CN102387908A - 一种用复合材料制成的涡轮机叶片的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用复合材料制成的涡轮机叶片的制造方法，该涡轮机叶片具有与之合并的一个底部平台和/或一个顶部平台，该方法包括：通过三维编织制成一个易于弯曲的纤维毛坯，作为一个单件，该纤维毛坯包括叶片翼面-根部型坯部位；在纤维毛坯的变形阶段，将所述叶片平台零件经由其通孔安装在所述纤维毛坯上，从而使所述叶片平台零件与纤维毛坯相组合；将组合了叶片平台零件的纤维毛坯相成型，得到一个叶片型坯，其形状与制造的叶片形状相近；成型之后，在成型机中固化所述叶片型坯；最后对固化的叶片型坯进行致密，用以获得一个具有合并平台的复合材料叶片。

Description

一种用复合材料制成的涡轮机叶片的制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料涡轮机叶片的制造，该涡轮机叶片具有一个与其相结合的底部和/或顶部平台。

本发明属于用于航空发动机或用于工业涡轮机的燃气涡轮机叶片的领域。

背景技术

参考已经做出的用于涡轮发动机的复合材料叶片。例如，参考欧洲专利1526285(EP 1526285)，该专利描述了一种由三维编制制作一个纤维型坯并通过一个模具致密该型坯的制造风扇叶片的方法。

此外，为了使涡轮机的部分结构能暴露在高温下运转，现有技术中已经使用了热结构的复合材料，特别是陶瓷基复合(ceramic matrix composite，CMC)材料。与金属合金相比，这种材料可以提供经过改善的高温性能和较低的重量，同时还具有形成构件的机械特性。特别用在航空发动机的燃气涡轮机中，随着温度的升高，需要减少重量和减少污染排放。

欧洲专利EP1801354描述了分别成型的一个用于叶片翼面和翼根的型坯和一个用于通过覆盖层形成的平台的型坯，该覆盖层由树脂和部分聚合树脂进行了预浸渍。该平台型坯具有颊边，该颊边设置在叶片翼面和翼根型坯在其根部的相对面。经过持续地聚合，通过贴合剂(硅)的浸渍，将平台的颊边和叶片根部朝向面结合在一起。

这种预聚合的固有模式限制了获得复杂的机翼外形形状的可能性。

发明内容

本法明的目的在于提供一种涡轮发动机叶片，该叶片由复合材料构成，特别是用于涡轮机械中的涡轮机或压缩机上的基体结构复合材料，例如陶瓷基(CMC)复合材料，在其形状相对复杂时，可以提供所需的机械特性。

为了解决此问题，本发明提供一种用复合材料制成的涡轮机叶片的制造方法，该涡轮机叶片具有与之合并的一个底部平台和/或一个顶部平台，该方法包括：分别制作一个叶片平台零件，该叶片平台零件通过纤维固化材料进行固化并且具有与叶片平台的外形相似的形状，该叶片平台零件具有至少一个通孔，该通孔的形状根据翼面叶片外形制造；利用该叶片平台零件的通孔将其安装在经过纤维固化的叶片翼面-根部型坯上；将该叶片平台零件与叶片翼面-根部型坯组合；该方法进一步包括：

a)通过三维编织制成一个易于弯曲的纤维毛坯，作为一个单件，该纤维毛

坯包括叶片翼面-根部型坯部位；

b)在纤维毛坯的变形阶段，将所述叶片平台零件经由其通孔安装在所述纤维毛坯上，从而使所述叶片平台零件与纤维毛坯相组合；

c)将组合了叶片平台零件的纤维毛坯成型，得到一个叶片型坯，其形状与制造的叶片形状相近；

d)成型之后，在成型机中固化所述叶片型坯；

e)最后对固化的叶片型坯进行致密，用以获得一个具有合并平台的复合材料叶片。

优选地，所述纤维毛坯还具有可展开的连接部，用于当放置所述叶片平台零件之后，叠加并贴接所述叶片平台零件。在编织所述纤维毛坯时，预留出非连通区域，便于所述连接部的展开。

