[发明专利]形成带有冷却特征的陶瓷基复合材料构件的方法

说明书

描述了一种用于在CMC构件(200)中形成原位特征的方法和材料。形成带有冷却特征的陶瓷基复合材料构件的方法包括：形成预制带(120)，将前述预制带层叠(122)成期望的形状，将预定几何形状的耐高温的暂时的材料插入件(30)放置在期望的形状的预制带中，压紧(134)期望的形状的预制带，烧尽(138)期望的形状的预制带，熔体渗透(140)期望的形状，在烧尽或熔体渗透中的一个期间或者在烧尽或熔体渗透之后去除耐高温的插入件以形成冷却特征。

对相关申请的交叉引用

本PCT发明申请要求已于2013年5月29日提交的题为“Methods and Materialsfor Forming In-Situ Cavities for Silicon-Based Ceramic Matrix CompositeComponents(用于在硅基陶瓷基复合材料构件中形成原位空腔的方法和材料)”的具有美国专利申请序列号61/828,273的未决临时申请的优先权和好处，该申请的全部内容通过引用被并入本文中。

技术领域

公开的实施例大体关于用于燃气轮机的陶瓷基复合材料构件。更具体地，本发明涉及用于在陶瓷基复合材料构件中形成原位空腔的方法和材料。

背景技术

在燃气轮机中，空气在压缩机中被压缩并在燃烧器中与燃料混合以用于生成向下游流过涡轮机级的热燃气。典型的燃气轮机一般拥有前端和后端，其中燃气轮机的若干核心或推进构件轴向定位在两端之间。空气入口或进气口位于发动机的前端。向后端移动，进气口后面依次是风扇、压缩机、燃烧室、和涡轮机。本领域技术人员容易明白的是附加的构件也可以被包含在发动机中，例如低压和高压压缩机，以及低压和高压涡轮机。但是，这不是详尽的列举。

压缩机和涡轮机一般包括在级内轴向叠加的翼型列。每一级包括一列周向间隔的定子导叶和围绕涡轮发动机的中心轴或轴线旋转的转子组件。在用于给飞行中的航空器供能的涡扇航空发动机配置中，多级低压涡轮机在多级高压涡轮机后面，并典型地通过第二轴连结到布置在压缩机上游的风扇。这些涡轮机级从燃气中提取能量。

定子由多个喷嘴段形成，多个喷嘴段邻接在周向末端以围绕燃气轮机发动机的轴线形成完整的环。每个喷嘴段包括在内带和外带之间延伸的一个或更多个导叶。定子喷嘴以一种使相邻的下游涡轮叶片处的提取极大化的方式引导热燃气。

涡轮机转子组件典型地包括至少一列周向间隔的转子叶片。每个转子叶片包括具有在前缘和尾缘处连接在一起的压力侧和吸力侧的翼型。每个翼型从转子叶片平台径向向外延伸。每个转子叶片还可以包括从柄部径向向内延伸的燕尾，柄部在平台和燕尾之间延伸。燕尾被用于将转子组件内的转子叶片安装到转子盘或芯轴。已知的叶片是中空的，使得内部冷却腔至少部分地由翼型、平台、柄部、和燕尾限定。

陶瓷基复合材料(CMC)具有对在燃气涡轮发动机中使用的特别的重要性，这是因为在燃气涡轮发动机中寻求更高的运行温度来提高效率。CMC材料可被用于各种构件，例如发动机的涡轮机、压缩机、和风扇区域中的翼型。CMC材料典型地包括被嵌入陶瓷基材料中的陶瓷纤维加强材料。加强材料有助于为CMC提供负荷承载功能，并且陶瓷基保护加强材料、维持纤维定向以及将负荷分散给加强材料。美国申请序列号13/780,584和13/780,306中教导了多种方法，以上两个申请通过引用并入本文中。

采用目前所使用的陶瓷基复合材料构件，特征在模制之后通过后续加工形成在零件内。加工导致材料去除以形成期望的特征，例如冷却孔口。被加工的特征在设计上受去除材料加工的制造工艺的限制。例如，在钻孔工艺中，特征一般被限制为直线特征。

克服这些和其他特征并形成带有当前利用已知的加工技术可能无法形成的改善的几何特征的模制构件是期望的。更期望的是减少或消除当前在现有的模制技术中所要求的材料去除或清理步骤。

发明内容