[发明专利]耐高温瓦及其制造方法

说明书

一种瓦(1)，特别是用于给燃气涡轮的内表面作衬里的耐高温瓦，具有由CMC材料制成的本体(2)，该CMC材料由嵌入在陶瓷基体中的陶瓷纤维组成；本体(2)包括在下实心CMC层(7)与上实心CMC层(8)之间的中空CMC结构(6)；其中下实心CMC层(7)和上实心CMC层(8)为实心均质层，在CMC材料内部不具有腔或空隙空间；并且中空CMC结构(6)包括单元图案(9)，该单元图案(9)在层(7,8)的彼此面对且大致上平行于彼此的相对的面(12,13)之间延伸，并且由多个单元(10)组成，多个单元(10)由相应的腔限定并且由侧向壁(14)界定并且并排布置在至少一个单元层(11)上。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2018年12月31日提交的欧洲专利申请no.18425112.2的优先权，其全部公开通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及特别地用于给燃气涡轮的内表面作衬里的耐高温瓦及其制造方法。

背景技术

在燃气涡轮领域中，众所周知，需要在非常高的温度下操作的构件/表面的有效热保护。

因此，存在对高温高效的构件和材料的强烈需要。

陶瓷瓦通常用于覆盖暴露于高温热气的表面，如燃烧室的壁。

普通的瓦由单片陶瓷(例如氧化铝基陶瓷)制成。

由高耐火材料制成的陶瓷瓦大致上不受燃气涡轮中的热气流的影响。

然而，陶瓷瓦还具有一些缺点：特别是，陶瓷瓦具有低的机械性能、非常差的可加工性、对缺陷的存在的高敏感性，经受由于孔隙而产生的腐蚀，易碎，并且可因此在某些操作条件下易于失效。

继而，此类缺点还可引起在可用于正确地紧固瓦的夹紧选择方面的限制，导致可允许的加速在启动时的约束，这继而限制燃气涡轮操作窗，包括对瓦在发动机跳闸之后的检查的要求。此外，由于关于加工的限制，故并入阻尼器以减少振动的可能性也非常有限。

单片陶瓷瓦在燃气涡轮燃烧器和燃烧室中的使用的可能的备选方案将为实心CMC(陶瓷基复合材料)瓦(即，由嵌入在陶瓷基体中的陶瓷纤维制成的瓦)的使用：CMC瓦实际上可提供相对于单片陶瓷瓦的机械性质的显著改进；然而，由于所需的纤维量，故此类解决方案将为非常昂贵的。

此外，即使冷却孔可钻取在实心CMC瓦中，非常困难的是获得有效冷却所需的复杂的冷却通道网络。

因此，仍然存在对用于在燃气涡轮中使用的、具有改进的可靠性和功能性的瓦的需要。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种特别是用于给燃气涡轮的内表面作衬里的耐高温瓦及其制造方法，它们适合于克服现有技术的上述问题。

具体而言，本发明的目的在于，提供用于燃气涡轮中(例如，作为燃烧器(燃烧室)中的热保护瓦)的瓦。

本发明因此涉及一种特别是用于给燃气涡轮的内表面作衬里的耐高温瓦，并且涉及一种制造此类瓦的方法。

本发明还涉及此类瓦作为覆盖瓦以给燃气涡轮的内表面作衬里的用途。

本发明提供一种低成本、耐高温的陶瓷基复合材料(CMC)瓦，其可用于代替燃气涡轮中(特别是燃气涡轮的燃烧器中)的当前单片陶瓷瓦。

与单片陶瓷瓦相比，CMC材料可提供优越的高温机械性质，和改进的成型可能性、可加工性、侵蚀防护，以及抗失效性。

为了减少在实心CMC瓦的制造中所需的昂贵纤维的数量，以及因此总体生产成本，本发明充分利用细丝缠绕制造技术。实际上，本发明提供制造方法，其中细丝缠绕过程的能力被充分开发，用于制造在CMC结构内具有集成空隙的CMC。