所述平台零件与所述纤维毛坯通过缝合、销接或者合作致密的方式连接。

所述叶片型坯通过化学气象渗透进行固化。或者在一种包含有树脂的固化组合物中浸渍；成型之后固化该树脂。所述浸渍在纤维毛坯成型之前进行。

优选地，所述多个纤维毛坯在一个连续的带状部件中编织出，在该带状部件上切割下单独的纤维毛坯。

优选地，多个所述叶片平台零件从一个截面部件上切割下，该截面部件通过多个贴合在一起的纤维层并通过固化获得。

该叶片平台零件在中间制造步骤中被固化。所述叶片平台零件通过化学气象渗透进行固化。或者所述叶片平台零件通过在包含有树脂的固化组合物中浸渍，随后固化该树脂的方式来进行固化。

所述叶片平台零件通过在包含有树脂的固化组合物中浸渍，随后固化该树脂的方式来进行固化；将纤维毛坯用的固化树脂和叶片平台零件用固化树脂同时进行热解。

该方法还适用于制造多翼面叶片，为此，该方法包括如下步骤：

a)通过三维编织制成多个纤维毛坯，作为一个单件，每个纤维毛坯包括各自的叶片翼面-根部型坯部位；

b)分别制造底部叶片平台零件或顶部叶片平台零件，该叶片平台零件具有多个翼面外形形状的通孔；

c)同时将该平台零件经由其通孔安装在纤维毛坯上。

附图说明

参考附图和如下所述的说明书，可以更好地理解本专利。

图1为合并有底部平台和顶部平台的涡轮机叶片透视图；

图2为包含有翼面型坯和叶片根部型坯部分的示意图；

图3为将叶片底部平台的固化零件放大后的示意图；

图4为将叶片顶部平台的固化零件放大后的示意图；

图5至图9为叶片成型示意图，该叶片由图2中的纤维毛坯和图3图4中的底部平台和顶部平台组合而成；

图10为一个叶片型坯的完整示意图；

图11A至图11D为图2中的纤维毛坯在各个平面A，B，C，D上的截面视图；

图12为图2中具有叶片根部型坯部位的纤维毛坯的一个实施例的纬线截面视图；

图13为图2中具有叶片根部型坯部位的纤维毛坯的又一个实施例的纬线截面视图；

图14为通过三维编织编织出一个连续的带状部件的实施例的完整示意图，该带状部件包括多个如图2所示的纤维毛坯；

图15为图14在XV平面上的截面示意图；

图16为通过三维编织出一个连续的带状部件的又一实施例的完整示意图，该带状部件包括多个如图2所示的纤维毛坯；

图17为如何制作纤维截面零件的截面图，该纤维截面零件用于获得图3中的底部平面零件；

图18为如何制作纤维截面零件的截面图，该纤维截面零件用于获得图4中的顶部平面零件；

图19展示了一种制造图3和图4中的平台零件方法的连续步骤；

图20展示了另一种制造图3和图4中的平台零件方法的连续步骤；

图21展示了一种制造本发明中的涡轮机叶片方法的连续步骤；

图22展示了又一种制造本发明中的涡轮机叶片方法的连续步骤；

图23为本发明中的两翼面叶片型坯的又一实施例的示意图；

图24为图23中的叶片的底部平台零件示意图；

图25为图24中的叶片的顶部平台零件示意图。

具体实施方式

本发明适用于各种具有并入底部和/或顶部平台的涡轮发动机叶片，特别是各种压缩机和燃气涡轮机阀芯的涡轮叶片，例如，如图1所示的，用于低压(LP)涡轮机的转子叶片。

作为公知技术，图1中的叶片10包括一个翼面20，一个根部30，其形成厚度较大的一部分，例如，一个呈现出灯泡状部分的根部，该根部通过一个柄32延伸，一个设置在根部30和20之间的底部平台40，和一个位于叶片自由段部附近的外部或顶部平台50。

该翼面20沿纵向在底部平台40和顶部平台50之间延伸，并且在侧面部位，呈现出弯曲的厚度，该厚度在前沿20a和后沿20b之间变化。

通过将成型于涡轮机转子外围上的形状互补的罩与根部30相结合，将该叶片10固定在涡轮机转子上(图中未示)。该根部通过柄32延伸以便连接底部平台40的内面(底面)。

在其经向内端，该翼面20在平台40的外面42(顶面)与该平台40连接，该平台40限定了穿过发动机气流的气流流道的内部形状。在上游和下游末端部分(上游和下游与气流的流动方向f相关)，该底部平台40由切口44和46截断。本例中所示，该涡轮机斜面42通常具有一个非零的角度α，该角度根据平面上的正常的叶片纵向方向确定。根据气流通道的内表面轮廓的需要，角度α可以为零，或者该斜面42可以具有一个非垂直的外形，例如弧形的外形。

