BR102016003437A2

BR102016003437A2 - método de fabricação de uma estrutura laminar e estrutura laminada

Info

Publication number: BR102016003437A2
Application number: BR102016003437A
Authority: BR
Inventors: Badri Narayan Ramamurthi; Jared Hogg Weaver
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2016-10-04
Also published as: JP6291513B2; CN105924197A; EP3061603A1; JP2016175823A; CA2921263C; US20160251272A1; CA2921263A1

Abstract

uma pré-forma pode ser submetida à infiltração de vapor químico (cvi) para definir uma estrutura de compósito de matriz cerâmica (cmc), em que uma pré-forma suplementar pode ser adicionada à estrutura de cmc para definir uma estrutura expandida e a cvi pode ser executada com o uso da estrutura expandida. a adição de uma pré-forma suplementar e a execução da cvi com o uso da estrutura expandida podem ser repetidas.

Description

“MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA LAMINAR E ESTRUTURA LAMINADA” [001] A presente revelação refere-se, em geral, a estruturas laminadas e particularmente a estruturas laminadas fabricadas com o uso de infiltração de vapor químico.

Antecedentes da invenção [002] Para a fabricação de estruturas de compósito de matriz cerâmica (CMC) com o uso de infiltração de vapor químico (CVI) uma pré-forma pode ser fornecida. Uma pré-forma pode incluir fibras que podem estar, por exemplo, na forma de camadas unidirecionais ou tecidas. Em uma forma, as fibras podem ser à base de cerâmica e podem ser formadas a partir de SiC. Uma pré-forma pode ser colocada em uma câmara de reação de CVI. Dentro da câmara de reação a uma temperatura elevada, a pré-forma pode ser exposta a determinados gases. Ao ser exposta aos gases determinados a uma temperatura elevada, uma reação pode ocorre e material sólido chamado de matriz pode ser depositado nas fibras da pré-forma.

[003] Os compósitos de matriz cerâmica (CMCs) fabricados com o uso da infiltração de vapor químico (CVI) podem, potencialmente, ser usados em temperaturas de até ou mais que 1.482 °C (2700 °F). Uma das principais limitações de uma estrutura de CMC por CVI é que a estrutura pode conter uma porosidade significativa (por exemplo, 15% e mais). A porosidade pode aumentar com a espessura e pode impactar significativamente tanto as propriedades em plano quanto interlaminares e a resistência à oxidação total do compósito.

Descrição resumida [004] De acordo com um método estabelecido no presente documento, uma pré-forma pode ser submetida à infiltração de vapor químico (CVI) para definir uma estrutura de compósito de matriz cerâmica (CMC), uma pré-forma suplementar pode ser adicionada à estrutura de CMC para definir uma estrutura expandida e a CVI pode ser executada com o uso da estrutura expandida. A adição de uma pré-forma suplementar e a execução da CVI com o uso da estrutura expandida podem ser repetidas zero ou mais vezes.

[005] Uma estrutura laminada resultante pode apresentar uma densidade média aumentada ao longo de sua espessura e uma densidade mais uniforme ao longo de sua espessura em relação a uma estrutura de camada única fabricada de acordo com um processo que tem um único estágio de CVI.

Breve descrição das figuras [006] A Figura 1 é um fluxograma que ilustra a fabricação de uma estrutura laminada; A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma pré-forma (estrutura de pré-forma); A Figura 3 é uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha A-A da Figura 2 com um perfil de densidade para o corte transversal; A Figura 4 é uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha A-A da Figura 2 após a estrutura da Figura 2 ser submetida à CVI para definir uma estrutura processada com um perfil de densidade para a estrutura processada; A Figura 5 é uma vista em perspectiva de conjunto que ilustra uma estrutura laminada em uma realização; A Figura 6 é uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha B-B da Figura 5 após a estrutura laminada da Figura 5 ser submetida à CVI para definir uma estrutura processada laminada com um perfil de densidade para a estrutura laminada; A Figura 7 é uma vista em perspectiva de conjunto que ilustra uma estrutura laminada em uma realização; A Figura 8 é uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha C-C da Figura 7 após a estrutura laminada da Figura 7 ser submetida à CVI para definir uma estrutura processada laminada com um perfil de densidade para a estrutura laminada;

As Figuras 9 e 10 ilustram a estrutura fabricada com o uso do método descrito com referência às Figuras 7 e 8 e com o uso de um controle de processo alternativo; A Figura 11 é um diagrama que ilustra um método de fabricação de uma estrutura com o uso de um formato específico; A Figura 12 é um diagrama que ilustra um método de fabricação de uma estrutura que tem um formato especificado.

Descrição detalhada [007] Referindo-se à Figura 1, é apresentado um método de fabricação de uma estrutura laminada que inclui uma pluralidade de estruturas de camada. No bloco 10, uma pré-forma pode ser submetida à infiltração de vapor químico (CVI) para definir uma estrutura de compósito de matriz cerâmica. No bloco 20, uma pré-forma suplementar pode ser adicionada à estrutura de CMC para definir uma estrutura expandida. No bloco 40, a CVI pode ser executada com o uso da estrutura expandida. Os blocos 20 e 40 podem ser repetidos (bloco 30) zero ou mais vezes. As vantagens do método da Figura 1 são descritas em referência a vários exemplos ilustrativos conforme são apresentados no presente documento.

[008] Uma estrutura resultante de uma determinada espessura M fabricada com o uso do método iterativo da Figura 1, em que múltiplas pré-formas são submetidas ao processamento de CVI em estágios iterativos, pode ter uma densidade média aumentada e uma densidade mais uniforme em relação a um método alternativo em que uma única pré-forma que tem uma espessura de cerca de M é submetida à CVI para definir uma estrutura processada que tem a determinada espessura de cerca de M.

