CN108691580A - 用于形成复合组件中的特征的方法和组合件 - Google Patents

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Abstract

本公开提供用于产生具有形成于其中的特征的复合组件的方法和组合件。举例来说，一种方法可包括：将复合材料沉积在基底工具上；使孔隙形成工具与所述基底工具中的加工孔隙对准；将所述孔隙形成工具插入穿过所述复合材料以形成所述复合材料中的孔隙；部署特征形成工具以将所述复合材料按压到一个或多个凹口中；以及在所述特征形成工具接触所述复合材料的情况下处理所述复合材料。在一些实施例中，所述特征形成工具包含延伸穿过所述复合材料并且进入所述基底工具的杆柄，以及与所述复合材料接触且用所述复合材料处理的特征形成头部。在其它实施例中，加工组合件在处理期间将销固持在适当位置以将所述销固定在所述复合组件中。

Description

用于形成复合组件中的特征的方法和组合件
技术领域
本申请大体上涉及由复合材料制成的组件。具体来说，本申请涉及用于形成例如用于燃气涡轮发动机的复合组件等复合组件中的特征的方法和组合件。
背景技术
更一般来说，例如陶瓷基复合(CMC)材料和聚合物基复合物(PMC)材料等非传统高温复合材料正在例如燃气涡轮发动机等应用中使用。由此类材料构造的组件与例如金属组件等典型组件相比具有较高温度能力，这可以允许改进组件性能和/或增加引擎温度。然而，形成复合组件中的例如隆起、沉孔、埋头孔等准确且精密的特征而不弱化复合材料可能较困难。举例来说，此类特征通常在处理之后在复合组件中进行机械加工，这常常需要额外复合材料以提供适当机械加工区域并切通复合材料层。
用于形成复合组件中的特征的改进的方法和组合件将是有用的。确切地说，允许在复合组件中形成的特征而非在其中机械加工的特征的方法和组合件将是合乎需要的。复合组件中形成的特征可产生较强复合组件，以及减少形成组件所需的复合材料量，这可减少劳动力和材料成本。
发明内容
本公开的各方面及优点将部分在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本公开的实践习得。
在一个示范性实施例中，提供一种用于形成复合组件中的特征的方法。所述方法包括：将复合材料沉积在基底工具上；使孔隙形成工具与基底工具中的加工孔隙对准；将孔隙形成工具插入穿过复合材料以形成复合材料中的孔隙；部署特征形成工具以将复合材料按压到一个或多个凹口中；以及在特征形成工具接触复合材料的情况下处理复合材料。所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件。特征形成工具包括被配置成形成复合组件的特征的特征形成头部。
在另一示范性实施例中，提供一种用于形成复合组件中的特征的方法。所述方法包括：将复合材料沉积在基底工具上；穿过复合材料形成孔隙；使特征形成工具的特征形成头部接触复合材料；以及在特征形成头部接触复合材料的情况下处理复合材料。所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件。特征形成工具包括延伸穿过复合材料并且进入基底工具的杆柄，且特征形成头部被配置成形成复合组件的特征。
在又一示范性实施例中，提供一种用于形成复合组件中的特征的方法。所述方法包括：将复合材料沉积在加工组合件上；穿过复合材料形成孔隙；将销插入到孔隙中使得销延伸穿过复合材料并且进入加工组合件；以及在销延伸穿过复合材料的情况下处理复合材料。所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件。销固定在生坯状态复合组件中使得生坯状态复合组件包含所述销。
具体地，本申请技术方案1涉及一种用于形成复合组件中的特征的方法，其包括：将复合材料沉积在基底工具上；使孔隙形成工具与所述基底工具中的加工孔隙对准；将所述孔隙形成工具插入穿过所述复合材料以形成所述复合材料中的孔隙；部署特征形成工具以将所述复合材料按压到一个或多个凹口中，所述特征形成工具包括特征形成头部；以及在所述特征形成工具接触所述复合材料的情况下处理所述复合材料，所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件；其中所述特征形成头部被配置成形成所述复合组件的特征。
本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在插入所述孔隙形成工具之后且在部署所述特征形成工具之前：从所述复合材料移除所述孔隙形成工具。
本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在插入所述孔隙形成工具之后且在部署所述特征形成工具之前：从所述孔隙形成工具移除尖端，所述孔隙形成工具的轴保持接触所述复合材料；以及将所述特征形成工具附接到所述孔隙形成工具的轴。
本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述基底工具限定所述一个或多个凹口且包括近侧表面，所述近侧表面接触叠置在所述基底工具上的所述复合材料，所述基底工具进一步包括与所述近侧表面相对的远侧表面，所述加工孔隙从所述远侧表面处的远端延伸到所述一个或多个凹口中的一个处的近端，且所述孔隙形成工具经由所述远端插入到所述加工孔隙中。
本申请技术方案5涉及一种用于形成复合组件中的特征的方法，其包括：将复合材料沉积在基底工具上；穿过所述复合材料形成孔隙；使特征形成工具的特征形成头部接触所述复合材料；以及在所述特征形成头部接触所述复合材料的情况下处理所述复合材料，所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件；其中所述特征形成工具包括延伸穿过所述复合材料并且进入所述基底工具的杆柄，且其中所述特征形成头部被配置成形成所述复合组件的特征。
本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的方法，其中，进一步包括，在使所述特征形成头部接触所述复合材料之后且在处理所述复合材料之前：将袋密封在所述特征形成工具和所述复合材料周围。
本申请技术方案7涉及根据技术方案5所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在所述特征形成头部接触所述复合材料的情况下处理所述复合材料之后：从所述生坯状态复合组件移除所述特征形成工具；以及对所述生坯状态复合组件进行表面工艺处理以产生所述复合组件。
本申请技术方案8涉及根据技术方案5所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在使所述特征形成头部接触所述复合材料之前：将所述特征形成工具插入穿过所述孔隙。
本申请技术方案9涉及根据技术方案5所述的方法，其中，所述特征形成头部包括由第一材料形成的边缘，且所述特征形成工具的剩余部分由第二材料形成，所述第二材料比所述第一材料硬。
本申请技术方案10涉及根据技术方案5所述的方法，其中，穿过所述复合材料形成所述孔隙包括使用导引工具推动连接到止挡件的杆柄远离所述复合材料，所述止挡件抵靠着所述复合材料的最外表面定位，且推动孔隙形成工具的尖端穿过所述基底工具中的加工孔隙并且进入所述止挡件。
本申请技术方案11涉及根据技术方案5所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在将所述复合材料沉积在所述基底工具上之前：将加工组合件与所述基底工具组装在一起，其中所述加工组合件的一部分定位在所述基底工具中限定的通路中。
本申请技术方案12涉及根据技术方案5所述的方法，其中，密封件定位于所述特征形成工具的所述杆柄和所述基底工具之间。
本申请技术方案13涉及根据技术方案5所述的方法，其中，穿过所述复合材料形成所述孔隙包括用孔隙形成工具刺穿所述复合材料，且使所述特征形成工具接触所述复合材料包括将所述特征形成工具连接到所述孔隙形成工具，以及经由所述复合材料抽回所述孔隙形成工具直至所述特征形成工具的所述特征形成头部接触所述复合材料的最外表面。
本申请技术方案14涉及一种用于形成复合组件中的特征的方法，其包括：将复合材料沉积在加工组合件上；穿过所述复合材料形成孔隙；将销插入到所述孔隙中使得所述销延伸穿过所述复合材料并且进入所述加工组合件；以及在所述销延伸穿过所述复合材料的情况下处理所述复合材料，所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件；其中所述销固定在所述生坯状态复合组件中使得所述生坯状态复合组件包含所述销。
本申请技术方案15涉及根据技术方案14所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在插入所述销之后且在处理所述复合材料之前：将袋密封在所述复合材料和所述销周围。
本申请技术方案16涉及根据技术方案14所述的方法，其中，所述加工组合件包括主要工具和分段工具，所述分段工具包括配合在所述主要工具内的两个或两个以上片段，所述分段工具限定用于形成复合组件中的特征的一个或多个凹口。
本申请技术方案17涉及根据技术方案14所述的方法，其中，所述加工组合件包括肩部衬套，所述肩部衬套定位在基底工具中且限定穿过其中的开口，所述肩部衬套具有与第二端相对的第一端，所述第一端邻近于沉积于所述加工组合件上的所述复合材料，所述第二端延伸穿过所述基底工具，且所述方法进一步包括在插入所述销之前：将端帽固定在所述肩部衬套的所述第二端上，其中所述销插入到所述肩部衬套中的所述开口中。
本申请技术方案18涉及根据技术方案17所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在插入所述销之后但在处理所述复合材料之前，将特征形成工具放置在所述销上方且抵靠着所述复合材料的最外表面，其中所述特征形成工具为薄盘。
本申请技术方案19涉及根据技术方案14所述的方法，其中，所述复合材料为陶瓷基质复合材料，且所述销为陶瓷销。
本申请技术方案20涉及根据技术方案14所述的方法，其中，所述复合材料为聚合物基质复合材料，且所述销为金属销。
参考以下描述和所附权利要求书，本公开的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本公开的实施例，且连同所述描述一起用于解释本申请的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的一般技术人员阐述本公开的完整且启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，其中：
图1提供根据各种实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2提供具有形成于其中的沉孔特征和形成于其中的埋头孔特征的复合组件的示意性横截面图。
图3提供根据示范性实施例的沉积于基底工具上的复合材料和用于形成复合材料中的一个或多个特征的特征形成工具的分解透视图。
图3A提供沿着图3的线3A-3A截取的复合材料、基底工具和特征形成工具的横截面图。
图3B提供沿着图3的线3B-3B截取的复合材料、基底工具和特征形成工具的横截面图。
图4A、4B、4C和4D提供根据各种示范性实施例的图3的特征形成工具的一部分的横截面图。
图5A和5B提供根据示范性实施例的基底工具和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的孔隙的孔隙形成工具的横截面图。
图6提供根据示范性实施例的基底工具、孔隙形成工具和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的孔隙的导引工具的横截面图。
图7提供根据示范性实施例用于形成复合组件中的一个或多个特征的方法的流程图。
图8A和8B提供根据示范性实施例的基底工具和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的一个或多个特征的特征形成工具的横截面图。