在其径向外端部，该翼面20与顶部平台50在其内面52(底面)连接，该平台限定了气流通道的外部形状。在平台50的外侧(顶部)有一个下降部或者“下凹部”54。沿着下凹部54的上游和下游边缘，该平台50撑起齿廓形滑片56，其末端可以渗入一层涡轮环(未示)的磨损材料，用于减少对叶片末端和涡轮环之间的清理。本例中所示，该内面52通常具有一个角度β，该角度根据叶片纵向方向的平面法线确定，作为一种变化，根据气流通道的外表面轮廓的需要，该内面52可以大致上与叶片的纵向方向垂直，或者该内面52可以通常具有一个非直线型的外形，例如，一个弧形外形。

图2为一个纤维毛坯100示意图，该纤维毛坯可以由用于取得叶片根部和翼片的型坯。

该纤维毛坯100由如下描述的多层三维编织获得。该纤维毛坯100通常沿L方向延伸，对应于叶片的纵向方向。在成型翼面型坯的部位102处，该纤维毛坯100具有不同的厚度，该厚度由根据所作出的翼面叶片的外形厚度的函数来确定，一个宽度λ，由一个根据翼面和叶片根部的外形的(平整)展开长度的函数而采用。

在形成一个叶片根部型坯的部位103，纤维毛坯100提供了额外的厚度，该厚度由一个叶片根部厚度函数确定。

该纤维毛坯100还包括外侧部位106和108，该部位由部位103延伸，并且分别位于部位102的两侧。从一个大致与平台底部对应的位置到延伸至部位102的外围端部，部位106和部位108与部位102并不连接，在编织纤维毛坯100时，具有非连通区域106a和106b。可以看到，该非连通区域起始于线106b(图2虚线绘制)和线108b，该线108b相对于平面法线L方向形成一个角度α。作为一种变形，线106b和线108b可以为弧线。

在额外厚度的部位103与线106b和线108b之间，延伸至部位102的部位106和部位108相互连接用于形成一个部位103’，该部位形成叶片柄型坯。

该部位102还提供了一个非连通区域102c，该区域将部位102的外端部分成两个襟板102a和102b。可以看到，所述非连通区域102c从线102d(图2虚线所绘)延伸至部位102的端部，线102d大致位于叶片平台的顶部位置，并且，由例子中所示，该线倾斜与平面法线L形成一个角度β。作为一种变形，该线102d可以为弧线。

图3展示了一个由纤维层构成的底部平台零件400，该纤维层叠加并贴合在一起，制成具有刚性的特别的形状，如下所述。该平台零件400大致参照叶片底部平台的形状而制成，具有一个中心部402和两个楔形的端部404和406。该中心部402的厚度小，小于端部404和406的厚度。在中心部402上，形成一个通孔或一个槽408，该通孔或槽408大致根据翼片的外形而制作成形，达到与底部平台相连接的水准。

图4展示了一个由纤维层构成的顶部平台零件500，该纤维层叠加并贴合在一起，制成具有刚性的特别的形状，如下所述。该顶部平台零件500大致参照叶片顶部平台的U形截面形状而制成，具有一个中心部502和凸出端部506，该端部506终止于一个收缩的端部。该中心部502厚度减小，其小于端部506的厚度。在中心部502上，形成一个通孔或一个槽508，该通孔或槽508大致根据翼片的外形而制作成形，达到与顶部平台相连接的水准。

图5至图9展示了一个通过纤维毛坯100与平台零件400和500组合形成的叶片型坯。

图5中，外侧部位106和108被切成一定尺寸只保留襟板106c和襟板108c，该襟板106c和108c从线106b和线108b延伸一个有限距离。

图6中，底部平台零件400经由槽408，通过插入到纤维毛坯100的顶端部位102，放置到位，该纤维毛坯100经过变形，与槽408的外形相匹配。该底部平台零件400沿着纤维毛坯100滑动直到达到非连接区域106a和108a的起始部位，由于槽408尺寸的限制，使得与襟板106c和108c接合在一起成为可能。

图7中，在这个阶段，移动襟板106c和108c从而向下折叠，与底部平台零件400的小厚度中心部402的外面(上面)相对。该襟板的长度和厚度经过选择，以保证获得一个大致不变的底部平台型坯厚度。该襟板106c和108c届时可与底部平台零件400的中心部402接合，例如缝合或者最好是销接(插入刚性接合元素)，然后将襟板106c和108c多余的长度切掉。一种通过销接接合的方法已在美国专利文件US7200912中描述。