[009] Vários recursos e aspectos são apresentados no presente documento em referência às Figuras 2 a 4 que mostram um método de fabricação da técnica anterior para fabricar uma estrutura de CMC que tem uma espessura de cerca de M com o uso de CVI. Em um método de fabricação apresentado em referência às Figuras 2 a 4, uma pré-forma 102 (Figura 2) que tem uma espessura de cerca de M pode ser submetida à CVI em um único estágio de processamento de CVI para definir uma estrutura de CMC 103 (Figura 4) que tem uma espessura de cerca de M. A estrutura de CMC 103 (Figura 4) pode ter uma densidade mais alta, mas uniformidade de densidade reduzida em relação à pré-forma 102 (Figura 2).

[010] A Figura 2 mostra uma vista em perspectiva de uma pré-forma 102. A pré-forma 102 mostrada na Figura 2 pode ter um X, Y e Z (dimensão de espessura) conforme ilustrado pelo eixo geométrico de coordenadas ilustrado. Na realização ilustrada na Figura 2, a pré-forma 102 pode ter uma espessura de cerca de M em uma direção paralela ao eixo geométrico Z ilustrado. A Figura 3 mostra a pré-forma 102 em um estágio pré-processado e um perfil de densidade associado para a pré-forma 102 em um estágio pré-processado. Em uma porção superior da Figura 3 é mostrada uma vista em corte transversal da estrutura 102 tomada ao longo da linha A-A da Figura 2 em uma direção paralela a um eixo geométrico Z (dimensão de espessura). Em uma porção inferior da Figura 3 é mostrada um gráfico de densidade da densidade do material da pré-forma 102 em um estágio pré-processado ao longo de uma espessura da pré-forma 102. No estágio de pré-processamento (Figura 3) é visto que a estrutura 102 tem uma densidade substancialmente uniforme de Do.

[011] A Figura 4 ilustra a estrutura 102 das Figuras 2 e 3 após serem submetidas à CVI. Ao ser submetida à CVI, a estrutura 102 das Figuras 2 e 3 define uma estrutura de compósito de matriz cerâmica densificada (CMC) 103 conforme ilustrado na Figura 4. Na Figura 4 é mostrado um perfil de densidade associado para a estrutura de CMC densificada 103 em um estágio processado através de uma espessura da estrutura 103 (em uma direção paralela ao eixo geométrico Z ilustrado). Referindo-se à Figura 4, uma densidade mínima da estrutura de CMC densificada 103 (a estrutura de CVI posterior) é Di enquanto que uma densidade mínima da estrutura 102, conforme ilustrado na Figura 3 (estrutura 102 antes da execução da CVI), é a densidade substancialmente uniforme Dq. Referindo-se adicionalmente à Figura 4, uma densidade da estrutura de CMC densificada 103 (após a execução da CVI) pode ser nâo uniforme ao longo de uma espessura da estrutura de CMC densificada 103. Em uma espessura central da estrutura de CMC densificada 103, a estrutura 103 pode ter uma densidade de Di, Di >Dq, enquanto que em direção à superfície 104 e á superfície 105 da estrutura densificada 103, a estrutura 103 pode ter a densidade De, De>Di. Quando a CVI é iniciada, os poros próximos à superfície 104 e à superfície 105 tendem a se fechar, limitando, assim, a extensão da densificação que pode ser executada em direção a uma espessura central da estrutura de CMC densificada 103.

[012] Foi observado que grandes reduções na densidade de uma estrutura de CMC fabricada que é fabricada com o uso de CVI pode ser uma desvantagem. Também foi observado que pode ser vantajoso fornecer uma estrutura de CMC com densidade substancialmente uniforme ao longo de sua espessura. O método apresentado em referência à Figura 1 pode fornecer várias vantagens. Por exemplo, com o uso do método apresentado na Figura 1, uma estrutura de CMC que tem a espessura M pode ser fabricada, a qual pode incluir uma densidade e uniformidade de densidade aumentadas em relação à estrutura de CMC densificada 103 fabricada com o uso do método apresentado na Figuras 2 a 4.

[013] Referindo-se ao bloco 10 e à vista em perspectiva da Figura 5, uma estrutura 202 que tem uma espessura Ni pode ser submetida à CVI para definir uma estrutura de CMC densificada 203. Referindo-se ao bloco 20 e à Figura 5, uma pré-forma suplementar 302 que tem a espessura N2, Na<M pode ser adicionada à estrutura de CMC densificada 203 para definir uma estrutura expandida 402 que tem uma espessura de cerca de M. O material aglutinante da pré-forma 302 pode servir para reter a pré-forma 302 em posição relativa à estrutura de CMC 203 quando a pré-forma 302 é adicionada à estrutura de CMC 203. Referindo-se ao bloco 40 e à Figura 5, a estrutura expandida 402 pode ser submetida à CVI para definir uma estrutura de CMC densificada 403 (Figura 6). A estrutura de CMC densificada 403 pode incluir a estrutura de CMC densificada 203 definida submetendo-se a pré-forma 202 à CVI e a estrutura de CMC densificada 303 definida submetendo-se a pré-forma 302 à CVI. A estrutura de CMC densificada 403 pode ter uma espessura total de cerca de M.

[014] Referindo-se à Figura 6, uma porção superior da Figura 6 ilustra uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha B - B da Figura 5 (a dimensão de espessura em uma direção paralela ao eixo geométrico Z) da estrutura 402 após ser submetida à CVI para definir a estrutura de CMC 403. Referindo-se à porção inferior da Figura 6, a porção inferior da Figura 6 ilustra um perfil de densidade da estrutura da Figura 6 através de uma espessura da estrutura de CMC 403 (em uma direção paralela ao eixo geométrico Z).

[015] Referindo-se à Figura 6, o perfil de densidade da estrutura de CMC densificada 203 tem, em geral, um formato de U, de acordo com a estrutura de CMC densificada 103, em um estágio processado com uma densidade mínima em uma espessura central da estrutura de CMC densificada 203 e densidade aumentada em direção às superfícies 204 e 205.