图9提供根据示范性实施例用于形成复合组件中的一个或多个特征的方法的流程图。
图10A、10B和10C提供根据示范性实施例的基底工具和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的一个或多个特征的特征形成工具的横截面图。
图11A到11F提供根据示范性实施例的基底工具、用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的孔隙及一个或多个特征的孔隙形成工具和特征形成工具的横截面图。
图12提供根据示范性实施例用于形成复合组件中的一个或多个特征的方法的流程图。
图13提供根据示范性实施例的基底工具、加工组合件、销和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的一个或多个特征的特征形成工具的横截面图。
图14提供根据示范性实施例的基底工具、加工组合件和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的一个或多个特征的特征形成工具的横截面图。
图15提供根据示范性实施例用于形成复合组件中的一个或多个特征的方法的流程图。
图16A和16B提供根据示范性实施例的加工组合件和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的一个或多个特征的特征形成工具的横截面图。
图17提供根据示范性实施例用于形成复合组件中的一个或多个特征的方法的流程图。
图18和19提供根据示范性实施例的基底工具和用于形成沉积于基底工具上的复合材料中的一个或多个特征的特征形成工具的横截面图。
具体实施方式
现将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个实例在附图中说明。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标记来指代本公开的相同或类似部分。如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一组件与另一组件，而并非意图表示各个组件的位置或重要性。词语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流向的方向。
现在参看图式，其中相同的标记贯穿各图指示相同的元件，图1是根据本公开的示范性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更确切地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高涵道比涡扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1中所展示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于出于参考目的而提供的纵向中心线12延伸)和径向方向R。一般来说，涡扇10包括风扇区段14和安置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
所描绘的示范性核心涡轮发动机16大体包括大体上管状的外部壳体18，所述外部壳体限定环形入口20。外部壳体18以串流关系包覆：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮机区段，其包括高压(HP)涡轮机28和低压(LP)涡轮机30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮机28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮机30传动地连接到LP压缩机22。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括风扇38，所述风扇具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘，风扇叶片40从盘42大体沿径向方向R向外延伸。风扇叶片40和盘42可通过LP轴36一起围绕纵向轴线12旋转。在一些实施例中，涡扇发动机包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，以用于将LP轴36的旋转速度逐步降低到更高效的旋转风扇速度。
仍参考图1的示范性实施例，盘42由可旋转的前部舱体48覆盖，所述前部舱体具有空气动力学轮廓以促使空气流通过所述多个风扇叶片40。另外，示范性风扇区段14包括环形风扇壳体或外部舱体50，其周向地围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应了解，舱体50可被配置成相对于核心涡轮发动机16由多个沿圆周隔开的出口导叶52支撑。此外，舱体50的下游区段54可遍及核心涡轮发动机16的外部部分而延伸，以便在其间限定旁路空气流通道56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定量的空气58经由舱体50的相关联入口60和/或风扇区段14进入涡扇10。随着所述量的空气58横穿风扇叶片40，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或传送到旁路空气流通道56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或传送到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为涵道比。随着空气的第二部分64被传送穿过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧区段26处，其与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被传送穿过HP涡轮机28，在HP涡轮机28处经由联接到外部壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的循序级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因此导致HP轴或转轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着被传送穿过LP涡轮机30，在LP涡轮机30处经由联接到外部壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的循序级提取来自燃烧气体66的热能和动能的第二部分，由此导致LP轴或转轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被传送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进力。同时，随着空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被传送穿过旁路空气流通道56，空气的第一部分62的压力显著增大，从而也提供推进力。HP涡轮机28、LP涡轮机30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66传送穿过核心涡轮发动机16。
应了解，涡扇发动机10仅以实例方式提供，且本申请的技术方案还可适用于其它发动机配置。此外，下文更详细描述的技术方案还可适用于其它系统、机器、机构、结构等。涡扇发动机10的使用提供参考系，且本申请的技术方案适用性不必仅限于涡扇发动机或类似结构。
在一些实施例中，涡扇发动机10的组件，确切地说热气体路径78内或限定热气体路径78的组件，可包括复合材料，例如陶瓷基复合(CMC)材料、聚合物基复合(PMC)材料，或具有高温能力的其它合适的复合材料。复合材料通常包括内嵌于例如聚合物或陶瓷材料等基质材料中的纤维加强材料。加强材料充当复合材料的负荷承载组成，而复合材料的基质用以将纤维结合在一起且充当借以将外部施加的应力传输和分布到纤维的媒介。
示范性CMC材料可包括碳化硅(SiC)、硅、二氧化硅或氧化铝基质材料及其组合。陶瓷纤维可嵌入在基质内，例如氧化稳定的加强纤维，包括如蓝宝石和碳化硅(例如，Textron的SCS-6)的单丝；以及粗纱和纱线，包括碳化硅(例如，Nippon Carbon的UbeIndustries的和Dow Corning的)、硅酸铝(例如，Nextel的440和480)；以及短切的晶须和纤维(例如，Nextel的440和)和任选地陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y及其组合的氧化物)和无机填充剂(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)。举例来说，在某些实施例中，将可包括陶瓷耐火材料涂层的纤维束形成为加强带，例如单向加强带。多个带可叠置在一起(例如，作为叠层)以形成预成型组件。纤维束在形成预成型件之前或在形成预成型件之后可用浆料组合物浸渍。预成型件可随后经受热处理，例如固化或烧穿，以在预成型件中产生高焦化残余物，且随后经受化学处理，例如利用硅的熔融浸渗，以获得由具有所需化学组合物的CMC材料形成的组件。在其它实施例中，CMC材料可形成为例如碳纤维布而不是形成为带。
类似地，PMC材料通常通过用树脂(预浸体)浸渍织物或单向带继之以固化而制造。在浸渍之前，织物可被称为“干燥”织物，且通常包括两个或两个以上纤维层的堆叠(叠层)。纤维层可由多种材料形成，其非限制性实例包括碳(例如，石墨)、玻璃(例如，玻璃纤维)、聚合物(例如，)纤维和金属纤维。纤维加强材料可以通常长度小于两英寸且更优选小于一英寸的相对短的短切纤维或较长连续纤维的形式使用，后者常常用于产生编织品或单向带。可通过将干燥纤维分散到模具中，且接着使基质材料在加强纤维周围流动或通过使用预浸体来产生PMC材料。举例来说，多层预浸体可堆叠到零件的恰当厚度和定向，且接着树脂可固化和凝固以显现纤维加强的复合零件。用于PMC基质材料的树脂可通常被分类为热固物或热塑物。热塑性树脂通常分类为归因于物理而非化学改变当加热时可反复地软化和流动且当充分冷却时硬化的聚合物。热塑性树脂的特别的实例类别包括尼龙、热塑性聚酯、聚芳基醚酮和聚碳酸酯树脂。已经预期在航空应用中使用的高性能热塑性树脂的特定实例包括聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚苯硫醚(PPS)。相比而言，一旦完全固化为硬的刚性固体，热固性树脂就在加热时不经历明显的软化，而是在充分加热时热分解。热固性树脂的特别的实例包括环氧树脂、双马来酰亚胺(BMI)和聚酰亚胺树脂。
如前所述，可能需要由例如CMC或PMC材料等复合材料形成热气体路径78内或限定热气体路径78的组件，例如喷气排气喷嘴区段32。常常，由复合材料形成的组件需要特定形状或样式的特征，例如连接特征，比如沉孔，以允许复合组件连接到另一组件。举例来说，喷气排气喷嘴区段32可包括排气壳体，以及优选地连接到排气壳体的复合排气衬垫。因此，必须在复合排气衬垫中限定一个或多个特征用于将衬垫连接到壳体。代替于在制造衬垫之后将此类特征机械加工到复合排气衬垫中，使用本文中所描述的技术方案，这些特征可在制造工艺期间形成于衬垫中。
