CN108868901B - 具有微通道的cmc部件及用于在cmc部件中形成微通道的方法 - Google Patents

具有微通道的cmc部件及用于在cmc部件中形成微通道的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108868901B
CN108868901B CN201810448666.1A CN201810448666A CN108868901B CN 108868901 B CN108868901 B CN 108868901B CN 201810448666 A CN201810448666 A CN 201810448666A CN 108868901 B CN108868901 B CN 108868901B
Authority
CN
China
Prior art keywords
microchannel
plies
film
matrix composite
composite component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810448666.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108868901A (zh
Inventor
D.A.弗雷
K.D.加利耶
H.C.罗伯茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN108868901A publication Critical patent/CN108868901A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108868901B publication Critical patent/CN108868901B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186—Film cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/02—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from one piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/571—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653—Processes involving a melting step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0003—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof containing continuous channels, e.g. of the "dead-end" type or obtained by pushing bars in the green ceramic product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/005—Selecting particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284—Selection of ceramic materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/388—Blades characterised by construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/06—Cooling passages of turbine components, e.g. unblocking or preventing blocking of cooling passages of turbine components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00982—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as construction elements for space vehicles or aeroplanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/522—Oxidic
    • C04B2235/5232—Silica or silicates other than aluminosilicates, e.g. quartz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5244—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6026—Computer aided shaping, e.g. rapid prototyping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/665—Local sintering, e.g. laser sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/666—Applying