Comparando-se ο perfil de densidade da Figura 6 ao perfil de densidade da Figura 4, uma densidade mínima da estrutura de CMC densificada 203 pode ser Da, em que D3>Di. A densidade de espessura central mínima da estrutura de CMC densificada 203 pode ser maior do que a densidade de espessura central mínima da estrutura de CMC densificada 103 como resultado da espessura Ni da estrutura 203 ser menor do que a espessura M da estrutura 103. Com uma espessura de uma pré-forma submetida à CVI sendo reduzida, a densificação de CVI pode ser mais pronunciada ao longo de uma espessura da estrutura que é submetida à CVI.

[016] Referindo-se adicionalmente à Figura 6, um perfil de densidade da estrutura de CMC densificada 303 pode, em geral, ter um formato de rampa e ser caracterizado por uma densidade que aumenta geralmente ao longo de uma espessura da estrutura 303 da primeira superfície 304 para a segunda superfície 305. Na realização da Figura 6, a primeira superfície 304 pode ser cercada pela estrutura de CMC densificada 203 e a segunda superfície 305 pode ser exposta aos gases quando a estrutura expandida 402 (Figura 5) é submetida ao processamento de CVI. Quando o processamento de CVI é iniciado, os poros próximos à superfície 305 (que define uma superfície de extremidade da estrutura de CMC 403) tendem a se fechar para limitar a densificação de CVI em distâncias progressivamente em direção oposta à superfície 305. Na realização da Figura 6, a estrutura de CMC 203 e a estrutura de CMC 303 podem ter espessuras que são aproximadamente iguais, e a estrutura de CMC 303 pode ter uma densidade mínima de Da, em que Da é aproximadamente igual a Di (Figura 4). Quando Na é maior do que Ni, Da pode ser menor que Di. Quando Na é menor do que Ni, Da pode ser maior do que Di.

[017] Comparando-se um perfil de densidade da estrutura 403 (espessura de cerca de M), conforme ilustrado na Figura 6, fabricada pelo processo iterativo da Figura 1 ao perfil de densidade da estrutura 103 (espessura de cerca de M) em um estágio processado, conforme mostrado na Figura 4, observa-se que o processo de fabricação iterativa apresentado no presente documento, em que um ou mais processamentos de CVI e estágios de adição de estrutura podem ser executado de maneira iterativa, pode aumentar uma densidade média de uma estrutura assim como aumentar uma uniformidade de densidade da estrutura fabricada. Uma densidade média, Da6, da estrutura de CMC 403, conforme mostrado na Figura 6, pode ser maior que Da4, a densidade média da estrutura de CMC 103 descrita em referência à Figura 4. Em outro aspecto, a estrutura de CMC 403, conforme mostrado na Figura 6, fabricada com o uso do método de fabricação iterativo, conforme mostrado na Figura 1, pode ter a densidade mais uniforme que a estrutura de CMC 103 conforme mostrado na Figura 4.

[018] Em uma realização, uma estrutura de CMC que tem uma densidade mais uniforme pode ser caracterizada por ter uma diferença menor entre uma densidade máxima e uma densidade mínima através de uma espessura da estrutura de CMC do que uma estrutura de CMC que tem uma densidade menos uniforme. Em uma realização, uma estrutura de CMC que tem a densidade mais uniforme pode ser caracterizada por ter um desvio padrão menor de densidades através de uma espessura da estrutura de CMC do que uma estrutura de CMC que tem a densidade menos uniforme.

[019] Em uma realização, um aumento na densidade média de uma estrutura de CMC e na uniformidade de densidade de uma estrutura de CMC pode ser alcançado através da incorporação do uso de pré-formas adicionais no método de fabricação iterativo apresentado em referência à Figura 1. Em referência às Figuras 5 a 6, é descrito um método em que as primeira e segunda pré-formas que têm uma espessura combinada de M são usadas em um método de fabricação de CVI iterativo. No método de fabricação de CVI iterativo das Figuras 7 e 8, a primeira, segunda e terceira pré-formas que tem uma espessura combinada de M são usadas para a fabricação de uma estrutura de CMC.

[020] Referindo-se ao bloco 10 e à vista em perspectiva da Figura 7, uma pré-forma 502 (lado esquerdo da Figura 7) que tem uma espessura Ji pode ser submetida à CVI para definir a estrutura de CMC densificada 503 que tem espessura Ji (lado direito da Figura 7). Referindo-se ao bloco 20 e à Figura 7 (lado direito), as pré-formas suplementares 602 e 702 que tem respectivas espessuras J2, J2 < M, e J3, J3 < M podem ser adicionadas á estrutura de CMC densificada 503 para definir uma estrutura expandida 802 que tem uma espessura de cerca de M. Referindo-se ao bloco 40 e à Figura 7, a estrutura expandida 802 pode ser submetida à CVI para definir uma estrutura de CMC densificada 803 (Figura 8). Nos exemplos específicos das Figuras 7 a 8, a espessura das estruturas de pré-forma 502, 602, 702 pode ser aproximadamente igual. Cada uma das espessuras Ji, J2 e J3 pode ser cerca de M/3 em um exemplo. Em outro exemplo, as espessuras Ji, J2 e J3 podem não ser iguais.

[021] A estrutura de CMC densificada 803, conforme mostrado na Figura 8, pode incluir a estrutura de CMC densificada 603 definida submetendo-se a pré-forma 602 à CVI, e a estrutura de CMC densificada 703 definida submetendo-se a pré-forma 702 à CVI, assim como a estrutura de CMC densificada 503. A estrutura de CMC densificada 803 pode ter uma espessura total de cerca de M.