现在参看图2到7，将更详细地描述用于形成复合组件中的特征的组合件和方法。如先前所提及，复合组件通常可通过以所要形状叠置例如CMC叠层或PMC叠层等复合材料的叠层且使叠层固化以形成复合组件来形成。通常，复合叠层叠置在工具或模具上以帮助限定所要形状。如图3中所描绘，在示范性实施例中，上面可叠置多个复合叠层102的基底工具100包括帮助限定复合组件90的一个或多个特征的一个或多个凹口104。如图3A所示，第一凹口104a可经配置用于限定复合组件90(图2)中的沉孔特征106，而图3B中说明的第二凹口104b可经配置用于限定复合组件90(图2)中的埋头孔特征108。其它凹口104还可用于限定复合组件90中的额外和/或不同特征。举例来说，所述特征可为长椭圆形或多边形和/或相对于复合组件的一个或多个中心线或轴线偏斜或倾斜。此外，所述特征可以是用于将复合组件定位在组合件内的一个或多个特征，例如用于将排气衬垫定位在排气组合件内的一个或多个定位特征。
图3、3A和3B进一步说明复合叠层102叠置于基底工具100的近侧表面100a上；基底工具100还包括与近侧表面100a相对的远侧表面100b。一旦所述多个复合叠层102叠置于基底工具100上，就可使特征形成工具110接触支撑于基底工具100上的所述多个复合叠层102。特征形成工具110包括具有用于形成复合组件的一个或多个特征的一个或多个插入件或凸起部分114的片材112，所述一个或多个特征例如图2中描绘的沉孔特征106和埋头孔特征108。举例来说，在所说明的示范性实施例中，第一插入件114a(图3A)被配置成限定沉孔特征106，且第二插入件114b(图3B)被配置成限定埋头孔特征108。片材112可由第一材料116形成，且所述一个或多个插入件可由比第一材料硬的第二材料118形成。在示范性实施例中，第一材料116为硅酮，使得片材112由硅酮形成且插入件114由比硅酮硬的材料118形成，例如插入件114由具有比硅酮大的肖氏硬度的金属、聚合物或弹性体形成。此外，如图3B中所说明，基底工具100可包括一个或多个对准特征101，其帮助使片材112和插入件114与基底工具100和凹口104对准。
如图4A、4B、4C和4D中所展示，多种插入件114或插入件配置可用于特征形成工具110中。参考图4A，在一些示范性实施例中，插入件114可由与片材112相同的材料形成。也就是说，片材112和所述一个或多个插入件114可由第一材料116形成，该第一材料在示范性实施例中可以是硅酮。在此类实施例中，插入件114可被称为凸起部分114，其中部分114从片材112的表面122突出或延伸。转向图4B，在其它示范性实施例中，插入件114由第二材料118形成，而片材112由第一材料116形成。在图4B中所说明的实施例中，插入件114具有背朝片材112的表面122延伸且相对于片材112的表面122不成平面的侧部120，即，侧部120不平行于片材表面122的平面或不在片材表面122的平面内。片材112的第一材料116沿着插入件114的侧部120部分地延伸。在例如图4C中描绘的其它实施例中，片材112的第一材料116沿着插入件114的侧部120完全或充分延伸，即延伸到相对于片材表面122平行的插入件114的表面124。应了解，大体截头圆锥体形状的插入件114可具有背朝片材表面122延伸的一个非平面侧部120，但具有其它形状的插入件114可具有背朝片材表面122延伸的一个以上非平面侧部120，且第一材料116可沿着侧部120中的至少一个部分或完全延伸。转向图4D，在另外其它实施例中，插入件114是第二材料118的薄盘，且第一材料116沿着薄盘插入件114的周界P完全延伸到大体平行于片材表面122的插入件表面124。如图4D所示，插入件114的周界P背朝片材112的表面122延伸且相对于片材112的表面122不成平面。当然，图4A、4B、4C和4D中说明的插入件114仅借助于实例，且特征形成工具110还可包括具有其它形状和/或配置的插入件114。
图4A、4B、4C和4D进一步说明特征形成工具110包括片材112和从片材112突出的插入件114之间的过渡区域126。更确切地说，在每一实施例中，特征形成工具110逐步地且平稳地从平面片材表面122过渡到背朝表面122延伸的插入件114。此外，在片材112的第一材料116如图4B所示沿着插入件侧部120部分延伸的情况下，沿着侧部120延伸的第一材料116的深度相对薄例如以随着特征形成工具110沿着插入件侧部120从片材112的第一材料116过渡到插入件114的第二材料118而避免过渡区域126中的阶梯。也就是说，沿着侧部120延伸的第一材料116的相对薄层大体平稳地过渡到插入件114的第二材料118，借此避免由第一材料116和第二材料118限定的平行于侧部120的表面中的阶梯。
现在转而参看图5A和5B，复合组件的特征还可包括一个或多个孔隙128，例如可大体在沉孔特征106和/或埋头孔特征108(图2)的中心中形成孔隙128，即，使得孔隙128的中心线CLA与特征106、108的中心线CLF相同，或孔隙128可形成于复合组件90中或形成为复合组件90的另一特征。参看图5A，在一个实施例中，基底工具100包括加工孔隙130，其从基底工具100的远侧表面100b延伸到凹口104中的一个，例如第一凹口104a。更确切地说，加工孔隙130从基底工具远侧表面100b处的远端130b延伸到凹口104a处的近端130a。加工孔隙130具有中心线CLT，其与特征中心线CLF共同延伸或相同。由此，基底工具100中的加工孔隙130可用于大体在待由凹口104和特征形成工具110限定的特征的中心部分形成孔隙128。
在图5A中，多个复合叠层102叠置于基底工具100上在加工孔隙130上方。如图5B所示，例如打孔机工具等孔隙形成工具132可穿过加工孔隙130插入以在叠置在基底工具100上的复合叠层102中形成或冲压孔隙128。举例来说，孔隙形成工具132具有用于切穿叠层102的尖端134a；尖端134a与平头远端134b相对。例如砧座等止挡件136可抵靠着复合叠层102与凹口104a相对定位，即抵靠着叠层102的最外表面102a定位。工具132的尖端134a被驱动穿过叠层且抵靠着止挡件136以形成孔隙128。举例来说，止挡件136帮助随着孔隙128形成于叠层102中而防止叠层102的变形、撕裂、起皱等。由此，止挡件136优选地具有足够重量以抵抗孔隙形成工具132抵靠着止挡件136的冲击，且具有抵靠着叠层102定位的表面138，其不粘住叠层102且不使工具132的尖端134a变钝。应理解，由工具132形成的孔隙128的中心线CLA大体上与加工孔隙130的中心线CLT以及特征106的中心线CLF共同延伸。相应地，孔隙128还可帮助例如通过使每一插入件114的中心线与孔隙中心线CLA对准而使特征形成工具与复合叠层102对准，孔隙128可帮助使特征形成工具110的每一插入件114与复合叠层102对准使得插入件114可恰当地导引叠层102进入基底工具凹口104。
图6说明用于形成叠置在基底工具100上的复合叠层102中的孔隙128的其它示范性结构。在一些实施例中，具有尖端142的杆柄140连接到止挡件136。杆柄140的尖端142插入穿过叠置于基底工具100上的叠层102并且进入加工孔隙130。孔隙形成工具132配合在杆柄140上方并且进入加工孔隙130。具有第一臂144a和第二臂144b的导引工具144抵靠着工具132的远端134b和位于杆柄140的尖端142附近的环管146定位。环管146可能不完全环绕杆柄140，而是例如可为部分环绕杆柄的C形夹具等。当致动时，例如当受挤压时，导引工具144的第二臂144b背朝基底工具100沿第二方向D2推动杆柄140，且导引工具144的第一臂144a朝向叠置在基底工具100上的复合叠层102沿第一方向D1推动孔隙形成工具132。因此，导引工具144抵靠着止挡件136驱动孔隙形成工具132的尖端134a，如上文相对于图5B所描述，以形成叠层102中的孔隙128。应了解，环管146因此提供一表面，导引工具第二臂144b可抵靠着所述表面如同第一臂144a抵靠着孔隙形成工具132的远端134b起作用那样起作用，且第一方向D1为与第二方向D2大体相反。
图7提供说明根据示范性实施例用于形成复合组件中的特征的方法的流程图。示范性方法700可用于形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件，即组件中限定的特征，而无需在处理复合材料102之后对组件中的特征进行机械加工。如图7中的702处所示，示范性方法700包括在具有凹口104的基底工具100上沉积复合材料102，例如如图3、3A和3B中所展示。在一些实施例中，复合材料102呈多个复合叠层102的形式，所述复合叠层如上文大体描述可由具有嵌入于加强材料内的复合基质材料的复合带形成且可叠置在基底工具100上。在其它实施例中，复合材料102呈除复合叠层以外的形式，且例如可喷射或以其它方式沉积于基底工具100上。
如图7中的704处所说明，在复合材料102沉积于基底工具100上之后，一个或多个孔隙128可形成于复合材料102中，如相对于图5A、5B和6所描述。举例来说，孔隙形成工具132可插入穿过基底工具100中的加工孔隙130，且接着被驱动穿过基底工具100上的复合材料102且抵靠着止挡件136。孔隙形成工具132可具有随着工具被驱动穿过材料而在复合材料102中形成孔隙128的尖端134a。在其它实施例中，确切地说在复合材料102为多个复合叠层的情况下，可在每一叠层102中切割孔隙128，随后将叠层叠置在基底工具100上，使得每一叠层102中的孔隙128在叠层102叠置在基底工具100上时对准。此外，如先前描述，每一孔隙128的中心线CLA可与相应特征106、108等的中心线CLF相同，使得孔隙128可帮助使特征形成工具与基底工具凹口104对准。
接下来，使特征形成工具110接触复合材料102，如706处所示。如上文所描述，特征形成工具110包括用于形成复合组件的一个或多个特征的一个或多个插入件114，例如具有一个或多个沉孔106、埋头孔108、定位或其它特征的发动机排气衬垫。使特征形成工具110接触基底工具100上的复合材料102，使得工具110的插入件114推动或导引复合材料102进入基底工具100中限定的凹口104，如图3A和3B中大体展示。
随后，如图7中708处所示，袋125可密封在特征形成工具110和复合材料102周围，其中特征形成工具110保持接触复合材料102。也就是说，特征形成工具110和复合材料102可经装袋以供例如在高压釜中处理，如所属领域中一般已知。在一示范性实施例中，在工具110接触复合材料102的情况下将工具110和复合材料102装袋包括将工具110和材料102围封或包入真空袋125内，所述真空袋例如由任何合适的材料形成的柔性囊等。可在真空袋125内经由真空端口抽取真空，所述真空端口连接到真空泵例如以从材料102移除空气和挥发物。在一些实施例中，可省略袋125，例如，其中特征形成工具110将复合材料102恰当地密封在特征形成工具110和基底工具100之间，使得方法700不包括将袋125密封在特征形成工具110和基底工具100上的复合材料102周围。
接下来，如图7中的710处所描绘，在特征形成工具110接触复合材料102的情况下，复合材料102经处理，例如经压制和高压处理或更一般地说经压实和/或处理以减小孔隙度。经处理的复合材料形成具有通过特征形成工具插入件114和基底工具凹口104之间的交互形成的特征的生坯状态复合组件(green state composite)。举例来说，生坯状态复合组件已经压制和固化但可能保持形成复合材料的过程中使用的一些溶剂，且还可能包括复合材料中的一些空隙。如图7中的712和714处所示，在处理之后，袋125(如果使用的话)和特征形成工具110从生坯状态复合组件移除，且接着生坯状态复合组件经历表面工艺处理(finish process)以产生具有一个或多个特征的复合组件90，所述一个或多个特征例如沉孔特征106和/或埋头孔特征108。
