[发明专利]用于制造环扇形件的方法

说明书

本发明涉及三维编织的多层纤维结构(20)，该纤维结构具有在沿经线方向的任何层次上编织的相同数量的经纱，该纤维结构(20)在该经线方向上包括第一部位(22)和第二部位(24)，该第一部位(22)在垂直于该经线方向和纬线方向的方向上测量的厚度大于该第二部位(24)，其特征在于，沿该经线方向的两个纬线平面之间的间距在该第二部位中比在该第一部位(22)中大，并且纬纱的数量在该第二部位(24)中比该第一部位(22)中小。

技术领域

本发明涉及纤维结构的制造，该纤维结构用于生产旨在集成在例如涡轮机中的复合材料部件。

现有技术

复合材料部件，特别是陶瓷基复合材料(CMC)部件，越来越多地用于替代涡轮机中的金属部件。实际上，CMC部件在高温下具有特别有趣的机械性能，对于例如涡轮喷嘴或定子的设计是理想的。在这两个实例中，扇形的CMC部件被布置和组装在金属外壳上并且通过紧密接合彼此连接，以便确保脉络的紧密性，而不管由高操作温度生成的热膨胀。

在航空领域中，对于上述应用，所使用的CMC材料基于碳化硅纤维和碳化硅基质。

碳化硅纤维例如通过三维编织以纤维结构的形式集成到CMC材料中。这是使用多层纬纱和多层经纱的多层编织，其中经纱将不同层的纬纱粘合在一起。可以使用不同类型的3D编织，例如互锁、多缎纹、多编织、多斜纹编织。

图1示出了定子扇形件2，该定子扇形件2旨在与移动叶片的尖端径向相对安装。它包括两个径向凸缘4，其彼此轴向间隔开并且在内部连接到环形壁扇形件6，该环形壁扇形件6包括连接两个凸缘4的中心部分8和从中心部分8的轴向端部沿相反方向延伸的整流罩10。术语“径向”和“轴向”相对于角扇区的轴线A来考虑，该轴线对应于多个扇形件旨在围绕其布置以环绕叶轮的轴线。

在图1中可以看出，中心部分8，也称为浴缸，具有的厚度e_pc大于整流罩的厚度e_b。该厚度是沿径向测量的。这与纤维结构12的制造工艺直接相关。

为了生产图1的环扇形件2，首先生产如图2所示的纤维结构12。

该纤维结构12包括中心部位14，该中心部位14在其每个端部处连接到第一部分16和第二部分18，在它们之间散开。纤维结构12的中心部分14旨在形成环扇形件2的中心部位8并且第一部分16和第二部分18旨在形成环扇形件2的整流罩10和凸缘4。

中心部位14包括x编织的经线层、各自包括z编织的经线层的第一部分16以及各自包括y编织的经线层的第二部分18。经线层以一定的厚度布置，在图中由方向E表示。

在第一部分16和第二部分18之间没有厚度连接，允许它们在结构上彼此独立并且因此在模具中的不同方向上成形。

因此，一旦获得纤维结构12，就将其成形为具有与所需部件类似的形状，即在如图3所示的实例中的“Pi”。在中心部位14的任一侧上的第一部分16因此被展开，以便获得具有图1中所示的环扇形件2的“Pi”拓扑的纤维预成型件。

利用当今的编织技术，在编织件的所有点上经线/纬线比率是相同的。因此，中心部位14的经线层的数量取决于第一部分16和第二部分18的经线层的数量，并且通过以下公式x＝y+z关联。

在经线/纬线比率不变的情况下，中心部位14和第一部分16以及第二部分18的经线和纬线的层的数量以及因此它们各自的厚度相互依赖，在中心部位14处生成在功能上不必要的厚度。实际上，中心部位8在功能上需要与整流罩10的厚度e_b相等的最小厚度e_pc。中心部位8的厚度e_pc还可能大幅度大于整流罩10的厚度e_b。这种超量的厚度导致在功能上不必要的纤维材料量的使用，而纤维材料是一种昂贵的元件。

由于成本以及质量的缘故，因此有必要减小纤维结构12的中心部位14的厚度，并且从而获得厚度可变的纤维结构12。