[022] Referindo-se adicionalmente à Figura 8, uma porção superior da Figura 8 ilustra uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha C - C da Figura 7 (a dimensão de espessura em uma direção paralela ao eixo geométrico Z ilustrado) da estrutura 802 após submeter a estrutura 802 à CVI para definir uma estrutura de CMC 803. Referindo-se à porção inferior da Figura 8, a porção inferior da Figura 8 ilustra um perfil de densidade da estrutura da Figura 8 através de uma espessura da estrutura de CMC 803.

[023] Referindo-se à Figura 8, o perfil de densidade da estrutura de CMC densificada 503 tem, em geral, um formato de U, de acordo com a estrutura de CMC densificada 103, em um estágio processado com uma densidade mínima em uma espessura central da estrutura de CMC densificada 503 e densidade aumentada em direção às superfícies 504 e 505. Comparando-se o perfil de densidade da Figura 8 ao perfil de densidade da Figura 6, uma densidade mínima da estrutura de CMC densificada 503 pode ser Ü4, em que D4>D3. A densidade de espessura central mínima da estrutura de CMC densificada 503 pode ser maior que a densidade de espessura central mínima da estrutura de CMC densificada 203 (Figura 6) como resultado da espessura Ji da estrutura 503 ser menor do que a espessura Ni da estrutura 203 (Figura 6). Reduzindo-se uma espessura de uma pré-forma submetida à CVI, a densificação de CVl pode ser mais pronunciada ao longo de uma espessura da estrutura que é submetida à CVl.

[024] Referindo-se adicionalmente à Figura 8, um perfil de densidade da estrutura de CMC densificada 603 e estrutura de CMC densificada 703 pode, em geral, ter um formato de rampa e pode ser caracterizado por uma densidade que cresce geralmente da superfície 605 à superfície 604 e da superfície 704 à superfície 705. Na realização da Figura 7, a superfície 605 e a superfície 704 podem ser cercadas pela estrutura de CMC densificada 503 enquanto que a superfície 604 e a superfície 705 podem ser expostas aos gases quando a estrutura expandida 802 (Figura 7) é submetida ao processamento de CVl. Quando o processamento de CVl é iniciado, os poros próximos às superfícies 605 e 705 (que definem as superfícies de extremidade da estrutura de CMC 803) tendem a se fechar para limitar a densificação de CVl em distâncias progressivamente em direção oposta à superfície 604 e à superfície 705.

[025] Comparando-se o perfil de densidade da Figura 8 ao perfil de densidade da Figura 6, a estrutura de CMC 803, conforme mostrado na Figura 8, fabricada com o uso de dois estágios de CVl pode ter uma densidade média mais alta, Das do que a densidade média, Das, da estrutura de CMC 403, conforme mostrado na Figura 6, fabricada com o uso de dois estágios de CVl. Além disso, a estrutura de CMC 803 (Figura 6) pode ter uma uniformidade de densidade aprimorada em relação à estrutura de CMC 403 (Figura 6).

[026] Comparando-se os perfis de densidade das Figuras 8 e 6 ao perfil de densidade da Figura 4, observa-se que a estrutura de CMC laminada, por exemplo, a estrutura 403 e a estrutura 803, fabricada de acordo com um método iterativo apresentado no presente documento pode ter certas características que diferencia a mesma de uma estrutura, por exemplo, a estrutura 103, fabricada com o uso de um único estágio de CVl.

[027] Referindo-se ao perfil de densidade da Figura 4, uma estrutura fabricada com o uso de um único estágio de CVl pode ter um perfil de densidade contínuo. Uma densidade através de uma estrutura fabricada com um único estágio de CVl pode não ter uma descontinuidade gradual em densidade através de uma espessura da mesma. No entanto, uma estrutura laminada, por exemplo, a estrutura 403 ou a estrutura 803, fabricada de acordo com um método conforme apresentado na Figura 1, pode ter um perfil de densidade descontínuo. Um perfil de densidade de uma estrutura laminada, fabricada de acordo com um método conforme apresentado na Figura 1, pode ser caracterizada pela transição em que uma densidade de uma estrutura fabricada é alterada descontinuamente de maneira gradual para um valor de densidade maior ou menor.

[028] Na realização particular ilustrada com referência à Figura 6, um conjunto de densidades através de uma espessura da estrutura 203 pode definir um formato em U e um conjunto de densidades através de uma espessura da estrutura 303 pode definir um formato em rampa. Em uma interface entre a superfície 205 e a superfície 304, uma densidade da estrutura 403 pode ser descontínua e pode ser alterada gradualmente para um valor menor.

[029] Na realização particular ilustrada com referência à Figura 8, um conjunto de densidades através de uma espessura da estrutura 503 pode definir um formato em U e um conjunto de densidades através de uma espessura da estrutura 603 e através de uma espessura da estrutura 703 pode definir um formato em rampa. Em uma interface entre a superfície 605 e a superfície 504, uma densidade da estrutura 803 pode ser descontínua e pode ser alterada gradualmente para um valor maior. Em uma interface entre a superfície 505 e a superfície 704, uma densidade da estrutura 803 pode ser descontínua e pode ser alterada gradualmente para um valor menor.

[030] É apresentado em referência, por exemplo, à Figura 8, uma estrutura laminada 803, em que uma primeira estrutura de CMC 503 tem uma primeira espessura que tem a perfil de densidade em formato de U, e uma segunda estrutura de CMC 603 tem uma segunda espessura que tem um perfil de densidade que não tem um formato de U.

[031] É apresentado em referência, por exemplo, à Figura 8, uma estrutura laminada 803 em que a estrutura laminada inclui uma seção de espessura central, uma primeira seção de espessura de extremidade e uma segunda seção de espessura de extremidade, sendo que a seção de espessura central tem um perfil de densidade em formato de U, e a primeira seção de espessura de extremidade e a segunda seção de espessura de extremidade têm perfis de densidade em formato de rampa.