生坯状态组件的表面工艺处理可包括取决于复合材料102的类型可能在方法700的不同实施方案之间不同的一个或多个工艺。举例来说，在复合材料102为CMC材料的情况下，如图7中的714处所示的表面工艺处理可包括点火(或燃烧)和致密化。更具体地说，生坯状态复合组件可经点火以产生经点火复合组件，例如移除了袋125和/或特征形成工具110的生坯状态复合组件可放置于锅炉中以燃烧形成CMC叠层的过程中使用的任何溶剂且分解溶剂中的结合剂。随后，经点火复合组件可致密化，例如经点火CMC组件可与硅一起放置于锅炉中以将叠层的陶瓷基前驱体转换为CMC组件的基质的陶瓷材料。由于燃烧/点火期间结合剂的分解，硅熔融且浸渗与基质形成的任何孔隙；硅对CMC组件的熔融浸渗使CMC组件致密化。然而，可使用任何已知致密化技术执行致密化，包括(但不限于)Silcomp、熔融-浸渗(MI)、化学蒸汽浸渗(CVI)、聚合物浸渗和裂解(PIP)以及氧化物/氧化物工艺。在一个实施例中，致密化和点火可在真空锅炉或惰性气氛中进行，所述惰性气氛具有1200℃以上的温度下建立的气氛以允许硅或另一适当材料(或多种材料)熔融浸渗到组件中。任选地，如图7中的716处所示，在表面工艺处理之后，复合组件可按需要进行表面工艺机械加工(finishmachined)和/或用例如环境屏障涂层(EBC)或热屏障涂层(TBC)等一个或多个涂层涂覆。
现在转而参看图8A、8B和9，将更详细地描述用于形成复合组件中的特征的其它组合件和方法。如图8A中所描绘，在示范性实施例中，基底工具200包括与远侧表面200b相对的近侧表面200a、以及近侧表面200a中限定的一个或多个凹口204。多个复合叠层102可叠置在基底工具200的近侧表面200a上使得所述一个或多个凹口204帮助限定由叠层102形成的复合组件90的一个或多个特征。举例来说，一个凹口204可经配置用于限定复合组件90(图2)中的沉孔特征106，而另一凹口204可经配置用于限定复合组件90(图2)中的埋头孔特征108。还可使用其它凹口204来限定复合组件90中的额外和/或不同特征，例如用于将复合组件定位在组合件内的一个或多个特征。
可使特征形成工具210接触支撑于基底工具200上的所述多个复合叠层102。特征形成工具210包括框架212，其支撑用于形成复合组件90的一个或多个特征的一个或多个形成部件214。如图8A中所说明，基底工具200可包括一个或多个对准特征201，其帮助使框架212和形成部件214与基底工具200和凹口204对准。更确切地说，对准特征201可以是背朝基底工具200伸出的壁，且框架212可包括唇缘211和凹槽213。当框架212朝向基底工具200降低时，唇缘211抵靠着对准特征201的外表面201a配合使得对准特征201接纳在凹槽213中。因此，框架212和基底工具200可各自包括用于使特征形成工具210与基底工具200对准的一个或多个特征。此外，如图8A所示，框架212可例如使用一个或多个螺栓或螺丝215等固定到基底工具200以将特征形成工具210相对于基底工具200维持在适当位置。
参看图8B，每一形成部件214包括轴杆216，其延伸穿过框架212且第一端216a与第二端216b相对。当特征形成工具210经定位以接触所述多个复合叠层102时，第二端216b定位于框架212和所述多个复合叠层102之间。在描绘的实施例中，轴杆216具有长度L和直径D。优选地，轴杆长度L与轴杆直径D的比率足够大以相对于复合叠层102导引形成部件214。更确切地说，轴杆长度L应足以在形成部件214经部署以将复合叠层102按压到凹口204中时导引形成部件214。
此外，每一形成部件214包括轴杆216的第二端216b处的特征形成头部218，以及定位于框架212和特征形成头部218之间的偏置部件220。例如弹簧等偏置部件220朝向所述多个复合叠层102推进特征形成头部218以将叠层102按压到凹口204中。如图8A和8B中所展示，凹口204具有与形成部件214的特征形成头部218的形状互补的形状，使得凹口204和形成部件214一起帮助限定复合组件90的所述一个或多个特征。
轴杆216的第一端216a背朝叠置的复合叠层102延伸超出框架212。环管222环绕或围绕轴杆第一端216a，且螺帽或其它固定机构226可用于将环管222固持在轴杆216上的适当位置。楔状物224可定位于框架212和环管222之间，如相对于图8A的最左形成部件214所示。楔状物224背朝所述多个复合叠层102固持特征形成头部218，例如直至特征形成工具210经定位用于抵靠着叠层102降低特征形成头部218。作为一个实例，每一楔状物224背朝复合叠层102固持特征形成头部直至框架212与基底工具200的对准特征201对准。如相对于图8A的其它形成部件214和图8B的增大的形成部件214所说明，每一楔状物224定位在环管222和框架212之间的间隙G内。间隙G可经设定大小使得当移除楔状物224时，推动特征形成头部218接触复合叠层102，而无需将过多力施加到叠层102，即无需过分挤压或压制叠层102。也就是说，间隙G可经设定大小以允许特征形成头部218将复合叠层102移位到凹口204中，但仍限制施加到叠层的力的量以避免以其它方式使叠层102变形。或者或另外，偏置部件220可经选择或设定大小以避免以过多力使特征形成头部218偏置到复合叠层102中。举例来说，在偏置部件220为弹簧的情况下，弹簧可经选择使得弹簧应变率足以将复合叠层102移位到凹口204中，而不会以其它方式使叠层102变形。
形成部件214也可以其它方式配置。举例来说，轴杆216可带螺纹使得轴杆216与框架212螺纹式啮合。通过相对于框架212转动或旋转轴杆216，轴杆216可朝向或背朝基底工具200和叠置在基底工具200上的复合叠层102移动。应了解，轴杆216可旋转一定量以将特征形成头部218相对于叠层102和基底工具200设定到所需深度，使得头部218不会过分挤压、压制叠层102或将过多力施加到叠层102，如上文所描述。此外，特征形成头部218可连接到轴杆216使得头部218围绕沿着轴杆长度L延伸的轴杆216的轴线自由旋转。也就是说，特征形成头部218可相对于轴杆216旋转，使得随着轴杆216经旋转以移动头部218使其接触叠层102且将叠层102推动到凹口204中，特征形成头部218不会扭曲或以其它方式旋转移位复合叠层102。也可使用移位形成部件214以将复合叠层102按压到基底工具凹口204中的其它配置和构件。
参看图9，提供说明根据示范性实施例用于形成复合组件中的特征的方法的流程图。示范性方法900可用于形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件，即组件中限定的特征，而无需在处理复合材料102之后对组件中的特征进行机械加工。如图9中的902处所示，示范性方法900包括将复合材料102沉积在具有凹口204的基底工具200上，例如图8A和8B中所展示。在一些实施例中，复合材料102呈多个复合叠层102的形式，所述复合叠层如上文大体描述可由具有嵌入于加强材料内的复合基质材料的复合带形成且可叠置在基底工具200上。在其它实施例中，复合材料102呈除复合叠层以外的形式，且例如可喷射或以其它方式沉积于基底工具200上。
如图9中的904处所说明，在复合材料102沉积于基底工具200上之后，一个或多个孔隙128可形成于复合材料102中，如相对于图5A、5B和6所描述。举例来说，孔隙形成工具132可插入穿过基底工具200中的加工孔隙(未图示)，且接着被驱动穿过基底工具200上的复合材料102且抵靠着止挡件136。孔隙形成工具132可具有随着工具被驱动穿过材料而在复合材料102中形成孔隙128的尖端134a。在其它实施例中，确切地说在复合材料102为多个复合叠层的情况下，可在每一叠层102中切割孔隙128，随后将叠层叠置在基底工具200上，使得每一叠层102中的孔隙128在叠层102叠置在基底工具200上时对准。此外，如先前描述，每一孔隙128的中心线CLA可与相应特征106、108等的中心线CLF相同，使得孔隙128可帮助使特征形成工具与基底工具凹口104对准。
在一些实施例中，类似于图3A和3B中展示的袋125的袋随后可密封在复合材料102周围，如图9中的906处所示。也就是说，复合材料102可装袋以供例如在高压釜中处理，如所属领域中一般已知。举例来说，将复合材料102装袋包括将材料102围封或包入在真空袋内，所述真空袋例如由任何合适的材料形成的柔性囊等。可在真空袋内经由真空端口抽取真空，所述真空端口连接到真空泵例如以从复合材料102移除空气和挥发物。在一些实施例中，可省略袋，使得方法900不包括将袋125密封在基底工具200上的复合材料102周围。
接下来，如908处所示，特征形成工具210经部署以将复合材料102按压到基底工具凹口204中以形成复合组件的特征。更确切地说，使特征形成工具210接触密封在复合材料102周围的袋，或者，如果省略袋，那么使所述特征形成工具接触基底工具200上的复合材料102。如上文所描述，特征形成工具210包括框架212，其支撑用于形成复合组件90的一个或多个特征的一个或多个形成部件214。可使用基底工具200的对准特征201使框架212与基底工具200对准，使得每一形成部件214的特征形成头部218可降低到复合材料102上方的真空袋上或直接降低到复合材料102上以将材料102导引到基底工具200的凹口204中。可例如通过移除背朝复合材料102固持头部218的楔状物224使得偏置部件220将头部218推动成直接或经由真空袋间接接触复合材料102来降低特征形成头部218，如上文所描述。在其它实施例中，每一形成部件214的轴杆216可经旋转以降低特征形成头部218，且使头部218直接或间接接触复合材料102，如先前更详细地描述。
随后，如图9中的910处所描绘，在特征形成工具210将复合材料102按压到基底工具凹口204中的情况下，处理所述多个复合材料102，例如压制和高压处理或更一般地说压实和/或处理以减小孔隙度。经处理的复合材料形成具有通过形成部件214和基底工具凹口204之间的交互形成的特征的生坯状态复合组件。如图9中的912和914处所示，在处理之后，袋(如果使用的话)和特征形成工具210从生坯状态复合组件移除，且接着生坯状态复合组件经历表面工艺处理以产生具有一个或多个特征的复合组件90，所述一个或多个特征例如沉孔特征106和/或埋头孔特征108。如上文相对于图7中说明的方法700所描述，生坯状态复合组件的表面工艺处理可包括可能取决于方法900中使用的复合材料102的类型而不同的一个或多个工艺。在一个实施例中，在复合材料102为CMC材料的情况下，图9中的914处的表面工艺处理包括点火(或燃烧)生坯状态复合组件以产生经点火复合组件，继之以经点火复合组件的致密化以产生所述复合组件。点火和致密化过程可类似于上文相对于方法700描述的过程。此外，如图9中的916处所示，在表面工艺处理之后，复合组件任选地可按需要进行表面工艺机械加工和/或用例如环境屏障涂层(EBC)或热屏障涂层(TBC)等一个或多个涂层涂覆。
现在转而参看图10A到11F，将更详细地描述形成复合组件中的特征的其它组合件和方法。如图10A中所描绘，在类似于图3、3A、3B、8A和8B中说明的实施例的示范性实施例中，基底工具300包括与远侧表面300b相对的近侧表面300a，以及近侧表面300a中限定的一个或多个凹口304。多个复合叠层102可叠置在基底工具300的近侧表面300a上使得所述一个或多个凹口304帮助限定由叠层102形成的复合组件90的一个或多个特征。举例来说，一个凹口304可经配置用于限定复合组件90(图2)中的沉孔特征106，而另一凹口304可经配置用于限定复合组件90(图2)中的埋头孔特征108。其它凹口304还可用于限定复合组件90中的额外和/或不同特征，例如一个或多个定位或其它特征。
可通过插入特征形成工具310穿过形成于如上文相对于图5A、5B和6所描述的叠层102中的孔隙128而使特征形成工具310接触支撑于基底工具300上的所述多个复合叠层102。更确切地说，特征形成工具310包括杆柄312和特征形成头部314。杆柄具有与梢端312b相对的头端312a；特征形成头部314从头端312a延伸。杆柄312和特征形成头部314可一体成型为单件特征形成工具310，或特征形成头部314可连接或连接到杆柄312。特征形成头部314具有与基底工具300的凹口304的形状互补的形状，使得凹口304和特征形成头部314一起帮助限定复合组件90的所述一个或多个特征。