图8中，顶部平台零件500经由槽508，通过插入到纤维毛坯100的外端部位，放置到位，该纤维毛坯100经过变形，与槽508的外形相匹配。该顶部平台零件500沿着纤维毛坯100向下滑动至底部非连接区102c的高度。

图9中，在这个阶段，移动襟板102c和102b从而向下折叠，与顶部平台零件500的具有较小厚度的中心部502的外面(上面)相对。以保证获得一个大致不变的顶部平台型坯厚度。该襟板102c和102b届时可与顶部平台零件500的中心部502接合，例如缝合或者最好是销接，然后将襟板102c和102b多余的长度切掉。

图10中，制作一个叶片型坯200，其具有用于翼面220，根部230和柄部232的型坯部位，这些部位由纤维毛坯100成型，还有底部型坯部240和顶部型坯部250，它们由平台零件400和平台零件500，以及襟板106c，108c，102a和102b成型。

可以看到，作为一种变形，该平台零件400和平台零件500通过随后获得的实际连接可以安装在纤维毛坯100上，该实际连接通过进行固化叶片型坯或者通过基体致密叶片型坯的合作致密完成。如下所述。

参照图2和图11A至图11D，将详细的描述纤维毛坯100的三维编织方法。

假设编制采用经纱进行，该编制沿着纤维毛坯100的纵向方向L延伸，不言而喻，沿着该方向编制纬纱也是可行的。

该纤维毛坯100的部位102的在其整个宽度上有厚度的变化，为得到不同厚度的翼面外形，通过使用经纱层中的不同重量的经纱而获得纤维毛坯100的部位102。作为一种变形，或者除此之外，也可以改变经纱的经纬密度(例如，在纬纱方向每个单位长度的纱线数量)，在成型纤维毛坯100时，一个较小的数量可以获得较大的薄度变化。

图11A至图11D中的例子所示，为了获得所需的翼面外形，在部位102上使用了六层不同重量的经纱。该纱线可以具有两种不同权重。在一个实施例中，使用的纱线基本上为碳化硅(SiC)制造的纱线，例如日本供应商日本炭(Nippon Carbon)以“Nicalon”之名销售的具有0.5K重量(500细丝)的纱线。该经纱由0.5K的纱线或者由两根0.5K纱线合并而成的1K纱线组成，这两根纱线通过缠绕合并在一起。为了适合编织后的处理，编织用纱线优选具有消融性质的纱线，例如，一种由聚乙烯醇(PVA)制造的纱线，这种纱线通过溶于水而被处理。

本例中所示，在每个外侧部位106和108，使用了一套三层经纱，因而使经纱层的总数达到了12层。

当然，所述的用于部位102，部位106和部位108的经纱层数可能不同于这里所述的层数，具体取决于所用纱线的质量和所需的厚度。

图11A中，做出对应叶片柄部的部位103’，所有经纱层C1至C2通过相互连接，例如通过纬纱的互锁编织进行相互连接。术语“互锁编织”这里指：每层纬纱将一个多层经纱(本例中为两层经纱)连接在一起，使得在编织机上，所有纱线在一个给定的玮列上具有相同的运动。

图11B中，在空白区域相对的部位包括襟板106c和108c，在翼面部位102的经纱层通过纬纱的互锁型编织连接在一起，用于外侧部位106的经纱层通过纬纱的互锁编织连接在一起，用于外侧部位108的经纱层通过纬纱的互锁编织连接在一起。相比之下，位于部位102的经纱层与部位106上的经纱层不相互连接，同样地，位于部位102的经纱层与部位108上的经纱层不相互连接，由此得到了非联通区域106a和108a。

位于底部或者非联通区域106a和108a上的起始线，或者弧线形起始线上的倾角α，通过改变经纱平面的原点位置获得。

在与纤维毛坯100上的部位102相对应的部位，该部位并不介于襟板106c和108c之间，编织侧面部位106和108的两套经纱被省略(没有经纱插入)。

图11D中，与纤维毛坯100上的部位102的外端部相对的部位，用于成型部位102的经纱层被分成互不连接的两组，用于提供襟板102a和102b之间的非连接区域102c。位于底部或者非联通区域102c上的起始线，或者弧线形起始线上的倾角β，通过改变经纱平面的原点位置获得。

