高壓渦輪導葉和葉片，以及其它熱區段構件，諸如(但不限于)翼型件、導葉、陶瓷殼護罩和噴嘴應用。如圖2-3中顯示的，CMC構件100是葉片20。構件100包括陶瓷泡沫芯體120和包圍陶瓷泡沫芯體120的至少一部分的陶瓷基質復合(CMC)材料130。陶瓷泡沫芯體120在功率發生系統10中的CMC構件100的運行期間保持就位。陶瓷泡沫芯體120由能經受住CMC固化過程的材料形成，并且成為最終CMC構件100的一部分。在一個實施例中，用于陶瓷泡沫芯體120的材料包括(但不限于)莫來石、硅石、氧化鋯、鋯石及它們的組合。在另一個實施例中，使用模子用碳化硅(SiC)或硼化硅(SiB)材料來構建陶瓷泡沫芯體120。模子為陶瓷泡沫芯體120提供期望的幾何構造。陶瓷泡沫芯體120是開孔泡沫芯體或閉孔泡沫芯體。CMC構件100包括基于氧化物的CMC，諸如可從加利福尼亞圣地亞哥的COI陶瓷公司獲得的AN-720 (基于氧化物-氧化物)，或者混合氧化物CMC材料，諸如美國專利No.6，733,907中公開的一種，該專利通過引用而以其整體結合在本文中。如圖3中顯示的那樣，構件100是具有前緣152、后緣150和桿部分156的葉片20。葉片20的CMC材料130包圍陶瓷泡沫芯體120的至少一部分。在一個實施例中，CMC材料130完全包圍陶瓷泡沫芯體120。CMC材料130的側壁160在陶瓷泡沫芯體120附近，并且大體由陶瓷泡沫芯體120連結(參見圖4)。通過形成整體式CMC構件100，陶瓷泡沫芯體120對CMC構件100提供額外的硬度或穩定性。另外，陶瓷泡沫芯體120提供改進的振動屬性。在一個實施例中，陶瓷泡沫芯體120在制造CMC構件100時起心軸的作用。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于功率發生系統(10)的陶瓷基質復合構件(100)，包括：陶瓷泡沫芯體(120)；以及包圍所述陶瓷泡沫芯體(120)的至少一部分的陶瓷基質復合材料(130)，其中，所述陶瓷泡沫芯體(120)在所述構件(100)的運行期間保持就位。
【技術特征摘要】
2011.10.04 US 13/2525401.一種用于功率發生系統(10)的陶瓷基質復合構件(100)，包括 陶瓷泡沫芯體(120);以及 包圍所述陶瓷泡沫芯體(120)的至少一部分的陶瓷基質復合材料(130)，其中，所述陶瓷泡沫芯體(120)在所述構件(100)的運行期間保持就位。2.根據權利要求1所述的陶瓷基質復合構件(100)，其特征在于，所述陶瓷泡沫芯體(120)包括選自氧化鋁、莫來石、硅石、氧化鋯、鋯石、碳化硅、硼化硅及它們的組合的材料。3.根據權利要求2所述的陶瓷基質復合構件(100)，其特征在于，所述陶瓷泡沫芯體(120)選自開孔泡沫或閉孔泡沫。4.根據權利要求1所述的陶瓷基質復合構件(100)，其特征在于，陶瓷基質復合(100)包括至少一個增強纖維(132)和基質材料(134)。5.根據權利要求4所述的陶瓷基質復合構件(100)，其特征在于，所述至少一個增強纖維(132)包括選自金屬纖維、陶瓷纖維、碳纖維及它們的組合的材...
【專利技術屬性】
技術研發人員：P德迪戈，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：
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