[032] Em relação às pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 para uso com o método da Figura 1, as pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem incluir fibras unidirecionais (estopas) em uma realização. Em relação às pré-formas 202, 302, 502, 602, 702, as pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 pode incluir fibras tecidas em uma realização. As fibras podem ser fornecidas por fibras cerâmicas. As fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ter uma estrutura policristalina em uma realização. Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem incluir uma composição química não estequiométrica. Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem incluir uma composição química estequiométrica. Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ser fornecidas por fibras de cristal único. Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ser fornecidas por fibras amorfas. Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem incluir uma composição química não homogênea. Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ser fornecidas por fibras de carboneto de silício (SiC). Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ser fornecidas por fibras de SiC policristalinas. As pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem incluir um material aglutinante que permite que a pré-forma seja conformada para um formato desejado antes de ser submetida à CVI.

[033] Em uma realização, as fibras cerâmicas das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ser fornecidas para ser estáveis em temperaturas acima de 1.000 graus C. Em uma realização, as fibras cerâmicas da pré-forma 202, 302, 502, 602, 702 podem não ter revestimento de fibra. Em uma realização, as fibras cerâmicas da pré-forma 202, 302, 502, 602, 702 podem incluir um revestimento de fibra. Tal revestimento de fibra pode ser intrínseco a uma fibra ou pode ser depositado previamente, por exemplo, depositado por meio de CVI ou por outro processo. Adicionalmente em relação às pré-formas apresentadas no presente documento, uma pré-forma, conforme apresentado no presente documento, por exemplo, a pré-forma 202, 302, 502, 602, 702, pode incluir uma ou mais camadas.

[034] A porosidade das pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 em um estágio não processado no presente documento pode variar. Em uma realização, as pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ter, cada uma, uma porosidade substancialmente uniforme (por exemplo, 1/Do) em um estágio não processado antes de serem submetidas à CVI entre cerca de 20% e cerca de 90% e, consequentemente, uma densidade entre cerca de 80% a cerca de 10%. Em uma realização mais particular, as pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ter uma porosidade entre cerca de 40% a cerca de 75% e, consequentemente, uma densidade entre cerca de 60% a cerca de 25%. As pré-formas 202, 302, 502, 602, 702 podem ser fornecidas, no presente documento, para incluir características estruturais e materiais comuns, que incluem características de material de fibra e características de porosidade comuns.

[035] Nas realizações das Figuras 5 a 8, o processamento de CVI pode ser executado de modo que cada pré-forma 202, 302, 502, 602, 702 submetida à CVI possa ser transformada para um estado de densificação máxima, De, quando submetida à CVI. Um estado de densificação máxima pode ser alcançado quando os poros que se aproximam de uma superfície exposta de uma pré-forma são essencialmente fechados para prevenir essencialmente a densificação em uma seção separada de uma superfície exposta. Nas realizações das Figuras 5 a 8, são apresentados exemplos simplificados do método da Figura 1 para propósitos ilustrativos. Será compreendido que estruturas mais complexas podem ser fornecidas manipulando-se uma densificação para cada nova estrutura expandida (bloco 20). Dessa maneira, a porosidade através de uma estrutura de CMC resultante pode ser graduada para otimizar o equilíbrio entre o tempo de processamento e as propriedades de uma estrutura de CMC resultante.

[036] Em outra realização, os processos de CVI, conforme apresentado no presente documento, podem ser controlados de modo que a densificação de uma estrutura de menos que a densificação máxima, D<De, possa ser fornecida. No exemplo da Figura 9, a Figura 9 ilustra uma estrutura fabricada pelo método apresentado em referência às Figuras 7 e 8, exceto que com um diferente controle ao submeter a pré-forma 502 à CVI.

[037] Em referência à Figura 9, o processamento de CVI da pré-forma 502 pode ser interrompido próximo a um nível de infiltração que fornece a densificação máxima. De, da estrutura de CMC definida 503. Referindo-se à Figura 9, a CVI da pré-forma 502 pode ser fornecida de modo que a estrutura de CMC definida 502 tenha uma densidade máxima de menos que De-Referindo-se à Figura 9, em tal realização, uma densificação através de uma espessura da estrutura de CMC 503 pode ser fornecida para ter um formato em U, mas em um nível mais baixo de densificação do que é fornecido no exemplo da Figura 8. O gráfico tracejado 8001 da Figura 9 ilustra o perfil de densidade da estrutura de CMC 503 descrita em referência à Figura 8. Um processamento indicado pela Figura 9 pode ser vantajoso, por exemplo, em que é vantajoso reduzir uma magnitude de um "salto” na densificação entre interfaces de superfície da estrutura 802 ou quando a densidade máxima não é necessária para propriedades térmicas ou mecânicas.

[038] Em referência à Figura 10, o processamento de CVI da pré-forma 602 e da pré-forma 702 pode ser interrompido próximo a um nível de infiltração que fornece a densificação máxima. De, da estrutura de CMC definida 603 e da estrutura de CMC definida 703. Referindo-se à Figura 9, em tal realização, uma densificação através de uma espessura da estrutura de CMC 603 e da estrutura 703 pode ser fornecida para ter um formato de rampa. mas em um nível menor de densificação do que é fornecido no exemplo da Figura 8. Os gráficos tracejados 8002, conforme mostrado na Figura 10, ilustram os perfis de densidade das estruturas de CMC 603 e 703 descritas em referência à Figura 8. Um processamento apresentado em referência à Figura 10 pode ser vantajoso, por exemplo, em que é desejado fornecer uma estrutura 803 que tem uma densificação mais alta em uma seção de espessura central da estrutura 803 (por exemplo, através de uma espessura da estrutura 503) do que em seções de espessura de extremidade da estrutura 803 que definem as superfícies de extremidade 604 e 705 da estrutura 803.