如图10A、10B和10C的示范性实施例中所说明，特征形成头部314包括由第一材料316形成的盖帽315，而特征形成工具310的剩余部分由第二材料318形成。如先前相对于第一和第二材料116、118描述，第二材料318可比第一材料316硬。在示范性实施例中，第一材料316为硅酮，使得盖帽315由硅酮形成，且特征形成头部314的剩余部分和杆柄312由比硅酮硬的材料318形成，所述材料318例如具有比硅酮大的肖氏硬度的金属、聚合物或弹性体。如图10A、10B和10C中进一步说明，盖帽315优选地具有限定特征形成头部314的最大周界的窄边缘315a。窄边缘315a定位在通过特征形成头部314按压到凹口304中的复合叠层102的一部分和叠置在基底工具300上而未按压到凹口304中的复合叠层102的一部分之间的过渡区域320处。用以形成盖帽315的相对较软第一材料316可帮助复合叠层102在过渡区域320中平稳地过渡到凹口304中，例如盖帽315可帮助防止特征形成工具310周围叠层102的卷曲、起皱等。此外，窄边缘315a在袋密封在叠层102上方的情况下帮助保持复合叠层102平滑，如下文更详细描述。
具体参看图10C，基底工具300包括从基底工具300的远侧表面300b延伸到凹口304的加工孔隙330，类似于上文相对于图5A、5B和6描述的加工孔隙130。更确切地说，加工孔隙330从基底工具远侧表面300b处的远端330b延伸到凹口304处的近端330a，且加工孔隙330具有中心线CLT。如图10C所示，特征形成工具310沿着加工孔隙中心线CLT和孔隙中心线CLA居中，使得特征中心线CLF与加工孔隙和复合孔隙中心线CLT、CLA共同延伸或沿着加工孔隙和复合孔隙中心线CLT、CLA对准。应了解，基底工具300中的加工孔隙330可用于大体上在待由凹口304和特征形成工具310形成的特征的中心中形成孔隙128。此外，如上文所描述，在每一孔隙128的中心线CLA与相应特征106、108等的中心线CLF大体上相同的情况下，孔隙128可帮助使特征形成工具310与基底工具凹口304对准。
此外，在一些实施例中，例如O形环等密封件322定位在加工孔隙330中邻近凹口304处，例如以在特征形成工具310的杆柄312周围提供密封件。更具体地说，在一些实施例中，预浸体复合叠层102可至少部分湿润，例如浸渍纤维的浆料组合物可至少部分为液体或流体。由此，尤其当使特征形成工具310接触复合叠层102以将叠层按压到凹口304中时，浆料可能往往会流入加工孔隙330。密封件322帮助防止浆料或预浸体的其它组分随着特征形成工具310将复合叠层102按压到凹口304中而渗泌、流动、滴落或以其它方式行进到加工孔隙330中。
图11A到11F说明根据示范性实施例用于形成复合组件中的特征的另一组合件。如图11A中所展示，多个复合叠层102可叠置在基底工具300的近侧300a上，如相对于图10A、10B和10C所描述。基底工具300包括凹口304，以及从凹口304处的近端330a延伸到基底工具远侧表面300b处的远端330b的加工孔隙330。复合叠层102叠置在基底工具300上使得叠层102覆叠在凹口304上。
如图11B中所描绘，孔隙形成工具332可用于形成支撑于基底工具300上的复合叠层102中的孔隙128。更确切地说，孔隙形成工具332可以是插入到加工孔隙330的远端330b中的锥子等。随着孔隙形成工具332插入穿过加工孔隙330，工具332的尖端332a刺穿所述多个复合叠层102，且随着工具轴334插入穿过叠层102，工具332的轴334形成孔隙128。工具332的与尖端332a相对的手柄端332b提供夹持孔隙形成工具332以提供操纵的区域，例如插入到并且穿过加工孔隙330且进入所述多个复合叠层102。
参看图11C，在描绘的实施例中，孔隙形成工具332的尖端332a为可装卸式。由此，在尖端332a刺穿复合叠层102且轴334插入穿过叠层102以形成叠层中的孔隙128之后，移除尖端332a，同时孔隙形成工具332的轴334保持接触叠层102。随后，如图11D所示，特征形成工具310连接到工具332的轴334。也就是说，特征形成工具杆柄312的梢端312b被配置成连接到孔隙形成工具332的轴334。孔隙形成工具332随后经由加工孔隙330缩回或抽出以将特征形成工具310移动成接触所述多个复合叠层102。确切地说，特征形成工具310的杆柄312导引到基底工具300中的加工孔隙330中，且特征形成头部314将复合叠层102导引到凹口304中直至叠层102和头部314安放在凹口304内。应了解，特征形成头部314可如上文相对于图10A、10B和10C描述而配置，例如特征形成头部314可包括由第一材料316形成且具有窄边缘315a的盖帽315，而头部314的剩余部分由第二材料318形成。
一旦所述多个复合叠层102被导引到凹口304中使得叠层102截留在基底工具300和特征形成工具310之间，孔隙形成工具332就脱离。如图11E所示，在孔隙形成工具332脱离特征形成工具310之后，特征形成工具310保持接触复合叠层102。最后，在一些实施例中，如图11F中所说明，在特征形成工具310接触叠层102的情况下，袋125可密封在复合叠层102周围。接着可处理所述多个复合叠层102和特征形成工具310，如下文更详细描述。
使用孔隙形成工具332导引特征形成工具310使其接触所述多个复合叠层102在一些实施例中可能是有用的。举例来说，如上文所描述，复合叠层102通常可能例如归因于用于形成预浸体叠层的浆料而为湿润或粘性的，这可能使得难以导引特征形成工具310穿过叠层102中的孔隙128且进入加工孔隙330。相应地，将特征形成工具310连接到已经定位在孔隙128和加工孔隙330内的孔隙形成工具332可简化相对于叠层102和基底工具300将特征形成工具310导引到适当位置。然而，在其它实施例中，孔隙形成工具332的尖端332a可能不是可装卸式。在此类实施例中，孔隙形成工具332可用于形成复合叠层102中的孔隙128，如上文大体描述，且接着可例如通过经由加工孔隙330缩回工具332而从叠层102和基底工具300移除工具332。接下来，特征形成工具310在未连接到孔隙形成工具332的情况下可插入穿过复合叠层102且进入基底工具300，直至特征形成头部314将叠层102导引到基底工具凹口304中以将叠层102和头部314安放在凹口304中。组合件，即工具310和叠层102随后可经装袋和/或处理，如下文更详细描述。
转向图12，提供说明根据示范性实施例用于形成复合组件中的特征的方法的流程图。示范性方法1200可用于形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件，即组件中限定的特征，而无需在处理复合材料102之后对组件中的特征进行机械加工。如图12中的1202处所示，示范性方法1200包括将复合材料102沉积在具有凹口304的基底工具300上，例如如图10A到11F中所展示。在一些实施例中，复合材料102呈多个复合叠层102的形式，所述复合叠层如上文大体描述可由具有嵌入于加强材料内的复合基质材料的复合带形成且可叠置在基底工具300上。在其它实施例中，复合材料102呈除复合叠层以外的形式，且例如可喷射或以其它方式沉积于基底工具300上。
如图12中的1204处所说明，在复合材料102沉积于基底工具300上之后，一个或多个孔隙128可形成于复合材料102中。在方法1200的一个实施例中，孔隙128可如相对于图5A、5B和6描述而形成。举例来说，孔隙形成工具132可与基底工具300中的加工孔隙330对准，经由远端330b插入到加工孔隙330中，且接着被驱动穿过基底工具300上的复合材料102。孔隙形成工具132可具有随着工具被驱动穿过材料而在复合材料102中形成孔隙128的尖端134a。最后，工具132从复合材料102移除，留下材料102中的孔隙128。在其它实施例中，确切地说在复合材料102为多个复合叠层的情况下，可在每一叠层102中切割孔隙128，随后将叠层叠置在基底工具300上，使得每一叠层102中的孔隙128在叠层102叠置在基底工具300上时对准。此外，如先前描述，每一孔隙128的中心线CLA可与相应特征106、108等的中心线CLF相同，使得孔隙128可帮助使特征形成工具与基底工具凹口304对准。
接下来，如图12中的1206处所示，特征形成工具310经部署以将复合材料102按压到基底工具凹口304中以形成复合组件的特征。更确切地说，如图10A、10B和10C中所展示，特征形成工具310的杆枘312的梢端312b插入到形成于复合材料102中的孔隙128中，使得杆柄312插入穿过复合材料102并且进入基底工具300的加工孔隙330。杆柄312借此使工具310的特征形成头部314与基底工具凹口304对准。由此，随着经由加工孔隙330抽出杆柄312且使特征形成头部314接触复合材料102，特征形成头部314将复合材料102导引和按压到凹口304中。杆柄312可牵拉到加工孔隙330中直至特征形成头部盖帽315的边缘315a接触支撑于基底工具300上的复合材料102的最外表面102a。复合材料102的最内表面102b接触基底工具300的近侧表面300a。
在方法1200的其它实施例中，可形成孔隙128，且使特征形成工具310接触复合材料102，如相对于图11A到11F所描述。举例来说，为了如图12中的1204处所示形成基底工具300上的复合材料102中的孔隙128，使具有可装卸式尖端332a的孔隙形成工具332与基底工具300中的加工孔隙330对准。工具332经由远端330b插入到加工孔隙330中，直至孔隙形成工具尖端332a刺穿经过复合材料102且工具332的轴334形成孔隙128。随后，从轴334移除尖端332a，且将特征形成工具310连接到孔隙形成工具332的轴334。接下来，如图12中的1206处所示，经由加工孔隙330往回抽出孔隙形成工具332以部署特征形成工具310从而将复合材料102按压到基底工具凹口304中以形成复合组件的特征。一旦复合材料102和特征形成头部314如图11E所示安放在凹口304内，孔隙形成工具332就脱离特征形成工具310，此时特征形成头部盖帽315的边缘315a接触复合材料102的最外表面102a，复合材料102的最内表面102b接触基底工具300的近侧表面300a。
如图12中的1208处所示，在方法1200的一些实施例中，在特征形成工具310接触复合材料的情况下，袋125可密封在复合材料102周围，如图10B和11F中所说明。也就是说，在特征形成工具310接触材料102的情况下，复合材料102可装袋以供处理。举例来说，将复合材料102装袋包括将材料102和特征形成工具310围封或包入在真空袋内，所述真空袋例如由任何合适的材料形成的柔性囊等。可在真空袋内经由真空端口抽取真空，所述真空端口连接到真空泵例如以从复合材料102移除空气和挥发物。在一些实施例中，可省略袋，使得方法1200不包括在特征形成工具310接触复合材料的情况下将袋125密封在基底工具300上的复合材料102周围。
随后，如图12中的1210处所描绘，在特征形成工具310将复合材料102按压到基底工具凹口304中的情况下，处理复合材料102，例如压制和高压处理或更一般地说压实和/或处理以减小孔隙度。经处理的复合材料形成具有由特征形成头部314和基底工具凹口304之间的交互形成的特征的生坯状态复合组件。如图12中的1212和1214处所示，在处理之后，袋(如果使用的话)和特征形成工具310从生坯状态复合组件移除，且接着生坯状态复合组件经历表面工艺处理以产生具有一个或多个特征的复合组件90，所述一个或多个特征例如沉孔特征106和/或埋头孔特征108。如上文相对于图7中说明的方法700所描述，生坯状态复合组件的表面工艺处理可包括可能取决于方法1200中使用的复合材料102的类型而不同的一个或多个工艺。在一个实施例中，在复合材料102为CMC材料的情况下，图12中的1214处的表面工艺处理包括点火(或燃烧)生坯状态复合组件以产生经点火复合组件，继之以经点火复合组件的致密化以产生所述复合组件。点火和致密化过程可类似于上文相对于方法700描述的过程。此外，如图12中的1216处所示，在表面工艺处理之后，复合组件任选地可按需要进行表面工艺机械加工和/或用例如环境屏障涂层(EBC)或热屏障涂层(TBC)等一个或多个涂层涂覆。
