[发明专利]一种复合材料部件用的增强纤维结构和使用这种结构的部件

说明书

技术领域

本发明涉及制作复合材料部件，特别涉及制作这种部件用的增强纤维结构。

本发明的应用领域是制作具有纤维增强和树脂基的复合材料结构部件。这种部件应用于许多领域，特别是航空领域。一个具体例子就是制作涡轮机的叶片，特别是风扇叶片。增强纤维结构可以采用任何已知方式通过一种树脂基—例如树脂传递模塑(RTM)—来进行致密化处理。

本发明的另一个应用领域是采用热结构复合材料来制作部件，即这种材料具有可适合形成结构件的力学特性，同时还具有在高温环境下保持这些特性的能力。热结构复合材料一般都是碳/碳(C/C)复合材料和陶瓷基复合(CMC)材料，前者具有通过一种碳基来致密化的碳的纤维增强材料，后者具有通过陶瓷基来致密化的(碳或陶瓷)耐火纤维增强材料。热结构复合材料部件尤其适用于航空和航天飞行领域。增强纤维结构可通过一种材料来致密化，这种材料可采用实施化学气相渗透(CVI)或使用一种液态技术来构成基体。液态致密包括将纤维结构浸渍一种含有前体的液体混合物中，所述含有前体的液体混合物用于可构成基体的材料，一般是一种树脂，前体可以通过热处理进行转化。

背景技术

对于具有一定厚度的复合材料部件，人们都知道通过将若干个叠加层彼此结合在一起而形成增强纤维结构，从而避免层与层之间的分离，特别是，人们都知道采用三维编织方法来制作一种增强结构。

为此，EP 1 526 285号专利文件提出了通过双罗纹式三维编织工艺制作涡轮叶片，特别是风扇叶片的一种增强结构件或预成形件，织物在叶根和叶片翼面之间在纵向上是不同的。

在制作复合材料部件所用的增强纤维结构件时，要考虑多种不同的情况。

因此，在复合材料部件需要具有一种光滑的表面时，最好避免使用带有较大表面缺陷的增强纤维结构，因为为了消除或避免这些表面缺陷，需要增加操作作业，例如在致密化第一阶段或固化阶段之后要进行表面修整，或者在致密化结束前在表面上增加一个两维叠层，例如一个编织织物夹层。

此外，对于带有树脂基的复合材料部件，重大表面不规则情况的出现会形成树脂局部聚集，这会损害这些部件的力学性能。

此外，对于使用CVI技术来使纤维增强结构致密化后而获得的复合材料部件来讲，最好是能够很容易地浸渗到纤维结构的芯部，并可确保纤维结构芯部孔隙相对均匀，这样致密化后非均匀情况就会很少。当很难进入纤维结构内的空隙时或当空隙尺寸彼此相差很大时，那么尺寸较小的空隙就会很快封闭，不可避免的会出现致密化梯度很陡的情况，而这种情况就会影响复合材料的性能。

最后，对于带有较薄部分的复合材料部件来讲，例如涡轮机叶片后缘，最好是使用一种三维结构，可以延伸到所述较薄部分，与此同时，保持了与较厚部分的结构连续性，从而可以赋予部件预期的力学性能。

发明内容

本发明旨在提供一种增强纤维结构，该结构可作为一个单一部件来编织，用来制作一种复合材料部件，并能够符合至少其中一种上述条件。

所述发明目的可以通过一种纤维增强结构来实现，这种纤维结构包括一个内部部分一或称芯部—和一个与纤维结构外表面相邻的部分—或称皮层一组成，所述纤维结构可以通过如下方式来形成，即，使用至少一个选自双罗纹编织的织物和一个多层织物在纤维结构芯部通过三维编织技术编织，而在其皮层部分则用一种与芯部织物不同且选自多层编织的织物和一个两维织物来编织而成。

纤维织构总是作为一个单一件来编织，通过只在芯部上采用三维编织或在皮层部分与其它多层编织结合的方式而将所有各层结合到一起。

根据纤维结构所要求的特性，在芯部和皮层之间可以采用各种不同的织物结合形式。

为此，可在芯部使用至少一个双罗纹织物的三维编织技术，而在皮层使用一种平纹、缎纹或哔叽类织物编织方式，从而形成纤维结构。

当纤维结构是采用CVI技术致密而获得一种复合材料部件时，在芯部使用一种双罗纹织物可以保证更容易地浸渗到预成型件的芯部。

采用平纹、缎纹、或哔叽类编织物来在皮层部位进行编织可以限制表面的不规则性。当用树脂来进行致密化时，这就可以避免在表面上形成树脂聚集，而这在采用双罗纹织物时可以观察到，例如上述EP 1 526 285号专利文件所述那样，其中，表面不规则性相当大。如果需要一种比较光滑的表面，优选一种缎纹织物。皮层的编织可以是一种多层织物，或者是一种两维织物，在这种情况下，用一种双罗纹织物来进行编织可以将各层结合在一起，并延伸到皮层部分内。