虽然上述已经提及互锁型三维编织方法，其他的多层编织方法也是适用的，例如，国际专利文件WO2006/136755描述的多缎纹编织或者多平纹编织方法。

图12所示的一个实施例中(只能看到纬纱的横截面)，该额外厚度的部位103通过在经纱层间设置插入部件104a和104b而获得，在这个部位上的经纱层经过编织后互不相连。当然，该插入部件可以是一个也可以多于两个。该插入部件可以由单片陶瓷片构成，例如碳化硅(SiC)片，通过烧结碳化硅粉制成。如下所述，该插入部件通过坯料的编织纹理或者用于获得叶片型坯的模具或形具而保持在纤维型坯内的所需位置上。

图13所述的另一个实施例中(只能看到纬纱的横截面)，该额外厚度的部位104通过使用更大质量的纬纱而获得。用于编织纤维型坯基本上使用碳化硅纱线，例如供应商日本炭(Nippon Carbon)以“Nicalon”之名销售的0.5K纱线，如上所述，通过将多个0.5k纱线进行缠绕合并，可以获得质量更大的纱线。

如图14和图15所示，通过编织一个具有一排或多排连续成型的纤维型坯的带状部件200，可以获得多个纤维型坯。在径向方向(只包括经纱)和纬向方向(只包括纬纱)形成额外长度区域210，220，用于避免与编织相关的边沿现象，用于在型坯成型时，为形变够提供更大的自由度，以及用于在纤维毛坯100之间提供过渡区。

图16展示了一种变形的实施例，该带状部件300具有一排纤维毛坯100，该纤维毛坯100在与带状部件300的垂直方向的纬纱方向编织。在径向方向和纬向方向同样形成额外长度区域310，320。根据带状部件300的宽度，可以编织多排纤维毛坯100。

优选地，通过将一个刚性纤维截面部件切割成几部分，可以得到多个带有通孔或者槽408的平台零件400。

图17中，通过堆叠和塑造纤维层获得一个纤维截面部件410。复数个纤维层412a延伸至整个剖面长度，而另外的纤维层412b只是在部分剖面长度上延伸，从而留下一个具有较小厚度的中心部位，该中心部位与平台零件的部位402相适应。

所述层412a和层412b举例来说可以为织物层，通过三维(3D)或者多层编织获得。根据国际专利文件WO2006/136755描述，可以使用一种基于互锁编织，或者多缎纹编织，或者多平纹编织的3D织物。

该通过叠加和塑性的3D织物层最好贴合在一起，例如，缝合或者销接。

该层披盖在一个模具414上，该模具提供所需的形状，当在固化阶段，通过部分致密方式，将截面零件设置在所需形状内，下文将描述将纤维截面零件410设置在模具414和后备模具416之间。

类似的，通过将一个刚性纤维截面部件切割成几部分，可以得到多个带有通孔或者槽508的顶部平台零件500。

图18中，通过堆叠和塑造纤维层获得一个纤维截面部件510。多个纤维层512a延伸至整个剖面长度，而另外的纤维层512b只是在部分剖面长度上延伸，从而留下一个具有较小厚度的中心部位，该中心部分与平台零件的部位502相适应。

该层512a和512b可以为三维织物层，如上述层412a和层412b所述，在成型后选择性地贴合在一起，

该层披盖在一个模具514上并保持形状，同时通过置入到模具514和后备模具516之间，该断面零件被固化。

图19展示了制造平台零件400和500方法的连续步骤。

步骤601，通过3D编织获得纤维纹理。用于应用在高温下使用的涡轮机叶片，并且尤其在腐蚀环境下(特别在潮湿环境下)，使用陶瓷纤维尤其是碳化硅纤维制成的纱线进行编织。

步骤602，对无纺纤维纹理进行处理，消除纤维表面的上浆和表面上的氧化物。通过酸处理消除氧化物，特别是浸渍在氢氟酸池中。如果上浆不能通过酸处理清除掉，提前进行上浆消除的处理，例如应用短热处理来分解上浆。

步骤603，通过化学气象渗透(CVI)，在纤维纹理的纤维上形成一个中间涂层的薄层，该化学气象渗透是公知的技术。例如，该中间涂层材料为热解石墨(PyC)，氮化硼(BN)，或者硼掺杂碳(硼和碳的比例，例如，通过碳的平衡，含有5％至20％的硼)。该中间涂层具有足够小的厚度，以保持良好的变形能力，例如不大于100纳米或者应该不大于50纳米。