a current during sintering, e.g. plasma sintering [SPS], electrical resistance heating or pulse electric current sintering [PECS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/38—Fiber or whisker reinforced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/50—Building or constructing in particular ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/185—Two-dimensional patterned serpentine-like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/204—Heat transfer, e.g. cooling by the use of microcircuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/608—Microstructure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

提供具有微通道的CMC部件以及用于在CMC部件中形成微通道的方法。举例来说，一种用于在CMC部件中形成微通道的方法包括：铺设用于形成所述CMC部件的主体的多个主体板层；在所述多个主体板层上铺设微通道板层，所述微通道板层中具有用于形成至少一个微通道的至少一个空隙；在所述微通道板层上铺设覆盖板层，所述覆盖板层限定所述CMC部件的外层；以及处理所铺设的所述主体板层、微通道板层和覆盖板层以形成所述CMC部件。在另一实施例中，所述方法包括将增材基质施加到所述主体板层以限定至少一个微通道。在又其它实施例中，所述方法包括在所述多个主体板层中加工出至少一个微通道。

Description

具有微通道的CMC部件及用于在CMC部件中形成微通道的方法
技术领域
本发明主题大体上涉及复合部件。更确切地说，本发明主题涉及具有冷却特征的陶瓷基质复合部件以及用于形成此类冷却特征的方法。
背景技术
更一般来说，例如陶瓷基质复合(CMC)材料和聚合物基质复合(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。由此类材料构造的部件与例如金属部件等典型部件相比具有较高温度能力，这可以允许改进部件性能和/或增大引擎温度。然而，尽管复合部件与金属部件相比通常需要显著较少的冷却或不需要冷却，但仍然可能需要冷却复合部件，以例如延长部件的寿命、进一步改进部件性能，等。
在例如CMC部件的复合部件中具有近表面冷却通道的改进型部件和用于在例如CMC部件的复合部件中形成相对较小近表面冷却通道的方法将是有用的。确切地说，经由相对较小冷却通道进行的近表面冷却，例如通道极为接近于复合部件的外表面来引导冷却流体流，将有益于增大冷却有效性且由此减小实现所需冷却所需的冷却流。作为另一实例，将需要复合部件和用于形成此类部件的方法，其中可优化冷却通道的大小和位置以提供对流与膜冷却的最优组合。一般来说，用于形成复合部件的各种方法将是有利的，所述方法包括限定至少一个微通道和用于将冷却流体流提供至微通道的供应导管。
发明内容
本发明的各方面及优势将部分在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过实践本发明得知。
在本发明主题的一个示范性实施例中，提供一种用于在陶瓷基质复合(CMC)部件中形成微通道的方法。所述方法包括：铺设用于形成所述CMC部件的主体的多个主体板层；在所述多个主体板层上铺设微通道板层，所述微通道板层中具有用于形成至少一个微通道的至少一个空隙；在所述微通道板层上铺设覆盖板层，所述覆盖板层限定所述CMC部件的外层；以及处理所铺设的所述主体板层、微通道板层和覆盖板层以形成所述CMC部件。
在本发明主题的另一示范性实施例中，提供一种用于在陶瓷基质复合(CMC)部件中形成微通道的方法。所述方法包括：铺设用于形成所述CMC部件的主体的多个主体板层；在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管；将增材基质施加到所述主体板层以限定至少一个微通道；以及处理所铺设的所述主体板层和增材基质以形成所述CMC部件。
在本发明主题的另一示范性实施例中，提供一种用于在陶瓷基质复合(CMC)部件中形成微通道的方法。所述方法包括：铺设用于形成所述CMC部件的主体的多个主体板层；在所述多主体板层上加工出至少一个微通道；在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管；在所述多个主体板层上铺设覆盖板层，所述覆盖板层限定所述CMC部件的外层；以及处理所铺设的所述主体板层和覆盖板层以形成所述CMC部件。
技术方案1.一种用于在陶瓷基质复合(CMC)部件中形成微通道的方法，所述方法包括：
铺设用于形成所述CMC部件的主体的多个主体板层；
在所述多个主体板层上铺设微通道板层，所述微通道板层中具有用于形成至少一个微通道的至少一个空隙；
在所述微通道板层上铺设覆盖板层，所述覆盖板层限定所述CMC部件的外层；以及
处理所铺设的所述主体板层、微通道板层和覆盖板层以形成所述CMC部件。
