[发明专利]具有掺杂有导电元素的环境屏障层的涡轮环区段

说明书

本发明涉及由陶瓷基质复合物材料制成的涡轮护罩区段(10)，其具有形成有内表面和外表面的环状底座(12)，所述内表面用于限定在护罩区段安装到环支撑结构(3)上时涡轮环(1)的内表面，所述外表面上延伸有用于将护罩区段连接到环支撑结构(3)的连接部分(14、16)，护罩区段(10)还包括区段间的面(20)，其在护罩区段(10)安装到环支撑结构(3)上时用于面对相邻的护罩区段。区段间的面(20)涂敷有掺杂有导电化合物并且具有至少一个个槽(24)的环境屏障层(22)。发明还涉及涡轮护罩区段、和包含该护罩区段的涡轮发动机、以及用于制造该护罩区段的方法。

发明背景

本发明涉及由陶瓷基质复合物材料制成的涡轮环区段，特别用于涡轮发动机的涡轮环组件，以及制造该环区段的方法。

对于完全由金属制成的涡轮环组件，必须冷却组件的所有元件，特别是冷却涡流环，上述涡轮环经受最热的流。这种冷却对发动机的性能具有显著影响，因为用于冷却的流是通过发动机从主流中获得的。而且，将金属用于涡轮机环限制了涡轮机内温度升高的潜力，即使这有助于改进航空发动机的性能。

在试图解决这些问题时，已经设想用陶瓷基质复合物(CMC)材料制造涡轮环区段，以避免使用金属材料。

CMC材料具有良好的机械性能，使其适用于构成结构元件，并且有利地是它们在高温下会保持这些性能。使用CMC材料有利地使得减少在操作中需要输送的冷却流，由此改进涡轮发动机性能成为可能。而且，CMC材料的使用有利地帮助减轻涡轮发动机的重量并减少热的时候膨胀的影响(金属部件所遇到的情况)。

在航空涡轮发动机的运行条件(其特征是高温和腐蚀性环境)下，CMC材料可能会退化。为了保护曝露于通过涡轮的腐蚀性热空气流的环区段一些部分，已知用环境屏障层(或环境屏障“涂层”(EBC))涂覆这些部分。例如，已知Si/莫来石/BSAS型的多层环境屏障层(其中，BSAS是硅铝酸钡锶)，或实际上包括硅粘结层和稀土硅酸盐层(例如，Y₂Si₂O₇)的那些。以已知的方式，环境屏障层可以通过热喷涂法、物理气相沉积(PVD)法、或沉积浆料(例如，通过浸涂或通过喷涂)来沉积。

在各环区段中，区段之间的面(“区段间”面)通常包括接收密封舌的槽，用于防止气体泄漏到用于使气流通过涡轮的流动通道的外部。这些构成了被称为“百叶窗(blind)”形状的槽可以通过传统的加工方法形成。

然而，希望简化在环区段的区段间的面中形成槽。

发明目的和概述

为此，在第一方面，本发明提供了由陶瓷基质复合物材料制成的涡轮环区段，其具有形成有内表面和外表面的环状底座的部分，所述内表面用于限定在环区段安装到环支撑结构上时涡轮环的内表面，从所述外表面延伸出用于将环区段连接到环支撑结构的连接部分，环区段还包括区段间的面，其在环区段安装到环支撑结构上时用于面对相邻的环区段。根据本发明，区段间的面用掺杂有导电化合物的环境屏障层(22)进行涂敷，并且环境屏障层(22)具有至少一个槽。

术语“掺杂有导电化合物的环境屏障层”用于表示环境屏障层包含至少一层掺杂有导电化合物的层，并且在该层中导电元素的含量足以使得所述层呈导电性，同时又非常小，以避免显着影响环境屏障层的性能。在某些示例中，掺杂的层可以构成环境屏障层的外层。在变体中，掺杂的层可作为一层或多层导电层涂敷，即，具有导电材料的层，例如含有硅的层。

用导电化合物掺杂环境屏障层赋予屏障层导电性质，由此使得能够通过放电加工的方法加工环境屏障层来形成槽，由此与传统的加工方法相比，槽的形成简单得多。