[039] É apresentado, em referência, por exemplo, à Figura 10, uma estrutura laminada 803, em que a estrutura laminada inclui uma estrutura de CMC, por exemplo, a estrutura 603, que define uma superfície de extremidade 604 da estrutura laminada 803, em que a estrutura de CMC 603 que define uma superfície de extremidade 604 tem uma densidade máxima menor do que uma estrutura de CMC, por exemplo, a estrutura 503, da estrutura laminada que não define uma superfície de extremidade da estrutura laminada. Em referência, por exemplo, à Figura 10, uma seção de espessura de extremidade da estrutura laminada 803 pode ter uma densidade máxima menor do que uma seção de espessura central da estrutura laminada 803.

[040] Conforme fornecido no presente documento, um método de fabricação de uma estrutura laminada pode incluir a fabricação da estrutura laminada para incluir um formato especificado. Para proporcionar que uma estrutura laminada inclua um formato especificado, pode ser fornecido um molde que inclui uma ou mais superfícies do formato especificado. Em um exemplo, no bloco 10, uma pré-forma pode ser colocada em um molde (não mostrado) que tem uma ou mais superfícies de acordo com o formato especificado e, então, a CVI pode ser realizada no bloco 10. A estrutura processada de CMC que resulta da execução do bloco 10 pode definir uma estrutura de CMC que tem uma forma enrijecida que define (parcial ou totalmente) o formato especificado. Em relação ao bloco 20 (adicionar uma ou mais pré-formas suplementares), o bloco 20 pode ser executado, em uma realização, adicionando-se uma ou mais pré-formas suplementares à estrutura processada de CMC que resulta da execução do bloco 10 do modo que uma estrutura de CMC rígida que resulta do processamento de CVI no bloco 40 defina uma ou mais superfícies do formato especificado. Para a execução do bloco 20, a estrutura processada de CMC que resulta da execução do bloco 10 pode permanecer no molde ou, alternativamente, pode ser removida do mesmo.

[041] Para fazer com que uma estrutura laminada inclua um formato especificado, um método de acordo com o fluxograma apresentado na Figura 1, em uma realização, pode ser executado sem o uso de qualquer molde. Em um exemplo, no bloco 10, uma pré-forma pode ser conformada para um formato especificado desejado sem o uso de um molde e, então, a CVI pode ser executada no bloco 10. O aglutinante da pré-forma pode auxiliar na conformação da pré-forma. A estrutura processada de CMC que resulta da execução do bloco 10 pode definir uma estrutura de CMC que tem uma forma enrijecida que define (parcial ou totalmente) o formato especificado. Em relação ao bloco 20 (adicionar uma ou mais pré-formas suplementares), o bloco 20 pode ser executado, em uma realização, adicionando-se uma ou mais pré-formas suplementares à estrutura processada de CMC que resulta da execução do bloco 10 do modo que uma estrutura de CMC rígida que resulta do processamento de CVI no bloco 40 defina uma ou mais superfícies do formato especificado.

[042] Em uma realização particular, o formato especificado para o qual uma estrutura fabricada de CMC é fabricada é aquele de um componente de turbina para uso em uma rota de gás quente. Em uma realização mais particular, o componente de turbina pode incluir, por exemplo, um forro de combustão, palheta, lâmina, bocal, pá, peça de transição, armação central de turbina ou envoltório. Um componente, no presente documento, pode ser fornecido por um componente por inteiro ou uma seção de um componente.

[043] Um exemplo do método da Figura 1 sendo usado para a fabricação de uma estrutura que tem um formato especificado é descrito em referência à Figura 11, na qual as localizações ilustradas são localizações relativas. Referindo-se à Figura 11, o método da Figura 1 pode ser usado para a fabricação de uma estrutura que tem o formato 1100. Para a fabricação de uma estrutura que tem o formato 1100, uma pré-forma inicial submetida à densificação no bloco 10 pode ser conformada para ser fornecida na localização 1101, localização na qual uma superfície da pré-forma, ao ser densificada com o uso de CVI, define diretamente uma superfície de formato 1100. A pré-forma pode ser conformada para ser fornecida na localização 1101 com ou sem o uso de um molde. A pré-forma na localização 1101 pode ser submetida à densificação (bloco 10) para definir uma estrutura de CMC rígida na localização 1101. Uma pré-forma suplementar (bloco 20) pode ser adicionada à estrutura na localização 1101 para definir uma estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1101 e 1102. A estrutura expandida pode ser submetida, então, à CVI no bloco 40 para definir uma estrutura de CMC rígida que assume o conjunto de localizações 1101 e 1102. Uma pré-forma suplementar na localização 1103 pode ser adicionada à estrutura no conjunto de localizações 1101 e 1102 para definir uma estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1101 e 1102 e 1103. A estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1101, 1102 e 1103 pode ser submetida, então, à CVI no bloco 40 para definir uma estrutura de CMC rígida que assume o conjunto de localizações 1101, 1102 e 1103.

[044] Uma pré-forma suplementar na localização 1104 pode ser, então, adicionada à estrutura no conjunto de localizações 1101, 1102 e 1103 para definir uma estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1101 e 1102, 1103 e 1104. A estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1101, 1102, 1103 e 1104 pode ser submetida, então, à CVI no bloco 40 para definir a estrutura de CMC rígida que assume o conjunto de localizações 1101, 1102, 1103 e 1104. O material em excesso fora do limite do formato 1100 pode ser, então, submetido à remoção com o uso de processos de usinagem.

[045] Outro exemplo do método da Figura 1 sendo usado para a fabricação de uma estrutura que tem um formato especificado é descrito em referência à Figura 12, na qual as localizações ilustradas são localizações relativas. Referindo-se à Figura 12, o método da Figura 1 pode ser usado para a fabricação de uma estrutura que tem o formato 1100. Para a fabricação de uma estrutura que tem o formato 1100, uma pré-forma inicial submetida à densificação no bloco 10 pode ser conformada para ser fornecida na localização 1201, localização na qual a pré-forma, ao ser densificada com o uso de CVI, não define diretamente a superfície do formato 1100. A pré-forma pode ser conformada para ser fornecida na localização 1201 com ou sem o uso de um molde. A pré-forma na localização 1201 pode ser submetida à densificação para definir uma estrutura de CMC rígida na localização 1201.