现参看图13，在一些实施例中，加工组合件与基底工具一起使用以支撑待嵌入到复合材料中的零件。举例来说，如图13中所说明，基底工具400包括与远侧表面400b相对的近侧表面400a，且多个复合叠层102可叠置在基底工具400的近侧表面400a上。孔隙128可形成于支撑于基底工具400上的复合叠层102中，例如如上文相对于图5A、5B和6所描述。
此外，可使特征形成工具410接触支撑于基底工具400上的所述多个复合叠层102。更确切地说，加工组合件412连接到基底工具400使得销414可插入到孔隙128中且维持接触复合叠层102，即加工组合件412防止销414经由基底工具400掉落。在一些实施例中，销414被配置成内嵌于复合组件90中，例如销414可由某一材料形成，随着复合材料转移到复合组件90中，所述材料与复合材料集成。举例来说，在复合叠层102是CMC叠层102的情况下，销414可由陶瓷材料形成使得陶瓷销414内嵌于复合组件90中。在复合材料102为PMC材料102的情况下，销414可由例如金属或金属合金等金属材料形成。在其它实施例中，销414被配置成在处理复合材料之后移除使得销414不内嵌于复合组件90中，而是用于形成组件90中的沟纹特征，例如孔隙128。
加工组合件412包括定位在基底工具400中的通路418中的肩部衬套416。肩部衬套416具有与第二端416b相对的第一端416a，且限定穿过其中的开口420。第一端416a邻近于叠置在基底工具400上的所述多个复合叠层102，且第二端416b延伸穿过基底工具400并限定搁置在基底工具400的凸台424上的肩部422。凸台424从基底工具远侧表面400b延伸。在图13的示范性实施例中，凸台424带螺纹，且螺帽425旋拧到凸台424上以抵靠着凸台424固持肩部衬套416的肩部422。然而，肩部衬套416也可以其它方式固定到基底工具400，例如除螺帽以外的另一固定机构425可用于将肩部衬套416固定到基底工具400。此外，端帽426固定到肩部衬套416的第二端416b以覆盖和/或插塞第二端416b处的开口420。如所描绘的示范性实施例中所展示，端帽426可旋拧到从肩部衬套第二端416b延伸的带螺纹伸出部428，但端帽426可具有其它配置或可以其它方式固定到肩部衬套416。应了解，销414可插入穿过复合叠层102中的孔隙128且在端帽426固定在肩部衬套416的第二端416b处适当位置之后进入肩部衬套开口420，使得端帽426防止销414经由第二端416b处的开口420掉落并脱离与叠层102的接触。
加工组合件412和销414配置在复合组件90包括沿着不同向量延伸的若干销414的情况下可能尤其有用。举例来说，基底工具400可包括若干通路418，例如两个或两个以上通路418，其各自接纳加工组合件412和销414使得若干销414可内嵌于由叠置在基底工具400上的多个复合叠层102形成的复合组件90中。在一些实施例中，一个通路418和定位在其中的销414可沿着与另一通路418和销414不同的向量对准，且在其它实施例中，每一通路418和其相应销414可沿着与基底工具400的其它通路418和销414不同的向量对准且叠置。销414的不同定向可能使得难以从基底工具400移除复合组件。然而，加工组合件412例如通过以下步骤而准许从通路418移除肩部衬套416：移除将肩部衬套416固持到基底工具400的螺帽或固定机构425，以暴露较大开口(通路418)以供当从基底工具400移除复合组件时销414在其内移动。通路418的较大开口允许销414相对于基底工具400的较大移动范围，使得具有较复杂销布置(例如销414沿着若干不同向量延伸)的复合组件可从基底工具400移除。
如图13中进一步说明，特征形成工具410包括薄盘，使得使特征形成工具410接触所述多个复合叠层102包括将盘410放置在销414上方且抵靠着所述多个复合叠层102。类似于相对于图10A、10B和10C描述的特征形成头部314，薄盘形特征形成工具410可包括由第一材料428形成的边缘部分410a和由第二材料430形成的主体部分410b。如先前相对于第一和第二材料116、118描述，第二材料430可比第一材料428硬。在示范性实施例中，第一材料428为硅酮，使得边缘部分410a由硅酮形成且特征形成工具410的剩余部分(即，主体部分410b)由比硅酮硬的材料430形成，所述材料430例如具有比硅酮大的肖氏硬度的金属、聚合物或弹性体。如图13中进一步说明，边缘部分410a优选地相对窄或薄且限定特征形成工具410的最大周界。窄边缘部分410a帮助形成复合叠层102和密封在叠层102及工具410周围的袋125之间的过渡区域429，如下文进一步描述。用以形成边缘部分410a的相对较软第一材料428可帮助防止特征形成工具410周围的复合叠层102卷曲、起皱等，从而在袋125密封在叠层102上方的情况下保持复合叠层102平滑。
转向图14，在其它实施例中，加工组合件412可包括不同配置。举例来说，在图14中所描绘的实施例中，加工组合件412被配置成用于接纳可装卸式特征形成工具410而非待内嵌于复合组件90中的销414。所说明的加工组合件412包括阴模432，其限定凹口404(类似于上文描述的基底工具100、200、300中限定的凹口104、204、304)，且限定穿过其中的开口434。由此，阴模432与形成阳模的特征形成工具410互补而成形，所述阳模具有与凹口404互补而成形的特征形成头部436，和当特征形成工具410定位在加工组合件412中时延伸到阴模432中的开口434中的杆柄438。应了解，类似于相对于图14描述的肩部衬套416，阴模432可定位在基底工具400中限定的通路418内，但接纳阴模432的通路418可具有与接纳肩部衬套416的通路418不同的大小和/或横截面形状。此外，如图14中所说明，例如O形环等密封件440接纳在阴模432中限定的凹槽442中以提供阴模432和基底工具400之间的密封，例如帮助防止来自预浸体复合叠层的浆料通过基底工具400中的通路418。
加工组合件412还包括螺帽444，其在邻近于基底工具400的远侧表面400b处螺纹式啮合阴模432以将阴模432固持在基底工具400内。在其它实施例中，除螺帽外的固定机构444可用于将阴模432相对于基底工具400固持在适当位置。此外，加工组合件412包括套筒446，其经由阴模432接纳在开口434的远端部分434b中。如图14所示，开口434的近端部分434a经设定大小使得开口434紧密环绕特征形成工具410的杆柄438。远端部分434b经设定大小以接纳套筒446，所述套筒中限定杆枘438所通过的开口448。例如O形环等密封件450定位于套筒446的近端446a和阴模432之间，例如以提供特征形成工具410的杆柄438周围的密封。螺帽452螺纹式啮合阴模432以将套筒446捕获和维持在裸片开口434的远端部分434b内。当然，在其它实施例中，除螺帽外的固定机构452可用于将套筒固定在开口434内。
应理解，图14中展示的特征形成工具410的特征形成头部436将复合材料102导引和按压到凹口404中，类似于相对于图10A到11F描述的特征形成头部314。此外，类似于特征形成头部314，图14的特征形成头部436可包括由例如硅酮等第一材料形成的盖帽和/或边缘，而头部436的剩余部分由具有比第一材料大的肖氏硬度的第二材料形成。在其它实施例中，特征形成头部436可完全由第一材料或第二更硬材料形成。然而，第一较软材料至少在其中复合叠层102过渡到凹口404中的特征形成头部的边缘周围可能是优选的，例如以防止特征形成工具410周围叠层102的卷曲、起皱等和/或在袋密封在叠层102上方的情况下帮助保持叠层102平滑，如下文更详细描述。
图15提供说明根据示范性实施例用于形成复合组件中的特征的方法的流程图。示范性方法1500可用于形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件，即组件中限定的特征，而无需在处理复合材料102之后对组件中的特征进行机械加工。如图15中1502处所示，示范性方法1500包括组装加工组合件412与基底工具400，如相对于图13和14所描述。在一些实施例中，如图13中所描绘，通过将肩部衬套416插入到基底工具400中限定的通路418中，将加工组合件412与基底工具400组装在一起。随后，使用螺帽或其它固定机构425将肩部衬套416固定到基底工具400。举例来说，螺帽425旋拧到由基底工具400限定的带螺纹凸台424上以将肩部衬套416的肩部422截留在螺帽425和凸台424之间，且借此将肩部衬套416固定到基底工具400。接下来，端帽426固定在肩部衬套416的第二端416b处以在其第二端416b处覆盖或阻挡肩部衬套416中的开口。
在如图14中所说明的其它实施例中，通过将阴模432插入到基底工具400中限定的通路418中，将加工组合件412与基底工具400组装在一起。螺帽或其它固定机构444将阴模432固定到基底工具400。随后，限定穿过其中的开口448的套筒446经由阴模432插入到开口434的远端部分434b中。螺帽或其它固定机构452将套筒446固定在阴模432中的开口434内。例如O形环密封件等一个或多个密封件440、450可在阴模432和基底工具400之间和/或套筒446和阴模432之间使用。
如图15中的1504处所描绘，示范性方法1500还包括将复合材料102沉积在基底工具400和加工组合件412上，例如如图13和14中所展示。在一些实施例中，复合材料102呈多个复合叠层102的形式，所述复合叠层如上文大体描述可由具有嵌入于加强材料内的复合基质材料的复合带形成且可叠置在基底工具400上。在其它实施例中，复合材料102呈除复合叠层以外的形式，且例如可喷射或以其它方式沉积于基底工具400上。
如图15中的1506处所说明，在复合材料102沉积于基底工具400上之后，一个或多个孔隙128可形成于复合材料102中。在方法1500的一个实施例中，孔隙128可如相对于图5A、5B和6描述而形成。举例来说，参看图13，孔隙形成工具132可与穿过肩部衬套416的开口420对准，且接着被驱动穿过基底工具400上的复合材料102。孔隙形成工具132可具有随着工具被驱动穿过材料而在复合材料102中形成孔隙128的尖端134a。最后，工具132从复合材料102移除，留下材料102中的孔隙128。在其它实施例中，孔隙形成工具132可用于在端帽426定位在肩部衬套416的第二端416b上之前形成孔隙128。举例来说，孔隙形成工具132可与开口420对准，在肩部衬套416的第二端416b处插入穿过开口420，且被驱动穿过复合材料102且抵靠着止挡件136以形成孔隙128，如相对于图5A和5B所描述。在另外其它实施例中，导引工具144可用于形成孔隙128，如相对于图6所描述。在孔隙128形成于复合材料102中之后，端帽426可固定到肩部衬套416，如上文所描述。此外，应了解，孔隙128还可如相对于图11A到11F所描述而形成，且针对图14中展示的实施例，孔隙128可形成于复合材料102中，如相对于图5A、5B、6或11A到11F所描述。在另外其它实施例中，确切地说在复合材料102为多个复合叠层的情况下，可在每一叠层102中切割孔隙128，随后将叠层叠置在基底工具400上，使得每一叠层102中的孔隙128在叠层102叠置在基底工具400上时对准。此外，如先前描述，每一孔隙128的中心线CLA可与相应特征106、108等的中心线CLF相同，使得孔隙128可帮助使特征形成工具与一个或多个基底工具凹口104对准。