技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中：
在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管，
其中所述至少一个供应导管从由所述主体板层限定的腔体延伸到所述至少一个微通道。
技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其中：在铺设所述微通道板层之后且在铺设所述覆盖板层之前在所述多个主体板层中加工所述至少一个供应导管。
技术方案4.根据技术方案2所述的方法，其中：在铺设所述多个主体板层之后且在铺设所述微通道板层之前在所述多个主体板层中加工所述至少一个供应导管。
技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中：
在将所述覆盖板层铺设在所述微通道板层上之前，在减小的温度和压力下热压所铺设的所述多个主体板层和所述微通道板层。
技术方案6.根据技术方案1所述的方法，其中：
将涂层施加到所述CMC部件；以及
加工从所述CMC部件的外表面到所述至少一个微通道的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述至少一个微通道供应到所述CMC部件的所述外表面。
技术方案7.根据技术方案1所述的方法，其中：
在所述主体板层中加工出膜冷却腔体和膜供应导管，所述膜供应导管将冷却流体流从所述至少一个微通道提供到所述膜冷却腔体；以及
加工从所述CMC部件的外表面到所述膜冷却腔体的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述膜冷却腔体供应到所述CMC部件的所述外表面。
技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其中：所述至少一个微通道被限定成大体蜿蜒图案。
技术方案9.根据技术方案1所述的方法，其中：所述至少一个微通道沿着大体直线延伸。
技术方案10.一种用于在陶瓷基质复合(CMC)部件中形成微通道的方法，所述方法包括：
铺设用于形成所述CMC部件的主体的多个主体板层；
在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管；
将增材基质施加到所述主体板层以限定至少一个微通道；以及
处理所铺设的所述主体板层和增材基质以形成所述CMC部件。
技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其中：施加所述增材基质包括利用增材制造工艺来将所述增材基质施加到所述主体板层。
技术方案12.根据技术方案10所述的方法，其中：进一步包括：
在将所述增材基质施加到所述主体板层之前在减小的温度和压力下热压所铺设的所述多个主体板层。
技术方案13.根据技术方案10所述的方法，其中：所述增材基质限定所述CMC部件的外表面，使得所述至少一个微通道被限定得极为接近于所述外表面。
技术方案14.根据技术方案10所述的方法，其中：多根纤维从所述主体的最外表面延伸，使得所述多根纤维在所述增材基质施加到主体板层时嵌入于所述增材基质内。
技术方案15.根据技术方案10所述的方法，其中：进一步包括：
将涂层施加到所述CMC部件；以及
加工从所述CMC部件的外表面到所述至少一个微通道的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述至少一个微通道供应到所述CMC部件的所述外表面。
技术方案16.根据技术方案10所述的方法，其中：进一步包括：
在所述主体板层中加工出膜冷却腔体和膜供应导管，所述膜供应导管将冷却流体流从所述至少一个微通道提供到所述膜冷却腔体；以及
加工从所述CMC部件的外表面到所述膜冷却腔体的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述膜冷却腔体供应到所述CMC部件的所述外表面。
技术方案17.根据技术方案10所述的方法，其中：所述至少一个微通道被限定成大体蜿蜒图案。
技术方案18.一种用于在陶瓷基质复合(CMC)部件中形成微通道的方法，所述方法包括：
铺设用于形成所述CMC部件的主体的多个主体板层；
在所述多个主体板层中加工出至少一个微通道；
在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管；
在所述多个主体板层上铺设覆盖板层，所述覆盖板层限定所述CMC部件的外层；以及
处理所铺设的所述主体板层和覆盖板层以形成所述CMC部件。
技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中：进一步包括：
在所述主体板层中加工出膜冷却腔体和膜供应导管，所述膜供应导管将冷却流体流从所述至少一个微通道提供到所述膜冷却腔体；以及
加工从所述CMC部件的外表面到所述膜冷却腔体的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述膜冷却腔体供应到所述CMC部件的所述外表面。
技术方案20.根据技术方案18所述的方法，其中：所述膜冷却腔体较之于所述至少一个微通道具有更大宽度和更大深度。
