[发明专利]金属基复合材料制造直嵌件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，特别涉及金属基中的陶瓷纤维嵌件，用以加强金属部件。

背景技术

在航空领域，减轻重量和缩小尺寸，优化部件强度是一个永恒的目标。如今，一些部件可以使用金属基复合材料制成的嵌件，以下简称MMC，这种部件同样可以是整体式的。这种复合材料包括了金属合金基，例如，钛(Ti)合金，在这种金属基内，纤维可延伸，例如碳化硅(SiC)的陶瓷纤维。这种纤维的拉伸强度要大大高于钛的抗拉强度(一般4000MPa，而钛则为1000MPa)。因此，正是纤维吸收了应力，而金属合金基则起与部件其它部分的结合剂的作用，同时也保护和隔离纤维，因为纤维彼此之间决不可接触。此外，陶瓷纤维耐腐蚀，但必须采用金属来加强。

这些复合材料可以在轮盘、轴、缸体、壳体、垫片等的制造中应用，作为整体部件(例如，叶片等)的加强件。

例如，对于涡轮发动机中的压气机轮盘，已知的加强技术是在部件中嵌入环向缠绕的涂覆纤维。制造金属基复合材料嵌件的技术是基于以Snecma名义提交的专利EP 1.726.677所介绍的缠绕涂覆纤维丝的原理。这种嵌件是从多个涂覆丝中获得的，每个丝都包括嵌入在金属护套内的陶瓷纤维。这种丝在本文后面称之为涂覆丝。制造工艺包括围绕垂直于部件轴线的回转体周围缠绕一束或一个连接层的涂覆丝的步骤。然后，将嵌件置于容器内进行热等静压成型。术语容器在此是指金属部件的坯件，在其内，加工有腔室，用来置放金属基复合材料嵌件，然后，该部件再进行热等静压压制成型。所述成型处理以下称之为HIC。

由此而获得的所述部件为圆形，而且，除了压气机轮盘外，这种部件都特别适合圆形部件的生产，诸如轴、汽缸体或壳体。

其它机械部件要求的特性与圆形部件所提出的特性不同。这在--例如—起落架系统中所使用的杆或发动机吊架等结构部件中尤为如此，这些主要都是细长方形状。这些部件的作用是传递单向拉力和/或压缩力。这些部件的加强都相应地要求金属基复合材料嵌件至少部分是直线形的。这是因为纤维必须朝向应力方向。

这些嵌件的最低工业制造成本是一个值得考虑的方面。

人们已知一种制作机械部件的方法，该部件包括使用至少一个由金属基复合材料制成的嵌件。所述方法包括采用围绕环形支架缠绕一束或一个连接层的涂覆丝来制造一个初步嵌件，该支架的一部分为直线部分。

以SNECMA和Messier-Dowty名义申请的专利FR 2.919.284中描述的方法提出了这个原理，并包括将上述初步嵌件插入第一金属容器内，对第一容器进行热等静压成型，随后对其进行加工，从而形成直线嵌件。在这种嵌件制造之后，制造机械部件的方法包括如下步骤：将嵌件插入第二容器内，对第二容器进行热等静压成型，并对第二容器进行加工，以形成所期望的机械部件。由此而获得的机械部件，例如杆，可以方便地用来沿植入其中的陶瓷纤维的方向传递单向拉力和/或压缩力。

在切割成直线嵌件之后，不是实施初步嵌件成型的中间步骤，通过保证涂覆丝在线束内的固定，而切割成形成初步件的环形线轴。

FR 2.925.896专利申请提出了将这种线束置放入端部的直线沟槽内。

这种解决方案的诸多缺陷是，影响了这些作业的产业化：

涂覆丝在非直线部分会丢失。这种丢失不能忽视，因为涂覆的半加工丝产品在部件的总成本中占了相当大比例。

缠绕，特别是在椭圆形上的缠绕，会在所缠绕的嵌件上产生应力，这些应力易于释放，与此同时，会在切割作业期间造成嵌件变形。

这些技术要求在切割区使用许多系统，以便对涂覆丝进行固定。

发明内容

本发明的目的是开发以较低成本生产直嵌件的技术，并可随时适合用于工业生产。

通过热等静压成型(HIC)将直嵌件置于金属容器内的制造方法来实现该目的，所述嵌件包括一束涂覆丝，结合在一起且带有预定长度，其特征在于，所述涂覆丝以直线并置的方式置放直沟槽形工具内的预定长度上，所述涂覆丝连接在一起。

因此，本发明提出的解决方案旨在一方面降低涂覆丝的丢失，另一方面，实现工业制造水平，达到自动化的高生产速率。

更具体地说，所述方法包括对多层直线涂覆丝的成形，所述涂覆丝是通过预定数量的涂覆丝的平整并置而获得，直到获得预定数量的层数，其特征在于，各层连接在一起，以便它们可优选在端部固定。

更具体地说，第一层是置放在--特别是--由金属板材成形的平面上，该堆的最后一层由另一个金属板覆盖，该组件被结合到一起。