[发明专利]一种航空发动机用陶瓷基复合材料弹性密封件及制备方法

说明书

本发明涉及一种航空发动机用陶瓷基复合材料弹性密封件及制备方法，密封件为回转体或长条状，截面呈Ω形状，采用陶瓷基复合材料铆钉将本密封件铆接到航空发动机热端部件表面。Ω的上沿与另外一个密封面紧密接触。随着发动机环境温度升高和降低，以及发动机气流冲击、机械振动等环境条件变化，本密封件的开口尺寸L会被压缩或弹起，实现热端部件嵌套结构或对结面的有效密封。本发明制备的陶瓷基复合材料弹性密封件密度≥2.4g/cm³，材料孔隙率≤6％。1650K温度条件下强度保持率≥95％，密封材料基体开裂应力≥120MPa；承受应力≤100MPa时，保持线性回弹特性；1650K温度下使用寿命≥5000小时。

技术领域

本发明属于机械高温密封技术领域，涉及一种航空发动机用陶瓷基复合材料弹性密封件及制备方法。

背景技术

随着高性能飞行器技术发展，航空航天领域对高性能发动机提出了迫切需求。研究认为提高涡轮进口燃气温度成为提升发动机性能的有效途径，各国均投入巨资探索，陆续开展相关技术考核与验证。当前发达国家现役推重比为10的发动机涡轮前燃气温度达到了1850～1950K，未来第五代航空发动机的推重比为15～20左右，涡轮前燃气温度将达到2200～2400K；技术进步不仅推动发动机用材料耐温性能的提升，而且对各个热端构件之间的密封性也提出了更为严苛的要求。

航空发动机工作时，需要尽可能减少或消除气流通道内气体泄露，以实现气体做功效率的最大化。发动机热端部件的对接位置会因温度差、气压差、机械振动等作用而产生间隙，或者热端部件之间会设计预留固定的间隙作为气流通道，而这些间隙需要采用高可靠的密封来限定气流的方向或限制其影响的区域，用来保障航空发动机的正常运行。

文献1“专利公布号CN 103573416A”的中国专利公开一种密封件。该专利公开的密封件是由高温合金或形状记忆合金制备的环形或弧形结构。但是该专利没有提供密封圈的材料类型以及该密封圈的耐温范围。

文献2“专利公布号CN 110318158A”的中国发明专利公开一种高温动密封材料及其制备方法。该专利涉及到一种耐温弹性密封绳的制备方法。该制备方法包括弹性密封绳成型的步骤、金属网管包覆层成型步骤、纤维护套包覆层成型的步骤、长度裁剪的步骤和封端处理步骤。该专利公开的密封绳具有耐高温、可高压缩、回弹性能好的特点，同时又具有压缩力可调节的优势，适用于高温动密封等部位。然而该专利公开的弹性密封绳耐温极限为1100℃左右，而且该弹性绳的直径较小，固定不方便，对高振动环境的适应能力差。

综上所述，现有航空发动机热端密封件存在如下缺点：

(1)现有高温密封件大多是针对常规材料、常规结构的密封，密封件大多为圆形截面结构，适用范围局限性大；

(2)现有高温密封件通常采用高温合金材料、无机纤维等。材料密度较高，自重大，而且耐温性能也不满足未来高性能发动机的发展需求。

现有技术也没有考虑到高温密件与密封面的连接、固定方式等问题，密封结构在高温振动环境容易失效。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航空发动机用陶瓷基复合材料弹性密封件及制备方法，解决常规高温弹性密封件密度高、耐温性能不佳、容易失效等缺陷问题，以满足未来高性能航空发动机热端部件高温密封发展需求。

技术方案

一种航空发动机用陶瓷基复合材料弹性密封件，为回转体或长条状结构，其特征在于：截面呈Ω形状，采用陶瓷基复合材料铆钉2将Ω的下沿固定于需要密封的表面。

所述纤维包括但不限于C纤维、SiC纤维或氮化硼中的一种或几种。

一种所述航空发动机用陶瓷基复合材料弹性密封件的制备方法，其特征在于步骤如下：