[046] Uma pré-forma suplementar pode ser adicionada à estrutura na localização 1202 e 1203 (bloco 20) para definir uma estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1201, 1202 e 1203. A estrutura expandida pode ser submetida, então, à CVI no bloco 40 para definir uma estrutura de CMC rígida que assume o conjunto de localizações 1201, 1202 e 1203. Uma pré-forma suplementar na localização 1204 pode ser adicionada à estrutura no conjunto de localizações 1201, 1202, 1203 para definir uma estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1201, 1202, 1203 e 1204. A estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1201, 1202,1203 e 1204 pode ser submetida, então, à CVI no bloco 40 para definir uma estrutura de CMC rígida que assume o conjunto de localizações 1201, 1202 e 1203 e 1204. Uma pré-forma suplementar na localização 1205 pode, então, ser adicionada à estrutura no conjunto de localizações 1201, 1202, 1203 e 1204 para definir uma estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1201, 1202, 1203, 1204 e 1205. A estrutura expandida que assume o conjunto de localizações 1201, 1202, 1203, 1204 e 1205 pode ser submetida, então, á CVI no bloco 40 para definir uma estrutura de CMC rígida que assume o conjunto de localizações 1201 1202, 1203, 1204 e 1205. O material em excesso fora de um limite do formato 1100 pode ser, então, submetido à remoção com o uso de processos de usinagem.

[047] Em cada um dos exemplos da Figura 11 e da Figura 12, uma estrutura inicial submetida à CVI no bloco 10 pode ser conformada de modo que um formato da pré-forma defina um formato 1100 de uma estrutura fabricada. Em uma realização, a pré-forma, conforme apresentado adicionalmente no presente documento, por exemplo, a pré-forma 202, 302, 502, 602, 707, pode incluir um material aglutinante que permite que a pré-forma seja conformada a um formato desejado. No exemplo da Figura 11, um formato de uma pré-forma na localização 1101 pode definir um formato de uma superfície de formato 1100 sendo disposto em uma localização de modo que, quando submetida à densificação por meio de CVI, uma superfície da estrutura densificada que assume a localização 1101 defina diretamente uma superfície de uma estrutura que tem o formato 1100. Em outro exemplo, tal como no exemplo da Figura 12, um formato de uma pré-forma inicial na localização 1201 pode definir um formato de uma superfície de formato 1100 através da sua disposição em uma localização de modo que, quando uma ou mais pré-formas (por exemplo, na localização 1202) são sustentadas por uma estrutura de CMC na localização 1201, quando densificadas por meio de CVI, definam diretamente uma superfície de formato 1100. No exemplo da Figura 11, um formato de uma pré-forma inicial submetida à densificação no bloco 10 define diretamente um formato de um componente fabricado que tem um formato especificado 1100. No exemplo da Figura 11, um formato de uma pré-forma inicial submetida à densificação no bloco 10 define indiretamente um formato de uma superfície de um componente fabricado que tem um formato especificado 1100. Em cada um dos exemplos da Figura 11 e da Figura 12, uma estrutura de CMC rígida definida pela densificação de uma pré-forma inicial (na localização 1101 no exemplo da Figura 11, na localização 1201 no exemplo da Figura 12) pode funcionar como um molde para uso na formatação de uma ou mais pré-formas adicionais.

[048] O formato 1100 referido nas Figuras 11 e 12 pode ser um formato que define um componente de turbina, por exemplo, um forro de combustão, palheta, lâmina, bocal, pá, peça de transição, armação central de turbina ou envoltório. O formato 1100 nas realizações das Figuras 11 e 12 é um formato sólido, ou seja, que não tem porção oca. Em outra realização, o formato 1100 pode incluir uma porção oca.

[049] Quando uma pré-forma suplementar é adicionada ao bloco 20, a pré-forma suplementar pode ser unida à estrutura existente por meio de forças proporcionadas, por exemplo, pelo aglutinante da pré-forma suplementar. As forças de união podem ser aumentadas na execução do processamento de CVI no bloco 40.

[050] Para execução de processamento de CVI no bloco 10 e 40, uma pré-forma, por exemplo, a pré-forma 202, 302, 502, 602, 702 pode ser introduzida em um reator de câmara de tratamento de CVI e um gás adequado pode ser infiltrado através da pré-forma, por exemplo, a pré-forma 202, 302, 502, 602, 702. A pré-forma 202, 302, 502, 602, 702 pode fornecer um reforço para um compósito de matriz cerâmica (CMC) formado submetendo-se uma pré-forma à CVI. Um gás adequado pode incluir, por exemplo, qualquer um, ou uma mistura de dois ou mais, dentre hidrogênio, metil-triclorosilano, tricloreto de boro, amônia, triclorosilano, cloreto de molibdênio e gás hidrocarboneto. Um gás adequado pode incluir qualquer gás que contenha silano, assim como qualquer siloxano, silazano ou outro gás que contenha silício, assim como gases organometálicos adequados. Composições precursoras de gás para várias químicas de depósito são bem conhecidas na técnica. O gás dentro do reator de câmara de tratamento de CVI pode não ter uma direção de fluxo primária. Fazer com que um gás dentro de um reator de câmara não tenha uma direção de fluxo primária pode reduzir o custo de processamento. A temperatura dentro da câmara pode ser aumentada e os gases reagentes podem passar por uma reação química em alta temperatura. Durante uma reação, um revestimento de matriz pode ser formado nas superfícies das fibras de uma pré-forma, por exemplo, a pré-forma 202, 302, 502, 602, 702, para definir uma estrutura de CMC densificada, por exemplo, a estrutura de CMC densificada 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803. Quando fibras de pré-forma 202, 302, 502, 602, 702 são fornecidas por uma fibra de SiC, uma matriz que consiste em, por exemplo, SiC, BN, B4C, SÍ3N4, M0SÍ2, SÍO2, SiOC, SiNC e/ou SiONC pode ser formada nas fibras da pré-forma para definir uma estrutura de CMC densificada, por exemplo, a estrutura 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803 conforme apresentado no presente documento. Durante a execução do processamento de CVI, em uma realização, um revestimento pode ser formado nas fibras de uma pré-forma 202, 302, 502, 602, 702 antes da formação de uma matriz.