步骤604，该纤维层在固化组合物中浸渍，该固化组合物通常是在溶剂中稀释的树脂。这里可以使用一种炭前驱体树脂(carbon-precursor resin)，例如酚醛树脂或者陶瓷前驱体树脂，如聚硅氮烷树脂或者聚硅氧烷树脂，前驱碳化硅。

干燥后(步骤605)，该层被切断(步骤606)，这些切断层通过搭接而成型(步骤607)，它们通过缝合或者销接方式有选择性地贴合在一起(步骤608)。

步骤609，该经过浸渍的纤维截面部件在覆盖模具和支撑模具之间保持形状，应用热处理，固化和热解树脂。这里选择树脂用量，用以获得部分致密，这种部分致密可以使固化纤维截面部件时，不会得到显著的残余空隙，也就是没有完全致密的纤维截面部件。

步骤610，加工可以使经过固化的纤维截面部件得到需要的尺寸。此外，还形成所述的槽，例如，通过水压喷射加工而成。

步骤611，通过切割固化截面部件，得到所述平台零件。

可以看到，该槽是在切割平台零件之后形成，而不是在固化截面零件时成型。

图20展示了另外一种制造平台零件的方法。

经过编织纤维纹理和消除上浆和氧化的步骤701和702之后，该步骤与步骤601和步骤602相似，在步骤703中，从无纺纤维纹理上切断层。

步骤704，这些切断层通过搭接而成型，步骤705，它们通过缝合或者销接方式贴合在一起，至此形成了一个纤维截面部件。

步骤706，该纤维截面部件在覆盖模具和支撑模具之间保持形状，一个减轻脆化的中间涂层在该纤维上形成。作为公知常识，这种中间涂层针对裂缝传播通过复合材料来保护纤维。举例说明，该中间涂层材料可以是热解石墨(PyC)，氮化硼(BN)，或者是上述提到的掺杂碳的硼(BC)。作为一个例子，该中间涂层通过CVI成型。作为一个目的，所述用于保持纤维截面部件成型的模具和支撑模具由石墨构成，并且设置有通孔，方便传导反映气体，该反应气体可以导致中间材料被滞留。该中间涂层的厚度在几十纳米到几百纳米之间。

步骤707，通过CVI成型一个基体，实现局部致密。在涡轮机叶片的特定应用中，所述基体优选为陶瓷基，例如碳化硅。通过CVI形成一个碳化硅基体是公知常识。局部致密以保证该纤维截面部件在被处理和加工时，具有足够的刚性，还可以避免具有显著残留空隙。

之后，将固化的纤维截面部件进行加工的步骤(步骤708)和切割的步骤(709)均已在上述图19中的步骤610和611中阐明。

图21展示了一种制造本发明的涡轮机叶片的方法的各个步骤。

步骤801，通过三维编织而编织成一个连续的纤维带状部件，该带状部件包括有多个纤维毛坯，例如，在图14和图15中，在经线方向延伸的多排纤维毛坯。对于在高温下使用的涡轮机叶片，并且尤其在腐蚀环境下(特别在潮湿环境下)，使用陶瓷纤维尤其是碳化硅纤维制成的纱线进行编织。

步骤802，对纤维带状部件进行处理，消除纤维表面的上浆和表面上的氧化物。该方法与图19中的步骤602相同。

步骤803，在纤维带状部件上的纤维上通过CVI形成一个中间涂层的薄层。举例说明，该中间涂层的材料为PyC，BN，or BC。该中间涂层的薄层最好具有很小的厚度，例如，不大于100纳米，或者应该不大于50纳米，以保持良好的变形能力。该厚度最好不小于10纳米。

步骤804，该带有中间涂层的纤维带状部件在固化组合物中浸渍，该固化组合物通常是在溶剂中稀释的树脂。这里可以使用一种炭前驱体树脂(carbon-precursorresin)，例如酚醛树脂或者陶瓷前驱体树脂，如聚硅氮烷树脂或者聚硅氧烷树脂，前驱碳化硅。

通过干燥，消除任何树脂溶剂(步骤805)，所述纤维型坯被分割成个体(步骤806)。

步骤807和步骤808中，底部平台零件和顶部平台零件被放置在纤维毛坯上。该纤维毛坯在模具中或成型机中就形成了顶部平台和底部平台的形状，因此得到了合并了顶部平台和底部平台的叶片型坯(步骤809)