接下来，如图15中的1508处所示，特征形成工具410经部署以将销414按压在适当位置，如相对于图13所描述，或将复合材料102按压到凹口404中，如相对于图14所描述，且借此形成复合组件的一个或多个特征。更确切地说，如图13的示范性实施例中所展示，部署特征形成工具410包括将销414插入穿过复合材料102中的孔隙128并且进入肩部衬套416中的开口420，且接着将大体盘形特征形成工具410放置在销414上方。或者，如图14的示范性实施例中所展示，部署特征形成工具410包括将特征形成工具410的杆柄438插入到形成于复合材料102中的孔隙128中，使得杆柄438插入穿过材料102并且进入阴模432中的开口434。杆柄438借此使工具410的特征形成头部436与阴模432中限定的凹口404对准。由此，随着杆柄438推进穿过开口434且使特征形成头部436接触复合材料102，特征形成头部436将复合材料102导引和按压到凹口404中。杆柄438可牵拉到开口434中直至特征形成头部436的边缘接触支撑于基底工具400上的复合材料102的最外表面102a。复合材料102的最内表面102b接触基底工具400的近侧表面400a。
如图15中的1510处所示，在方法1500的一些实施例中，在特征形成工具410接触复合材料的情况下，袋125可密封在复合材料102周围，如图13和14中所说明。也就是说，在特征形成工具410接触材料102的情况下，复合材料102可装袋以供处理。举例来说，将复合材料102装袋包括将材料102和特征形成工具410围封或包入在真空袋内，所述真空袋例如由任何合适的材料形成的柔性囊等。可在真空袋内经由真空端口抽取真空，所述真空端口连接到真空泵例如以从复合材料102移除空气和挥发物。在一些实施例中，可省略袋，使得方法1500不包括在特征形成工具410接触复合材料的情况下将袋125密封在基底工具400上的复合材料102周围。
随后，如图15中的1512处所描绘，在特征形成工具410接触复合材料102的情况下，复合材料102经处理，例如经压制和高压处理或更一般地说经压实和/或处理以减小孔隙度。经处理的复合材料形成具有特征的生坯状态复合组件，所述特征是通过例如嵌入在其中的销414或特征形成头部436和凹口404之间的交互而形成。如图15中的1514和1516处所示，在处理之后，袋(如果使用的话)和特征形成工具410从生坯状态复合组件移除，且接着生坯状态复合组件经历表面工艺处理以产生具有一个或多个特征的复合组件90，所述一个或多个特征例如嵌入式销414、沉孔特征106和/或埋头孔特征108。如上文相对于图7中说明的方法700所描述，生坯状态复合组件的表面工艺处理可包括可能取决于方法1500中使用的复合材料102的类型而不同的一个或多个工艺。在一个实施例中，在复合材料102为CMC材料的情况下，图15中的1516处的表面工艺处理包括点火(或燃烧)生坯状态复合组件以产生经点火复合组件，继之以经点火复合组件的致密化以产生所述复合组件。点火和致密化过程可类似于上文相对于方法700描述的过程。此外，如图15中的1518处所示，在表面工艺处理之后，复合组件任选地可按需要进行表面工艺机械加工和/或用例如环境屏障涂层(EBC)或热屏障涂层(TBC)等一个或多个涂层涂覆。
图16A和16B说明可用于形成复合组件中的一个或多个特征的其它加工组合件。在所描绘实施例中，加工组合件500包括主要工具502和包括两个或两个以上片段的分段工具504。第一片段504a在图16A和16B中展示，但应了解，分段工具504还包括第二片段且还可包括例如第三、第四、第五片段等额外片段。如图16A和16B中所说明，加工组合件500可用于形成具有轴向中心线ACLC的轴对称复合组件。由此，背朝中心线ACLC延伸的复合组件中形成的特征可能妨碍从上面支撑复合材料的工具或模具移除组件。为促进从支撑工具或模具移除具有形成于其中的特征的轴对称复合组件，加工组合件500包括接纳在主要工具502内的分段工具504。更确切地说，分段工具504配合在主要工具502内在其中特征待形成于复合组件中的所述一个或多个区域中。举例来说，分段工具504环绕复合材料的其中待形成沉孔106、埋头孔108或其它特征和/或孔隙128(如图16A所示)或其中销414待内嵌于复合组件中(如图16B所示)的区域。分段工具504中的片段的数目取决于其中接纳特征形成工具或销414的复合材料102中的孔隙128的数目和角间隔，以及任何沉孔或埋头孔特征106、108的拔模角。
当分段工具504的片段定位在主要工具502内时，主要工具502和分段工具504限定加工表面506。此外，例如O型环等一个或多个密封件508可定位于分段工具504的片段和主要工具502之间。此外，复合材料102可沉积于加工表面106上，例如多个复合叠层102可叠置在加工表面506上或复合材料102可以其它方式沉积于加工表面506上，例如经由喷射等。分段工具504的第一片段504a限定加工孔隙509，孔隙形成工具可插入到加工孔隙509中以形成复合材料102中的孔隙128。孔隙形成工具可类似于相对于图5B和6描述的工具132或相对于图11B、11C和11D描述的工具332；孔隙形成工具也可具有其它配置。
可使特征形成工具510接触支撑于加工组合件500上的所述多个复合叠层102。参看图16A，特征形成工具510可大体上类似于相对于图10A到11F描述的特征形成工具310或相对于图14描述的特征形成工具410而配置。更确切地说，如图16A所示，特征形成工具510包括杆柄512和特征形成头部514。杆柄512延伸穿过形成于复合叠层102中的孔隙128并且进入分段工具504的第一片段504a中限定的加工孔隙509。特征形成头部514将复合叠层102导引和按压到第一片段504a中限定的凹口516中。例如O形环密封件等一个或多个密封件518可定位于特征形成工具杆柄512和第一片段504a之间，例如以根据需要提供杆柄512和分段工具504之间的密封。此外，类似于特征形成工具310的特征形成头部314，图16A的特征形成头部514可包括由例如硅酮等第一材料形成的盖帽和/或边缘，而头部514的剩余部分由具有比第一材料大的肖氏硬度的第二材料形成。在其它实施例中，特征形成头部514可完全由第一材料或第二更硬材料形成。然而，第一较软材料至少在其中复合叠层102过渡到凹口516中的特征形成头部的边缘周围可能是优选的，例如以防止特征形成工具510周围叠层102的卷曲、起皱等和/或在袋密封在叠层102上方的情况下帮助保持叠层102平滑，如下文更详细描述。
在图16B中所描绘的实施例中，特征形成工具510定位于销414上方，类似于相对于图13描述的实施例。更具体地说，销414可插入到孔隙128中且维持接触复合叠层102，即特征形成工具510防止销414经由孔隙128回落。如相对于图13所描述，在一些实施例中，销414被配置成内嵌于复合组件90中，例如随着复合材料转移到复合组件90中，销414可由与复合材料集成的材料形成。举例来说，在复合叠层102是CMC叠层102的情况下，销414可由陶瓷材料形成使得陶瓷销414内嵌于复合组件90中。在复合材料102为PMC材料102的情况下，销414可由例如金属或金属合金等金属材料形成。在其它实施例中，销414被配置成在处理复合材料之后移除使得销414不内嵌于复合组件90中，而是用于形成组件90中的沟纹特征，例如孔隙128。
继续图16B，特征形成工具510包括形状大体上类似于图16A中说明的工具510的特征形成头部514的盘。使图16B的特征形成工具510接触所述多个复合叠层102包括将盘510放置在销414上方且抵靠着所述多个复合叠层102。随着盘510安放到凹口中，盘510将叠层102导引和按压到第一片段504a的凹口516中。此外，类似于特征形成工具310的特征形成头部314和图16A的特征形成头部514，盘510可包括由例如硅酮等第一材料形成的盖帽和/或边缘，而盘510的剩余部分由具有比第一材料大的肖氏硬度的第二材料形成。在其它实施例中，盘510可完全由第一材料或第二更硬材料形成。然而，第一较软材料至少在其中复合叠层102过渡到凹口516中的特征形成头部的边缘周围可能是优选的，例如以防止特征形成工具510周围叠层102的卷曲、起皱等和/或在袋密封在叠层102上方的情况下帮助保持叠层102平滑，如本文所描述。
图17提供说明根据另一示范性实施例用于形成复合组件中的特征的方法的流程图。示范性方法1700可用于形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件，即组件中限定的特征，而无需在处理复合材料102之后对组件中的特征进行机械加工。如相对于图16A和16B所描述，在一些实施例中，包括主要工具502和分段工具504的加工组合件500可用于支撑待形成为具有限定在其中的一个或多个特征的复合组件的复合材料。如图17中的1702处所示，在利用加工组合件500的示范性方法1700中，分段工具504的所述两个或两个以上片段必须首先安装在主要工具502内。分段工具504的所述两个或两个以上片段限定用于形成复合组件中的特征的一个或多个凹口516；例如，如图16A和16B中所说明，第一片段504a限定用于形成复合组件90中的埋头孔特征108的凹口516。
在组装加工组合件500之后，复合材料102沉积于具有凹口516的加工组合件500上，如图17中的1704处所示。在一些实施例中，复合材料102呈多个复合叠层102的形式，所述复合叠层如上文大体描述可由具有嵌入于加强材料内的复合基质材料的复合带形成且可叠置在加工组合件500上。在其它实施例中，复合材料102呈除复合叠层以外的形式，且例如可喷射或以其它方式沉积于加工组合件500上。
在复合材料102沉积于加工组合件500上之后，如图17中1706处所说明，一个或多个孔隙128可形成于复合材料102中。在方法1700的一个实施例中，孔隙128可用相对于图5A、5B和6描述的孔隙形成工具132形成。举例来说，孔隙形成工具132可与分段工具504中的加工孔隙509对准，且被驱动穿过支撑于加工组合件500上的复合材料102并且进入加工孔隙509。孔隙形成工具132可具有随着工具被驱动穿过材料而在复合材料102中形成孔隙128的尖端134a。最后，工具132从复合材料102移除，留下材料102中的孔隙128。在替代实施例中，可使用相对于图11A到11F描述的孔隙形成工具332形成孔隙128。还可以使用其它孔隙形成工具和其它形成所述一个或多个孔隙128的方式。举例来说，尤其在复合材料102为多个复合叠层的情况下，可在将叠层叠置在加工组合件500上之前在每一叠层102中切割孔隙128，使得随着叠层102叠置在加工组合件500上，每一叠层102中的孔隙128对准。此外，如先前描述，每一孔隙128的中心线CLA可与相应特征106、108等的中心线CLF相同，使得孔隙128可帮助使特征形成工具与凹口516对准。
接下来，如图17中1708处所示，特征形成工具510经部署以将复合材料102按压到凹口516中以形成复合组件的特征。在如相对于图16A所描述的一个实施例中，特征形成工具510的杆柄512插入到形成于复合材料102中的孔隙128中，使得杆柄512插入穿过材料102并且进入第一片段504a的加工孔隙509。杆柄512借此使工具510的特征形成头部514与凹口516对准。由此，随着杆枘512推进到加工孔隙509中且使特征形成头部514接触所述多个复合材料102，特征形成头部514将复合材料102导引和按压到凹口516中。杆柄512可推进到加工孔隙509中直至特征形成头部514的边缘接触支撑于加工组合件500上的复合材料102的最外表面102a。
在方法1700的其它实施例中，如图17中1708处所示部署特征形成工具510包括将销414插入穿过复合材料102并且进入加工孔隙509，且将大体盘形工具510放置在销414上方，如相对于图16B所描述。更确切地说，在销414插入到孔隙128中之后，盘形特征形成工具510定位于销414上方，且随着盘510安放到凹口中，盘510将复合材料102导引和按压到分段工具504的凹口516中。盘形特征形成工具510可安放在凹口516内，此时盘510的边缘接触支撑于加工组合件500上的复合材料102的最外表面102a。
