[发明专利]用陶瓷纤维增强的金属部件的制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及制造具有由陶瓷纤维所形成的内部增强材料的金属部件，并且该制造过程包括在金属坯体中嵌入由陶瓷纤维构成型复合材料制成的嵌件，内部增强材料由陶瓷纤维形成。

背景技术

为了减轻金属部件的重量并同时使其在尤其是受到张力或压力时具有更大的强度，已知的是嵌入陶瓷纤维。例如，可以采用张力强度和压力强度比钛之类的金属的张力强度和压力强度大得多的碳化硅(SiC)纤维。

制造这些部件涉及在金属坯体中预先形成由陶瓷纤维制成的嵌件，嵌件包括金属涂覆的陶瓷纤维。嵌件还被称为CMM纤维或带涂层的线材。金属赋予嵌件进行处理所需的弹性和挠性。

制造这种增强部件的已知工艺包括围绕心棒缠绕带涂层线材的过程。然后将线材卷放入金属主体或容器中，在金属主体或容器中预先加工有形成嵌件壳体的狭槽。狭槽的深度大于线材卷的高度。将盖件布置在容器上并将盖件焊接到容器的外周上。盖件具有形状与狭槽的形状互补的凸榫，并且凸榫的高度被调整为适合布置在狭槽中的线材卷的高度以填满狭槽。接下来，在盖件发生变形并且线材卷受到凸榫按压期间，执行热等静压步骤。

热等静压技术包括将部件布置在盒子中并使其在几小时内受到量级为1000巴的高压还经受量级为1000℃的高温。

在该处理中，通过扩散将带涂层的线材的金属护套焊接在一起并将其焊接在狭槽的壁上，以形成由金属合金构成的密实组件，在该组件中陶瓷纤维沿环形延伸。然后将获得的部件加工成所需形状。

该过程不仅用于制造例如转子盘或叶盘(带一体叶片的盘)等轴对称航空部件还用于制造轴、制动器主体、壳体等。

在主体中加工出狭槽是困难的，尤其是因为狭槽的底部的半径较小。该小半径是容纳具有矩形横截面的嵌件所必须的。在盖件中加工出对应凸榫也是不容易的，这是因为凸榫的拐角具有不敞开的端部。

本申请人已经开发出一种制造嵌入有嵌件的细长形部件的工艺，所述嵌件具有对于传递单向张力和/或压力有很大贡献的笔直部分。该工艺在2007年7月26日提交的专利申请FR 07/05453中有所描述。本申请人还开发出一种制造笔直嵌件的工艺。该工艺包括：制造采用绕圈形式的嵌件坯体，借助热等静压处理在容器中将所述坯体压实，然后在压实的容器中加工所述笔直嵌件。该工艺在2007年7月26日提交的专利申请FR 07/05454中有所描述。

然而，在待制造的部件不是轴对称的而是具有椭圆形形状的细长形状或具有笔直部分的情况下，难以在较长的长度上进行精确调整。这对于由刚度非常大的带涂层线材形成的嵌件而言是更难实现的，这是因为需要为陶瓷纤维形成它们能严丝合缝地配合并使任何纤维都不会逸出的壳体。

代替单独地制造嵌件然后再将其移至主体的狭槽中的步骤，授予SNECMA的专利FR 2886290根据一个实施例提出在主体上直接制造绕圈。在主体上设置两个台肩来代替狭槽。第一台肩具有供带涂层线材直接缠绕的支撑表面。该表面与缠绕方向平行。当完成缠绕之后，通过将部件放置在主体上来重新构成狭槽，部件的形状和与第一台肩一起形成台阶的第二台肩互补。然后将具有凸榫的盖件放置在已经经过缠绕的嵌件上，并且使该组件经过压实操作。由于该组件操作依然复杂，通过该方案仅能解决部分制造问题。

因此，现有制造技术可以制造包括一个或多个增强材料、容器-主体和盖件的金属部件，其中增强材料由涂层纤维绕圈所形成的金属坯体复合材料制成。这些结构非常有效但造价高昂。具体地说，加工容器主体以及盖件占据部件总成本的大部分。

本申请人为了简化制造操作的步骤并减少成本而致力于改善细长形部件的制造工艺。

发明内容

采用根据本发明的制造用陶瓷纤维增强的金属部件的方法，可以实现上述目的，其中：

在具有上表面的金属主体中加工出嵌件的壳体；

将具有金属坯体的由纤维束形成的嵌件放入所述壳体中；

将金属盖件放置在所述主体上以遮盖所述嵌件；

将所述金属盖件焊接在所述金属主体上；

用热等静压法处理所述组件，即所述金属主体和所述金属盖件；以及

加工所述经处理的组件以获得所述部件，其特征在于，

所述嵌件是笔直的，并且所述壳体形成在各个端部敞开的笔直狭槽，在用所述金属盖件封闭时所述狭槽被舌部填满。