[051] A linguagem aproximada, conforme usada no presente documento ao longo da especificação e das reivindicações, pode ser usada para modificar qualquer representação quantitativa que pode variar de forma permissível sem resultar em uma mudança na função básica a qual é relacionada. Consequentemente, um valor modificador por um termo ou termos, tal como “cerca de”, não deve ser limitado ao valor preciso especificado. O termo "define", conforme apresentado no presente documento, abrange as relações em que um elemento é parcialmente definido, assim como as relações em que um elemento é totalmente definido. Em alguns casos, a linguagem aproximada pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Aqui e no decorrer do relatório descritivo e das reivindicações, limitações de faixa podem ser combinadas e/ou alternadas, sendo que tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas contidas nas mesmas, a menos que o contexto ou a linguagem indique o contrário. Embora a presente revelação tenha sido descrita com referência a várias realizações específicas, será compreendido que o verdadeiro espírito e escopo da revelação deve ser determinado apenas em relação às reivindicações que podem ser evidenciadas pelo presente relatório descritivo. Além disso, embora em vários casos no presente documento sistemas e aparelhos e métodos sejam descritos como tendo um certo número de elementos, será compreendido que tais sistemas, aparelhos e métodos podem ser praticados com menos ou mais do que o determinado número de elementos mencionado Além disso, embora várias realizações específicas tenham sido descritas, será compreendido que os recursos e aspectos que foram descritos em referência a cada realização particular podem ser usados com cada realização particularmente descrita restante.

[052] Embora apenas determinados recursos da revelação tenham sido ilustrados e descritos no presente documento, muitas modificações e alterações irão ocorrer àqueles versados na técnica. Portanto, deve ser entendido que as reivindicações anexas se destinam a abranger todas essas modificações e alterações que estão dentro do verdadeiro espírito da invenção.

Reivindicações

Claims

1. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA LAMINAR, caracterizado pelo fato de que o método compreende: submeter uma pré-forma a infiltração de vapor químico (CVI) para definir uma estrutura de compósito de matriz cerâmica densificada (CMC); adicionar uma pré-forma suplementar à estrutura de CMC para definir uma estrutura expandida; executar a CVI com o uso da estrutura expandida.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método inclui repetir a adição e a execução.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método inclui executar o método de modo que uma estrutura resultante seja conformada a um formato especificado.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a formato especificado é de um componente de turbina.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o componente de turbina é selecionado a partir do grupo que consiste em um forro de combustão, uma palheta, uma lâmina, um bocal, uma pá, uma peça de transição, uma armação central de turbina e um envoltório.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que executar o método de modo que a estrutura resultante seja do formato especificado de um componente de turbina inclui usar um molde.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais dentre a pré-forma ou a pré-forma suplementar inclui fibras unidirecionais.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as fibras unidirecionais incluem um revestimento de fibra.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as fibras unidirecionais incluem SiC.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pré-forma e a pré-forma suplementar têm um teor de porosidade aberta de cerca de 20% a cerca de 80%.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que executar a CVI inclui depositar um material selecionado dentre o grupo que consiste em SiC, SÍ3N4, BN, B4C, M0S12, SÍO2, SiOC, SiNC e SiONC, dentro de uma porosidade da estrutura expandida.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método inclui conformar a pré-forma para definir um formato de uma superfície de um componente de turbina.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método inclui o uso da estrutura de CMC densificada como um molde para conformar a pré-forma suplementar.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou mais dentre submeter ou executar inclui interromper a infiltração próximo a uma quantidade que gera uma densificação máxima.

15. ESTRUTURA LAMINADA, caracterizada pelo fato de que compreende: uma primeira estrutura de CMC unida a uma segunda estrutura de CMC adjacente à primeira estrutura de CMC; em que um perfil de densidade da primeira estrutura de CMC é descontínuo em relação a um perfil de densidade da segunda estrutura de CMC.

16. ESTRUTURA LAMINADA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a primeira estrutura de CMC tem uma primeira espessura que tem um perfil de densidade em formato de U, e a segunda estrutura de CMC tem uma segunda espessura que tem um perfil de densidade que não tem um formato de U.

17. ESTRUTURA LAMINADA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a estrutura laminada inclui uma seção de espessura central, uma primeira seção de espessura de extremidade e uma segunda seção de espessura de extremidade, em que a seção de espessura central tem um perfil de densidade em formato de U, e a primeira seção de espessura de extremidade e a segunda seção de espessura de extremidade têm perfis de densidade em formato de rampa.

18. ESTRUTURA LAMINADA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que uma densidade em uma interface entre a primeira estrutura de CMC e a segunda estrutura de CMC é gradualmente descontínua.

19. ESTRUTURA LAMINADA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que é conformada em um formato de um componente de turbina.

20. ESTRUTURA LAMINADA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a estrutura laminada inclui uma estrutura de CMC que define uma superfície de extremidade da estrutura laminada, sendo que a estrutura de CMC que define uma superfície de extremidade tem uma densidade máxima menor do que uma estrutura de CMC da estrutura laminada que não define uma superfície de extremidade da estrutura laminada.

21. ESTRUTURA LAMINADA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que uma seção de espessura de extremidade da estrutura laminada tem uma densidade máxima menor que uma seção de espessura central da estrutura laminada.