随后，固化树脂(步骤810)和热解树脂(步骤811)。当纤维毛坯在成型机中不断地升温，随后将进行固化和热解。一旦该平台零件通过包含有树脂的组合物或者固化树脂所浸渍，该平台零件将被固化，当纤维毛坯的固化树脂被热解时，该固化树脂也被热解。

热解之后，移除型坯之后，成型机中还应该有热解残余物质。这里选择树脂用量，可以保证型坯的纤维充分结合并且保证不运用其他工具就可以保持其形状，这里应当理解为，固化树脂的用量应该选择尽可能的少。

如上述所提到的，使平台零件和纤维型坯充分结合，只有在该固化阶段实现，该固化阶段通过对残留的树脂进行热解的方式来实现部分合作致密。

一个第二中间层通过CVI成型(步骤12)，用于获得一个全面的纤维基体中间层，其厚度具有足够减少脆化的功能。该第二中间层可以由PyC，BN，和BC材料制成，其不必与第一中间层材料相同。该第二中间层的厚度最好不小于100纳米。

优选的，最好选用两层中间层。申请人已经在法国专利申请No.08/54934中提及。

通过CVI致密组合型坯以及致密第二中间层可以在一个炉中进行。

可以在两个连续阶段进行致密(步骤813和步骤815)，该两步骤也可被步骤814分开，步骤814中，将叶片加工成所需形状。第二次致密可以涂覆任何在加工过程中戳穿的纤维。

图22展示了另外一种制造涡轮机叶片的方法。

步骤901中的编织纤维带状部件和步骤902中的清除上浆和氧化物与步骤801和步骤802类似。

步骤903，将纤维带状部件切割成纤维毛坯个体。

步骤904，参考图6和图7中所描述的方式，将底部平台零件400设置在每个切割下的纤维毛坯100上。

步骤905，参考图8和图9，将顶部平台零件500设置在每个切割下的纤维毛坯100上。

步骤906，装配了底部平台零件和顶部平台零件的纤维毛坯100在模具中或成型机中成型，得到了具有合并底部和顶部平台的预制型坯。

步骤907，在成型的纤维毛坯上通过CVI形成一个减少脆化的中间层。例如，如上述提到的，中间层材料为PyC，BN，or BC。该中间层的厚度为几十纳米到几百纳米。

步骤908，当型坯还在成型机中成型时，该型坯通过局部致密固化，该固化利用CVI通过在纤维上形成一个陶瓷沉淀来实现。该陶瓷沉淀可以为碳化硅沉淀。为了形成涂层和利用CVI执行固化，该成型机最好由石墨制成，并且具有方便反应气体通过的通孔，该反应气体可以引起利用CVI的陶瓷沉淀。

与上述提到的方法相同，为使平台零件与纤维毛坯有效的结合，可以通过在固化阶段的部分合作致密来实现。

一旦充分固化到使型坯可以被处理，并且可以不借助工具保持其形状，该固化型坯将从成型机中提取出来并利用CVI通过陶瓷基体(碳化硅基体)进行致密。该致密可以通过两个连续的阶段进行(步骤909和步骤911)，该阶段也可以由加工步骤分割成两个阶段，其中加工阶段(步骤910)用于将叶片加工成所需的形状。

在图20和图21中的实施例中，加工的目的在于得到所需的翼面叶片外形和得到所需的底部平台和顶部平台形状(特别是顶部平台上的齿廓形滑片和凸出部)。应当注意，在平台零件被切割之前，在固化阶段，在平台零件或者固化截面部件上执行一个预加工步骤。

应当注意，在上述提及的实施例中，利用CVI致密型坯和固化平台零件都是利用了基体而不是碳化硅，特别是利用了碳基体或者自愈型基体，例如具有三元硅硼碳系统(temary Si-B-C system)的自愈型基体或者碳化硼(B4C)。请参考美国专利US5246736和美国专利US5965266，其描述了利用CVI获得自愈型基体。

如上述详细说明，获得了一个单翼面叶片。然而本发明也适用于制作多翼面叶片，例如，双翼面叶片。

图23中，双翼面叶片的型坯1000包括两个相同的型坯零件1200，每个型坯零件1200具有一个翼面型坯部件1220，一个根部型坯部件1230，以及一个柄部型坯部件1232。该型坯部件1220，1230和1232与图10中的型坯部件220，230和232相同，该型坯零件1200可以利用如上述描述的纤维毛坯100来制作。

