[发明专利]一种发动机的复合材料静子叶片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机的复合材料静子叶片及其制备方法。

背景技术

现有的发动机的静子叶片都是由金属材料制成，采用不锈钢1Cr11Ni2W2MoV、镍合金和钛合金，采用铣切、冲切、粗轧、热处理、抛修、精轧、再次热处理和切断等工艺完成。不锈钢1Cr11Ni2W2MoV、镍合金和钛合金虽然仍有进一步提高其强度、刚度和耐高温的性能的余地，但其发展潜力已经有限，很难满足未来航空发动机更加苛刻的温度和重量要求。随着航空发动机性能的不断提高，特别是重量不断减轻，将越来越依赖于高比强度、低密度、高刚度和耐高温能力强的先进材料：如预浸碳布和预浸玻璃布的复合材料，由于预浸碳布和预浸玻璃布的复合材料与有形的传统金属材料的结构完全不同，所以目前还没有采用预浸碳布和预浸玻璃布等复合材料制作的静子叶片。且由于预浸碳布和预浸玻璃布的复合材料的抗冲击性和抗压性相对镍合金和钛合金材料的小，所以，如采用预浸碳布和预浸玻璃布的复合材料制成的静子叶片，其在气流冲刷下容易造成叶片破损，尤其是叶片前缘部分，叶片安装孔处容易磨损，孔位变大，安装固定性差。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种比强度高，比刚度高，耐高温能力强，重量轻，且抗冲击性和抗压性也很强，使用寿命长的复合材料发动机静子叶片及其制备方法。      

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种发动机的复合材料静子叶片，其包括由预浸碳布制成的叶身、上、下缘板，蒙皮，镍前缘包边和金属衬套；上缘板上有与发动机机匣连接的安装孔，由预浸玻璃布制成的蒙皮包裹在叶身、上、下缘板和安装孔外；镍前缘包边胶接固定在叶身的前缘部分，金属衬套镶嵌在上缘板的安装孔内。

上述所述发动机的复合材料静子叶片的制备方法，其包括以下步骤：

A、模具的设计与制造，为便于合模及开模并满足产品尺寸要求，静子叶片成型模具采用多模块分体组合式，根据复合材料静子叶片的复杂外形，将整个叶片成型模具分为4个模块：上模块、下模块、上缘板模块和下缘板模块；上模块、下模块、上缘板模块和下缘板模块合模后的内腔与设计规定的静子叶片的外形相匹配；

B、预浸碳布与预浸玻璃布的裁片的制备，使用下料机或样板裁剪出与设计规定的静子叶片的叶身和上、下缘板的外形尺寸相匹配的预浸碳布裁片和预浸玻璃布裁片；

C、铺模前各个模块的准备，在清理干净的上模块、下模块、上缘板模块和下缘板模块的模腔内喷涂脱模剂，并将其预热至35℃±5℃；

D、分模块铺层，按照设计规定的铺层数量及顺序在预先预热好并喷涂脱膜剂的上模块、下模块、上缘板模块和下缘板模块上分别先铺放玻璃布裁片，再在玻璃布裁片上铺放预浸碳布裁片，直至铺放完设计规定的所有裁片；裁片之间紧密贴合，不得在铺层之间留有保护层及异物；

E、成型模具整体组装，先将铺好预浸玻璃布裁片及预浸碳布裁片的上模块以定位销为基准合模到下模块上，移到已经预热至50℃±10℃的热压机上，热压机加压至8MPa～10MPa，以保证上、下模块之间的间隙不大于0.5mm；将金属衬套装到合模后的上、下模块的安装上缘板模块一侧的定位销上，再将上缘板模块及下缘板模块分别组装到合模后的上、下模块的两侧，均匀拧紧螺钉，避免损伤模具；

F、模压固化成型，以1℃～3℃/min的升温速率升温至140℃；在140℃～145℃保温30min～60min；再以1℃～3℃/min的升温速率升温至180℃±5℃；在180℃±5℃保温2h～2.5h；

G、起模型修，完成步骤F中的固化条件后，关掉热压机，当模具温度冷却至60℃以下时，将模具从热压机取下，打开模具，起出静子叶片，并清理静子叶片，对静子叶片的飞边进行型修；

H、对型修好的静子叶片的前缘部位及镍前缘包边进行吹砂并清洗干净后，使用胶黏剂将镍前缘包边粘接到静子叶片前缘上。