在特征形成工具510经部署以将复合材料102按压到一个或多个凹口516中之后(如图17中1710处所示)，方法1700可包括在特征形成工具510接触材料的情况下将袋125密封在复合材料102周围，如图16A和16B中所说明。也就是说，在特征形成工具510接触材料102的情况下，复合材料102可装袋以供处理。举例来说，将复合材料102装袋包括将材料102和特征形成工具510围封或包入在真空袋内，所述真空袋例如由任何合适的材料形成的柔性囊等。可在真空袋内经由真空端口抽取真空，所述真空端口连接到真空泵例如以从复合材料102移除空气和挥发物。在一些实施例中，可省略袋，使得方法1700不包括在特征形成工具510接触复合材料的情况下将袋125密封在加工组合件500上的复合材料102周围。
随后，如图17中1712处所描绘，在特征形成工具510将复合材料102按压到分段工具504的所述一个或多个凹口516中的情况下，复合材料102经处理，例如经压制和高压处理或更一般地说经压实和/或处理以减小孔隙度。经处理的复合材料形成具有特征的生坯状态复合组件，所述特征是通过特征形成工具510和分段工具504的凹口516之间的交互而形成。在包括作为部署特征形成工具510的一部分插入销414的方法1700的实施例中，销414固定或内嵌于生坯状态复合组件中使得生坯状态复合组件包括销414。
如图17中的1714和1716处所示，在处理之后，袋125(如果使用的话)和特征形成工具510从生坯状态复合组件移除，且接着生坯状态复合组件经历表面工艺处理以产生具有一个或多个特征的复合组件90，所述一个或多个特征例如沉孔特征106和/或埋头孔特征108。如上文相对于图7中说明的方法700所描述，生坯状态复合组件的表面工艺处理可包括可能取决于方法1700中使用的复合材料102的类型而不同的一个或多个工艺。在一个实施例中，在复合材料102为CMC材料的情况下，图17中1716处的表面工艺处理包括点火(或燃烧)生坯状态复合组件以产生经点火复合组件，继之以经点火复合组件的致密化以产生所述复合组件。点火和致密化过程可类似于上文相对于方法700描述的过程。此外，如图17中的1718处所示，在表面工艺处理之后，复合组件任选地可按需要进行表面工艺机械加工和/或用例如环境屏障涂层(EBC)或热屏障涂层(TBC)等一个或多个涂层涂覆。
现在转而参看图18和19，将更详细地描述用于形成复合组件中的特征的其它组合件和方法。前述实施例大体描述限定上面沉积复合材料的一个或多个凹口的第一工具，和被迫接触复合材料(直接或间接，例如经由真空袋)以将复合材料按压到由第一工具限定的所述一个或多个凹口中的第二工具。第二工具通常具有与第一工具的所述一个或多个凹口互补而成形的一个或多个插入件或头部，使得所述插入件或头部、复合材料和所述一个或多个凹口之间的交互迫使复合材料遵循所述一个或多个凹口的形状。然而，应了解，在其它实施例中，可使用工具的相反或相对配置。也就是说，被迫接触沉积于第一工具上的复合材料的第二工具可限定所述一个或多个凹口，而第一工具限定与第二工具的所述一个或多个凹口的形状互补的一个或多个凸起特征。由此，凸起特征、复合材料和所述一个或多个凹口之间的交互迫使复合材料遵循所述一个或多个凹口的形状。相应地，前述实施例中的每一个以及图18和19的实施例说明第一工具和第二工具，所述第一工具具有一个或多个元件，例如凹口或凸起特征，其与第二工具的一个或多个元件交互以形成复合组件的一个或多个特征，所述一个或多个元件例如为凹口、插入件或形成头部。
图18说明此相反或相对配置的一个实例。类似于图8A和8B中所描绘的实施例，图18的示范性实施例说明基底工具200，其包括与远侧表面200b相对的近侧表面200a，以及从近侧表面200a延伸的一个或多个凸起特征203。多个复合叠层102可叠置在基底工具200的近侧表面200a上。可使包括轴杆216和特征形成头部218的特征形成工具210接触所述多个复合叠层102以帮助限定由叠层102形成的复合组件90的一个或多个特征，所述一个或多个特征例如沉孔特征106(图2)、埋头孔特征108(图2)、定位特征或额外和/或不同特征。更确切地说，工具210的特征形成头部218限定与基底工具200的所述一个或多个特征203互补而成形的凹口204。如图18中所展示，可使特征形成头部218接触基底工具200上的复合叠层102以将叠层102按压到凹口204中，使得凹口204和凸起特征203一起帮助限定复合组件90的所述一个或多个特征。应了解，基底工具200和特征形成工具210可具有如相对于图8A和8B更详细描述的其它特征；例如特征形成工具210可包括由框架212支撑的多个形成部件214，且基底工具200可限定用于使特征形成工具210与基底工具200对准的一个或多个对准特征201。此外，例如或大体上类似于相对于图9描述的示范性方法900的方法可用于使用图18中说明的基底工具200和特征形成工具210形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件，即组件中限定的特征，而无需在处理复合材料102之后对组件中的特征进行机械加工。然而，还可使用其它合适的方法或工艺。
图19描绘相反或相对配置的另一实例，其说明大体为图10A到11F中说明的实施例的相反或相对形式的实施例。更确切地说，图19说明基底工具300，其包括与远侧表面300b相对的近侧表面300a，以及从近侧表面300a延伸的一个或多个凸起特征303。多个复合叠层102可叠置在基底工具300的近侧表面300a上。可使包括杆柄312和特征形成头部314的特征形成工具310接触所述多个复合叠层102以帮助限定由叠层102形成的复合组件90的一个或多个特征，所述一个或多个特征例如沉孔特征106(图2)、埋头孔特征108(图2)、定位特征或额外和/或不同特征。更确切地说，工具310的特征形成头部314限定与基底工具300的所述一个或多个特征303互补而成形的凹口304。如图19中所展示，可使特征形成头部314接触基底工具300上的复合叠层102以将叠层102按压到凹口304中，使得凹口304和凸起特征303一起帮助限定复合组件90的所述一个或多个特征。应了解，基底工具300和特征形成工具310可具有如相对于图10A到11F更详细描述的其它特征；例如特征形成工具310的杆柄312的梢端312b可插入穿过复合叠层102以在其中形成孔隙，或梢端312b可经由形成于叠层102中的孔隙抽出并且进入基底工具中的孔隙以使特征形成工具310接触叠层102。此外，例如或大体上类似于相对于图12描述的示范性方法1200的方法可用于使用图19中说明的基底工具300和特征形成工具310形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件，即组件中限定的特征，而无需在处理复合材料102之后对组件中的特征进行机械加工。还可以使用其它合适的方法或工艺。
此外，尽管仅相对于基底工具200和特征形成工具210以及基底工具300和特征形成工具310描述，但应理解，在适当时可利用本文中所描述的实施例中的任一个的大体相反或相对配置以形成具有一个或多个形成于其中的特征的复合组件。此外，应了解，本文中所描述的用于形成复合组件的一个或多个特征的组合件和结构也仅借助于实例。此外，用于形成复合组件的一个或多个特征的以上方法700、900、1200、1500和1700仅借助于实例提供，所述复合组件例如为CMC或PMC组件，比如燃气涡轮发动机排气衬垫。举例来说，可利用用于将复合材料沉积在工具或加工组合件上、压制和/或固化复合材料和/或对生坯状态组件进行表面工艺处理的其它已知方法或技术。或者，这些或其它已知方法或技术的任何组合可用于形成具有限定在其中的一个或多个特征的复合组件。
此书面描述使用实例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使所属领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本公开的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果其它此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，那么此类实例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于形成复合组件中的特征的方法，其包括：
将复合材料沉积在基底工具上；
使孔隙形成工具与所述基底工具中的加工孔隙对准；
将所述孔隙形成工具插入穿过所述复合材料以形成所述复合材料中的孔隙；
部署特征形成工具以将所述复合材料按压到一个或多个凹口中，所述特征形成工具包括特征形成头部；以及
在所述特征形成工具接触所述复合材料的情况下处理所述复合材料，所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件；
其中所述特征形成头部被配置成形成所述复合组件的特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在插入所述孔隙形成工具之后且在部署所述特征形成工具之前：
从所述复合材料移除所述孔隙形成工具。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在插入所述孔隙形成工具之后且在部署所述特征形成工具之前：
从所述孔隙形成工具移除尖端，所述孔隙形成工具的轴保持接触所述复合材料；以及
将所述特征形成工具附接到所述孔隙形成工具的轴。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底工具限定所述一个或多个凹口且包括近侧表面，所述近侧表面接触叠置在所述基底工具上的所述复合材料，所述基底工具进一步包括与所述近侧表面相对的远侧表面，所述加工孔隙从所述远侧表面处的远端延伸到所述一个或多个凹口中的一个处的近端，且所述孔隙形成工具经由所述远端插入到所述加工孔隙中。
5.一种用于形成复合组件中的特征的方法，其包括：
将复合材料沉积在基底工具上；
穿过所述复合材料形成孔隙；
使特征形成工具的特征形成头部接触所述复合材料；以及
在所述特征形成头部接触所述复合材料的情况下处理所述复合材料，所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件；
其中所述特征形成工具包括延伸穿过所述复合材料并且进入所述基底工具的杆柄，且
其中所述特征形成头部被配置成形成所述复合组件的特征。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，进一步包括，在使所述特征形成头部接触所述复合材料之后且在处理所述复合材料之前：
将袋密封在所述特征形成工具和所述复合材料周围。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在所述特征形成头部接触所述复合材料的情况下处理所述复合材料之后：
从所述生坯状态复合组件移除所述特征形成工具；以及
对所述生坯状态复合组件进行表面工艺处理以产生所述复合组件。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法进一步包括，在使所述特征形成头部接触所述复合材料之前：
将所述特征形成工具插入穿过所述孔隙。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述特征形成头部包括由第一材料形成的边缘，且所述特征形成工具的剩余部分由第二材料形成，所述第二材料比所述第一材料硬。
10.一种用于形成复合组件中的特征的方法，其包括：
将复合材料沉积在加工组合件上；
穿过所述复合材料形成孔隙；
将销插入到所述孔隙中使得所述销延伸穿过所述复合材料并且进入所述加工组合件；以及
在所述销延伸穿过所述复合材料的情况下处理所述复合材料，所述经处理的复合材料形成生坯状态复合组件；
其中所述销固定在所述生坯状态复合组件中使得所述生坯状态复合组件包含所述销。
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