参考下面的描述和所附的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优势将变得更好理解。并入在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明了本发明的实施例，且与描述一起用以解释本发明的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明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提供根据本发明主题的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提供根据本发明主题的示范性实施例的CMC翼型的示意性横截面图。
图3提供根据本发明主题的示范性实施例的图2的CMC翼型的一部分的透视侧视图。
图4A到4E图示根据本发明主题的示范性实施例的用于形成其中具有一个或多个微通道的CMC部件的方法。
图5A到5D图示根据本发明主题的另一示范性实施例的用于形成其中具有一个或多个微通道的CMC部件的方法。
图6A到6E图示根据本发明主题的又一示范性实施例的用于形成其中具有一个或多个微通道的CMC部件的方法。
图7A到7C图示根据本发明主题的示范性实施例的用于在其中具有一个或多个微通道的CMC部件中形成膜冷却孔的各种方法。
具体实施方式
现将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个实例图示于附图中。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。已在图式和描述中使用相同或类似的标记来指代本发明的相同或类似部分。如本说明书所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意欲表示各个部件的位置或重要性。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。
现在参考附图，其中相同的数字贯穿附图指示相同的元件，图1是根据本发明的示范性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更具体地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁路涡扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1中所示出，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大体包括大体管状的外部壳体18，所述外部壳体18限定环形入口20。外部壳体18以串联流关系包覆：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连接到盘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，可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由可旋转的前部外罩48覆盖，前部外罩48具有空气动力学轮廓以促使空气流通过多个风扇叶片40。另外，示范性风扇区段14包括环形风扇壳体或外部外罩50，所述环形风扇壳体或外部外罩50周向环绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应了解，外罩50可配置成相对于核心涡轮发动机16由多个沿圆周间隔开的出口导叶52支撑。此外，外罩50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部部分上方延伸，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，一定体积的空气58通过外罩50和/或风扇区段14的相关联入口60进入涡扇10。当所述体积的空气58横穿风扇叶片40时，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与空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁路比。在空气的第二部分64被传送通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26时，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧区段26处，空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被传送通过HP涡轮机28，在HP涡轮机28处，经由连接到外部壳体18的HP涡轮定子轮叶68和连接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺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接着被传送通过LP涡轮机30，在LP涡轮机30处，经由连接到外部壳体18的LP涡轮定子轮叶72和连接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的顺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随后被传送通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进力。同时，当空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被传送通过旁路空气流通道56时，空气的第一部分62的压力大幅度增大，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传送通过核心涡轮发动机16。
