[发明专利]包括逆流通道的陶瓷基复合物部件及生产方法

说明书

一种陶瓷基复合物(CMC)部件和制造方法，包括多个逆流细长功能特征。CMC部件包括形成致密体的多个纵向延伸的陶瓷基复合物层和在致密体中形成的多个细长功能特征。多个功能特征中的每一个被构造成纵向延伸并与多个陶瓷基复合物层对准。多个细长功能特征中的每一个包括以交叉层构造进行构造的入口。多个细长功能特征被构造为提供从流体源到陶瓷基复合物部件的外部的流体流。多个功能特征以交替流构造进行构造。

技术领域

本发明总体上涉及用于发电的燃气涡轮，并且更具体地涉及形成用于燃气涡轮的热气路径涡轮部件的陶瓷基复合物部件的方法。

背景技术

已经提出了基于碳化硅(SiC)的陶瓷基复合物(CMC)材料作为燃气涡轮发动机的某些部件的材料，燃气涡轮发动机的某些部件例如涡轮叶片，轮叶，喷嘴，护罩和斗(bucket)。已知用于制造基于SiC的部件的多种方法，包括Silicomp，熔体渗透(MI)，化学气相渗透(CVI)，聚合物膨胀热解(PIP)和氧化物/氧化物方法。尽管这些制造技术彼此之间存在显著差异，但是每种制造技术都涉及使用手工铺设和加工工具或模具，以通过包括在各个方法阶段施加热量的方法来制造近净形零件。

与由更常规的超合金材料形成的涡轮叶片和轮叶一样，CMC叶片，轮叶和护罩主要配备有腔和冷却空隙以减轻重量，减少离心负荷并降低部件的操作温度。这些特征通常使用可去除和消耗性工具，钻孔等的组合在CMC部件中形成。内部冷却通道有利于冷却金属和CMC热气路径硬件，因为它们降低了冷却流量要求和热梯度/应力。

在许多情况下，CMC燃气涡轮部件以极端热梯度和高温的形式经受极端条件。即使如前所述在CMC部件中包含腔和冷却空隙，极端条件也会驱动CMC部件中的裂纹形成，涂层剥落和衰退(recession)。由于这些问题导致的使用寿命降低，阻止了CMC部件实现其全部潜能。

因此，需要一种陶瓷基复合物部件和一种生产陶瓷基复合物部件的方法，其当经受极端条件(例如极端的热梯度和高温)时，为CMC燃气涡轮部件提供改进的冷却。

发明内容

本公开的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开而获知。

大体提供一种陶瓷基复合物(CMC)部件，以及形成该部件的方法。在一个实施例中，陶瓷基复合物部件包括形成致密体的多个纵向延伸的陶瓷基复合物层；以及在致密体中形成的多个细长功能特征。多个功能特征中的每一个被构造成纵向延伸并与多个陶瓷基复合物层对准。多个细长功能特征中的每一个包括以交叉层构造进行构造的入口和以交叉层构造进行构造的出口中的至少一个。多个细长功能特征被构造为提供从流体源到陶瓷基复合物部件的外部的流体流。多个功能特征以交替流构造进行构造。

在替代实施例中，一种陶瓷基复合物部件包括形成致密体的多个纵向延伸的陶瓷基复合物层；在致密体中形成并限定从流体源到陶瓷基复合物部件的外部的向后流动的流体流动路径的第一多个冷却通道，在致密体中形成并限定从流体源到陶瓷基复合物部件的外部的向前流动的流体流动路径的第二多个冷却通道。第一多个冷却通道中的每一个构造成纵向延伸，与多个陶瓷基复合物层对准，并具有以交叉层构造进行构造的入口。第二多个冷却通道中的每一个构造成纵向延伸，与多个陶瓷基复合物层对准，具有以交叉层构造进行构造的入口。第一多个冷却通道和第二多个冷却通道以交替流构造进行构造。

在又一个实施例中，一种形成陶瓷基复合物(CMC)产品的方法包括：形成包括基质前体，多个增强纤维和多个牺牲纤维的CMC预成型件；执行以下操作中的一个：去除一个或多个牺牲纤维，使得沿CMC预成型件以逆流构造形成多个细长功能特征；或将流体渗透剂施加到CMC预成型件，从而使CMC预成型件致密化；以及执行以下操作中的另一个：去除一个或多个牺牲纤维，使得沿CMC预成型件以逆流构造形成多个细长功能特征；或将流体渗透剂施加到CMC预成型件，从而使CMC预成型件致密化。