图24中，该型坯零件1000还包括一个底部平台零件1400，该零件由贴合在一起的叠加纤维层构成，并且外形经过固化，其制作方法与上述相同。该底部平台零件1400大致上根据通常的双翼面叶片底部平台而制作，具有中间部位1402和楔形的末端部位1404和1406。该中心部位1402具有较小厚度，其厚度小于末端部位1402和1406。在中间部位1402上，具有两个通孔或者槽1408a和1408b，其参照翼面叶片的形状制作。

图25中，该型坯1000还包括一个顶部平台零件1500，该零件由贴合在一起的叠加纤维层构成，并且外形经过固化，其制作方法与上述相同。该顶部平台零件1500大致上根据通常的双翼面叶片顶部平台的U形截面形状而制作，具有一个中心部位1502和凸出末端部位1506。该中间部位1502厚度较小并且具有两个通孔或者槽1508a和1508b，其参照翼面叶片的形状制作。

该平台零件1400和1500设置并装配在型坯零件1200上，其中装配方法与上述的零件400和零件500的装配方法相同。

该双翼面叶片的实施例因此与应用了单底和单顶平台的单翼面叶片的实施例不同，该单翼面叶片实施例可以制造两个相同的翼面。

Claims (13)

1.一种用复合材料制成的涡轮机叶片的制造方法，该涡轮机叶片具有与之合并的一个底部平台和/或一个顶部平台，该方法包括：分别制作一个叶片平台零件，该叶片平台零件通过纤维固化材料进行固化并且具有与要制造的叶片的平台外形相似的形状，该叶片平台零件具有至少一个通孔，该通孔的形状根据翼面叶片外形制造；利用该叶片平台零件的通孔将其安装在经过纤维固化的叶片翼面-根部型坯上；将该叶片平台零件与叶片翼面-根部型坯组合；其特征在于，该方法进一步包括：

a)通过三维编织制成一个易于弯曲的纤维毛坯，作为一个单件，该纤维毛坯包括叶片翼面-根部型坯部位；

b)在纤维毛坯的变形阶段，将所述叶片平台零件经由其通孔安装在所述纤维毛坯上，从而使所述叶片平台零件与纤维毛坯相组合；

c)将组合了叶片平台零件的纤维毛坯成型，得到一个叶片型坯，其形状与要制造的叶片形状相近；

d)成型之后，在成型机中固化所述叶片型坯；

e)最后对固化的叶片型坯进行致密，用以获得一个具有合并平台的复合材料叶片。

2.根据权利要求1所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述纤维毛坯还具有可展开的连接部，用于当放置所述叶片平台零件之后，叠加并贴接所述叶片平台零件。

3.根据权利要求2所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：在编织所述纤维毛坯时，预留出非连通区域，便于所述连接部的展开。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述叶片平台零件与所述纤维毛坯通过缝合、销接或者合作致密的方式连接。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：

所述叶片型坯通过化学气象渗透进行固化。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述固化包括：在一种包含有树脂的固化组合物中浸渍；成型之后固化该树脂。

7.根据权利要求6所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述浸渍在纤维毛坯成型之前进行。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述多个纤维毛坯在一个连续的带状部件中编织出，在该带状部件上切割下单独的纤维毛坯。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：多个所述叶片平台零件从一个截面部件上切割下，该截面部件通过多个贴合在一起的纤维层的成型并通过固化获得。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述叶片平台零件通过化学气象渗透进行固化。

11.根据权利要求1至9任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述叶片平台零件通过在包含有树脂的固化组合物中浸渍，随后固化该树脂的方式来进行固化。

12.根据权利要求6所述的涡轮机叶片的制造方法，其特征在于：所述叶片平台零件通过在包含有树脂的固化组合物中浸渍，随后固化该树脂的方式来进行固化；将纤维毛坯用的固化树脂和叶片平台零件用固化树脂同时进行热解。

13.一种根据权利要求1至12任意一项所述的涡轮机叶片的制造方法，用于制造多翼面叶片，

其特征在于：该方法包括：

a)通过三维编织制成多个纤维毛坯，作为一个单件，每个纤维毛坯包括各自的叶片翼面-根部型坯部位；

b)分别制造底部叶片平台零件或顶部叶片平台零件，该叶片平台零件具有多个翼面外形形状的通孔；

c)同时将该平台零件经由其通孔安装在纤维毛坯上。

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