在一些实施例中，涡扇发动机10的部件，尤其是热气体路径78内的部件，可包括陶瓷基质复合(CMC)材料，其为具有高温能力的非金属材料。用于此类部件的示范性CMC材料可包括碳化硅(SiC)、硅、氮化硅或氧化铝基质材料和其组合。陶瓷纤维可嵌入基质内，例如氧化稳定的增强纤维，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
Figure BDA0001657877900000091
UbeIndustries的
Figure BDA0001657877900000092
和Dow Corning的
Figure BDA0001657877900000093
)、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
Figure BDA0001657877900000094
)和任选地陶瓷颗粒(例如Si、Al、Zr、Y以及其组合的氧化物)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，将纤维束形成为增强带，例如单向增强带，所述纤维束可包括陶瓷耐火材料涂层。多个带可铺设在一起(例如，作为板层)以形成预成型部件。纤维束在形成预成型件之前或在形成预成型件之后可浸渍(impregnate)有浆料组合物。预成型件可随后经受热处理，例如固化或烧穿(burn-out)，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材料形成的部件。在其它实施例中，CMC材料可形成为例如碳纤维织物而非形成为带。
如所述，包括CMC材料的部件可用在热气体路径78内，例如用在发动机10的燃烧和/或涡轮机区段内。然而，CMC部件还可用于其它区段，例如压缩机和/或风扇区段中。另外，CMC部件还可用于其它应用，例如，部件经受相对较高温度的应用。
图2提供根据本发明主题的示范性实施例的CMC部件，更确切地说，CMC翼型，的示意性轴向横截面图。如图2所示，CMC翼型100包括与凸面吸力侧104相对的凹面压力侧102。翼型100的相对的压力侧102和吸力侧104沿着翼型跨度(未示出)在内部末端与外部末端之间径向延伸。此外，翼型100的压力侧102和吸力侧104在前边缘106与相对的后边缘108之间轴向延伸，且压力侧102和吸力侧104限定CMC翼型100的外表面110。另外，在所图示实施例中，例如环境屏障涂层(EBC)等的涂层112施加到外表面110。
还如图2中所描绘，CMC翼型100限定腔体114，所述腔体可收纳冷却流体流F，例如从HP压缩机24转向的加压空气流。多个微通道116在翼型的外表面110附近限定于CMC翼型100内。供应导管118从腔体114延伸到微通道116以将冷却流体F提供到微通道116用于冷却翼型100的外表面110，例如由于微通道116极为接近于外表面110。微通道116因其相对较小的大小而如此命名；然而，将了解，微通道116可具有任何合适的大小用于向翼型100的外表面110，包括涂层112的外表面112a，提供最优量的对流和/或膜冷却，如本文中更详细地描述。微通道116的大小可指对置末端之间的其宽度w、深度d和总长度l(图3)。微通道116的大小也可用其它方式来表达，例如通过其横截面积等。
图3提供不具有涂层112的图2的CMC翼型100的一部分的压力侧视图。如图3所示，在一些实施例中，每一微通道116限定成大致蜿蜒图案。另外，尽管图3中描绘一个供应导管118，但将了解，供应导管118可从腔体114延伸到每一蜿蜒微通道116。在其它实施例中，每一微通道116可沿着翼型跨度大体径向或平直地延伸，或沿着压力侧102和吸力侧104中的任一个或两个大体轴向或平直地延伸而非如图3中所描绘以大体蜿蜒图案延伸。即，每一微通道116可沿着大体直线而非以大体蜿蜒图案延伸。微通道116还可具有其它形状或图案。举例来说，可选择微通道116的特定形状和/或图案，以使流过微通道的冷却流体流F的冷却效率最大化。另外，图2和3中的微通道116的位置仅作为实例，且将了解，一个或多个微通道116可被限定在任何合适的位置处以向翼型100的所需部分提供冷却。更确切地说，微通道116的位置可被优化以向翼型100提供最佳量的对流和/或膜冷却。
微通道116可以各种方式形成于CMC翼型100中。转向图4到6，图示用于在例如翼型100的CMC部件中形成微通道的各种示范性方法。尤其参考图4A到4E，一种示范性方法包括在工具、心轴、模具或其它合适的支撑装置或表面上铺设CMC材料的多个板层120，如图4A所示。多个板层120可为用于形成例如CMC翼型100的CMC部件的主体122的多个CMC板层，且因此可称为主体板层120。由主体板层120形成的主体122可限定用于收纳冷却流体流的腔体，例如图2和3中所示的收纳冷却流F的腔体114。
如图4B所示，在铺设主体板层120之后，将一个或多个微通道板层124铺设在所述多个主体板层120上。像主体板层120一样，微通道板层124可为用于形成CMC部件的一部分，例如微通道区域126，的CMC板层。每一微通道板层124具有在其中切割出的一个或多个空隙；所述空隙限定微通道116。限定微通道116的空隙可限定在微通道板层124中，例如通过使用格柏科技(Gerber Technology，Tolland，Connecticut)的精密Gerber切割器精确地切割板层124。在其它实施例中，可使用另一类型的切割器或其它构件来在微通道板层124中形成空隙，其在与主体板层120一起铺设时限定CMC部件的一个或多个微通道116。还可使用用于在板层124中限定空隙的其它合适的技术。另外，微通道116可具有任何合适的形状或图案，例如图3所示的大体蜿蜒形状或大体线性形状，使得图4B的示意性横截面图可图示两个单独的微通道116或一个连续的微通道116。
在一些实施例中，在微通道板层124铺设在多个主体板层120上之前，可限定穿过主体板层120的一个或多个供应导管118。在其它实施例中，如图4C所示，一个或多个供应导管118可在微通道板层124铺设在主体板层120上之后穿过主体板层而限定。供应导管118可例如通过放电加工(EDM)，即EDM钻孔，激光加工、精密加工或其它合适的加工技术或工艺被限定在主体板层120中。在其它实施例中，主体板层120中的一些可在其中限定空隙，类似于微通道板层124中限定的空隙，使得当板层120堆叠在板层叠层中时，所述空隙限定供应导管118。另外，如先前所描述，可为每一微通道116限定从例如腔体114的腔体延伸的至少一个供应导管118，使得每一微通道116可供应有冷却流体流F。
接下来，可部分地处理所铺设的主体板层120和微通道板层124。举例来说，主体板层120与微通道板层124的叠层可被压实，且接着在压力釜中处理。压实可在大气下执行，即在室温下执行。与标准压力釜循环相比，压力釜处理可在减小的温度和压力下执行较短的时间。在此类减小且较短的压力釜循环之后，主体板层120和微通道板层124保持一定的柔性和延展性。此类柔性和延展性可有助于在主体板层120和微通道板层124中铺设其它板层和/或限定其它特征。在一些实施例中，可省略部分处理，即，在减小的条件下的压实和热压(autoclaving)是任选的。另外，在其它实施例中，在主体板层120中限定一个或多个供应导管118之前，可压实主体板层120与微通道板层124的叠层。在此类实施例中，主体板层120与微通道板层124的叠层被压实，供应导管118被限定在主体板层120中，且接着叠层经受减小的压力釜循环。
接着，如图4D所示，至少一个覆盖板层128被铺设在至少一个微通道板层124上。覆盖板层128可为用于限定CMC部件的外层130的CMC板层。外层130限定CMC部件的外表面，例如CMC翼型100的外表面110。优选地，尽可能少的覆盖板层128铺设在微通道板层124上以保持外层130尽可能薄，且由此使微通道116尽可能接近于外层130和外表面以提供对部件的近表面冷却。然而，将了解，可能需要最少数目的覆盖板层128以向CMC部件提供足够的结构，例如以充分限定CMC部件的外层130。
或者，并非铺设一个或多个微通道板层124且接着铺设一个或多个覆盖板层128，而是一个或多个微通道板层124可与一个或多个覆盖板层128一起固结。接着，固结的板层124、128可与主体板层120一起铺设。供应导管118可在固结的板层124、128与主体板层120铺设在一起之前或之后限定在主体板层120中。方法步骤还可以各种其它合适的次序执行。
可处理板层120、124、128的叠层以形成CMC部件。举例来说，板层120、124、128的叠层可使用标准压力釜循环而非如先前所描述的温度和压力减小的压力釜循环进行热压。所述部件接着可经受焙烧(或烧除(burn-off))和致密化以产生致密化的CMC部件，所述CMC部件是单片部件，即所述部件是连续的CMC材料片。举例来说，在热压之后，可将部件放置在炉中以烧掉任何心轴形成材料和/或用于形成CMC板层的溶剂，且将溶剂中的粘合剂分解，接着放入具有硅的炉中以将板层的陶瓷基质前体转换为CMC部件的基质的陶瓷材料。由于烧除/焙烧期间粘合剂的分解，硅熔融且浸渗与基质形成的任何孔隙；硅对CMC部件的熔融浸渗使CMC部件致密化。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，致密化和焙烧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种或多种适当材料熔融浸渗到部件中。
另外，微通道116和/或供应导管118可用蜡、聚合物、聚集体或其它合适的易散材料填充以帮助在压实和/或致密化过程中维持这些空隙的形状。举例来说，在形成微通道116之后，微通道116可用易散材料填充，且在形成供应导管118之后，供应导管118可用易散材料填充。可在致密化之前、期间或之后，例如通过熔融、浸滤、燃烧或以其它移除易散材料方式来移除易散材料。
任选地，在焙烧和致密化之后，如果需要且在需要时，可对CMC部件进行精加工，并涂布一个或多个涂层，例如如图4E所示的环境屏蔽涂层(EBC)112。当然，关于图4A到4E所描述的前述方法仅作为实例而提供。作为一实例，可利用用于压实和/或固化CMC板层以及用于致密化CMC部件的其它已知方法或技术。或者，可使用这些或其它已知过程的任何组合。另外，如上文所描述，所述方法的一些部分可以与图4A到4E所示的次序不同的次序执行。
在示范性实施例中，每一微通道116的大小相对于微通道116到翼型的外表面110的距离可在约0.02<x/dH<3.5的范围内，其中x是覆盖板层128的外层130的厚度，且dH是微通道116的水力直径(hydraulic diameter)。另外，微通道116与外表面110之间的距离(即，x)可沿着微通道的长度l变化，且微通道116的水力直径dH也可沿着微通道长度l变化。即，沿着微通道116的长度l，水力直径dH和到外表面的距离x都不需要是恒定的。
现在转向图5A到5D，图示用于在例如翼型100的CMC部件中形成微通道的另一示范性方法。如图5A所示，所述方法包括在例如工具、心轴、模具或其它合适的支撑装置或表面上铺设多个主体板层120，如关于图4A所描述。多个主体板层120形成CMC部件的主体122，其可限定用于收纳冷却流体流的腔体，例如收纳冷却流F的图2和3中所示的腔体114。如图5B所示，在铺设主体板层120之后，可限定穿过主体板层120的一个或多个供应导管118。供应导管118可使用如关于图4C所描述的一种或多种合适的加工工艺或技术来限定在主体板层120中。举例来说，供应导管118可EDM加工或以其它方式加工在主体板层120中，或在其它实施例中，主体板层120中的一些可限定空隙，使得当板层120堆叠成板层叠层时，所述空隙限定供应导管118。另外，如先前论述，可为每一微通道116限定至少一个供应导管118，其形成在下文更详细地描述，使得每一微通道116可供应有冷却流体流F。
接下来，如先前关于图4A到4E所描述，可部分地处理具有限定在其中的一个或多个供应导管118的所铺设的主体板层120。举例来说，主体板层120的叠层可被压实，且接着在压力釜中处理。压实可在大气下执行，即在室温下执行。与标准压力釜循环相比，压力釜处理可在减小的温度和压力下执行较短的时间。在此类减小且较短的压力釜循环之后，主体板层120保持一定的柔性和延展性，这可帮助铺设其它板层和/或在主体板层120中限定其它特征。在一些实施例中，可省略部分处理，即，在减小的条件下的压实和热压是任选的。另外，在其它实施例中，可在于主体板层120中限定一个或多个供应导管118之前压实主体板层120的叠层。在此类实施例中，主体板层120的叠层被压实，供应导管118被限定在主体板层120中，且接着叠层经受减小的压力釜循环。
接着，如图5C所示，增材基质132被施加到主体板层120的叠层以限定具有至少一个微通道116的CMC部件的微通道区域126。微通道116可具有任何合适的形状或图案，例如图3所示的大体蜿蜒形状或大体线性形状，使得图5C的示意性横截面图可图示两个单独的微通道116或一个连续的微通道116。如先前所描述，至少一个供应导管118可从腔体114延伸到每一微通道116以向微通道供应冷却流体流F。进一步如图5C所示，增材基质132限定CMC部件的外表面，例如翼型100的外表面110，使得至少一个微通道116限定得极接近于外表面。由此，通过微通道116的冷却流体流F为部件的外表面提供近表面冷却。
在一些实施例中，如图5B和5C所示，多根纤维或销133可延伸超出其上施加有增材基质132的最外主体板层120的表面。举例来说，多根陶瓷纤维或销133可从主体板层120的最外表面延伸，使得纤维或销133嵌入于增材基质132内，因为增材基质132分层到主体板层120上，如下文更详细描述。纤维或销133可由此增强主体板层120与增材基质132之间的熔合，从而在部件主体120与微通道区域126之间形成机械互锁。
在示范性实施例中，添加剂基质132是陶瓷基质材料，且可使用任何合适的增材制造技术(例如3D印刷工艺)来施加。此类工艺的使用可允许当将增材基质施加到主体板层120时形成微通道116，而非在如关于图4B所描述的与主体板层120一起铺设板层124之前在一个或多个微通道板层124中限定空隙。因此，本文所述的增材制造方法可使得能够以使用现有制造方法不可能的方式制造具有各种特征、配置、厚度、材料、密度和流体通路的部件。
如本文中所使用，术语“增材制造”或“增材制造技术或工艺”大体是指制造工艺，其中连续的材料层被提供在彼此上以逐层“堆积”出三维(3D)部件。连续的层通常熔合在一起以形成可具有各种一体式子部件的整体部件。尽管在本文中将增材制造技术描述为通常在竖直方向上通过逐点、逐层构建对象来实现复杂对象的制造，但其它制造方法是可能的并且在本发明主题的范围内。举例来说，尽管本文的讨论涉及添加材料以形成连续层，但所属领域的技术人员将了解，本文公开的方法和结构可以用任何增材制造技艺或制造技术来实施。举例来说，本发明的实施例可使用增层工艺(layer-additive process)、减层工艺(layer-subtractive process)或混合工艺。
根据本发明的合适增材制造技术包括例如熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、例如通过喷墨打印和激光打印的3D打印、立体光刻(Sterolithography)(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔融(EBM)、激光工程网成形(LENS)、激光网形成制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔融(DSLM)、选择性激光熔融(SLM)、直接金属激光熔融(DMLM)、分层实体制造(LOM)、粘合剂喷射工艺和其它已知工艺。
本文所描述的增材制造方法可用于使用任何合适材料形成部件。举例来说，材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷(例如或包括短切陶瓷纤维)、聚合物、环氧树脂、感光聚合物树脂或可为固体、液体、粉末、片材、线或任何其它合适形式的任何其它合适的材料。更具体地说，根据本发明主题的示范性实施例，本文描述的增材制造的微通道区域126可部分地、完全地或以某种材料组合形成，所述材料包括但不限于陶瓷基质材料，例如碳化硅(SiC)、硅、二氧化硅、短切陶瓷纤维或氧化铝基质材料。在部件是不同于CMC部件的复合部件，例如聚合物基质复合部件，的情况下，可使用其它合适的复合基质材料。上文关于以增材方式制造微通道区域126所描述的材料是适用于本文所述的增材制造工艺的材料的实例，且可统称为“增材材料”。
此外，所属领域的技术人员将了解，可以使用各种材料和用于粘合这些材料的方法，并且将其视为在本发明的范围内。如本文中所使用，对“熔合”的提及可以指用于产生上述材料中的任何一个的结合层的任何合适工艺。举例来说，如果对象是由聚合物制成，则熔合可以指在聚合材料之间产生热固性结合。如果对象是环氧树脂，则结合可以通过交联过程来形成。如果材料是陶瓷，则结合可以通过烧结工艺形成。如果材料是粉末金属，则结合可通过熔融或烧结工艺形成。所属领域的技术人员将了解，熔合材料以通过增材制造来制造部件的其它方法是可能的，并且可以用那些方法来实践当前公开的主题。举例来说，如关于图5B和5C更详细描述，可包括一个或多个特征用于在部件片段之间形成机械互锁，由此增强板层中的一个或多个的熔合。
另外，本文公开的增材制造工艺允许单个部件由多种材料形成。因此，本文中所描述的部件可以由上述材料的任何合适混合物形成。举例来说，部件可以包括使用不同材料、工艺和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、片段或部分。以此方式，可构造具有不同材料和材料特性以满足任何特定应用的需求的部件。
现将描述示范性增材制造工艺。增材制造工艺使用部件的三维(3D)信息，例如三维计算机模型，来制造部件。因此，部件的三维设计模型或通过增材制造形成的部件的部分，可在制造之前被限定。就此而言，可扫描部件的模型或原型以确定部件的三维信息。作为另一个实例，可使用合适的计算机辅助设计(CAD)程序来构造部件的模型，以限定部件或其相关部分的三维设计模型。
设计模型可包括部件或其增材部分(包括部件的外表面和内表面两者)的整个配置的3D数字坐标。举例来说，设计模型可限定主体、表面和/或内部通路，例如开口、支撑结构等。在一个示范性实施例中，三维设计模型例如沿着部件的中心(例如，竖直)轴线或任何其它合适的轴线被转换成多个切片或片段。对于切片的预定高度，每一切片可限定部件的薄横截面。多个连续的横截面切片一起形成3D部件。接着将所述部件或其增材部分逐切片或逐层地“堆积”，直到完成。
以此方式，关于图5A到5D所描述的部件的微通道区域126可使用增材工艺加以制造，或更具体地说，形成微通道区域126的增材基质的每一层例如通过使嵌入于有机粘合剂或有机树脂中的陶瓷纤维和/或颗粒连续成层而连续形成。由此，随着连续层被堆积以形成微通道区域126，粘合剂或树脂将陶瓷纤维和/或颗粒的每一层保持在适当位置。还可使用用于以增材方式形成微通道区域126的其它合适的技术或工艺。
每一连续层可例如在约10μm与300μm之间，但根据替代实施例，厚度可基于任何数目个参数来选择，且可为任何合适的大小。因此，利用上述增材形成方法，本文所述的部件或其部分可具有与增材形成过程期间利用的相关联层的一个厚度，例如约10μm，一样薄的横截面。
此外，利用增材工艺，部件或其增材部分的表面光洁度和特征可取决于应用根据需要而变化。在一些实施例中，可通过在增材工艺期间，特别是在对应于增材部分表面的横截面层的外围中，选择适当的激光扫描参数(例如，激光功率、扫描速度、激光焦点大小等)来调整表面光洁度(例如，使更光滑或更粗糙)。举例来说，可通过增大激光扫描速度或减小形成的熔池的大小来实现更粗糙的光洁度，且可通过减小激光扫描速度或增大所形成的熔池的大小来实现更光滑的光洁度。还可改变扫描图案和/或激光功率，以改变所选区域的表面光洁度。
值得注意的是，在示范性实施例中，由于制造约束，本文中所描述的部件的若干特征在先前是不可能的。然而，本发明人已经有利地利用增材制造技艺中的当前进展来大体上根据本发明来开发此类部件的示范性实施例。尽管本发明不限于大体使用增材制造来形成这些部件，但增材制造确实提供了多种制造优点，包括制造的容易性、降低的成本、更高的准确度，等。因此，如关于图5A到5D所示的示范性方法所描述，可将增材基质132施加到主体板层120以形成CMC部件的微通道区域126。
在将增材基质132施加到主体板层120之后，例如如上文关于图4A到4E所示的方法所描述，处理主体板层120与增材基质132的叠层。更确切地说，可使用如先前所描述的部分压力釜循环或标准压力釜循环，即在典型或标准温度和压力下的压力釜循环而非温度和压力减小的压力釜循环，热压其上具有增材基质132的板层120的叠层。所述部件接着可经受焙烧(或烧除)和致密化以产生致密化的CMC部件，所述CMC部件是单片部件，即所述部件是连续的CMC材料片。举例来说，在热压之后，可如前所述将部件放置于炉中用于烧除和致密化，但可使用任何合适的工艺或技术来实现致密化。另外，微通道116和/或供应导管118可用蜡、聚合物、聚集体或其它合适的易散(fugitive)材料填充以帮助在压实和/或致密化过程中维持这些空隙的形状。举例来说，在形成微通道116之后，微通道116可用易散材料填充，且在形成供应导管118之后，供应导管118可用易散材料填充。可在致密化之前、期间或之后，例如通过熔融、浸滤、燃烧或以其它方式移除易散材料来移除易散材料。
任选地，在焙烧和致密化之后，如果需要且在需要时，可对CMC部件进行精加工，并涂布一个或多个涂层，例如如图5D所示的EBC 112。另外，关于图5A到5D所描述的前述方法仅作为实例而提供。举例来说，可利用用于压实和/或固化CMC板层以及用于致密化CMC部件的其它已知方法或技术。或者，可使用这些或其它已知过程的任何组合。此外，如上文所描述，可以不同于如图5A到5D中所示次序的次序执行所述方法的一些部分。
现在参照图6A到6E，图示用于在CMC部件中形成微通道的另一示范性方法，例如关于图2和3描述的翼型100。如图6A所示，所述方法包括例如在工具、心轴、模具或其它合适的支撑装置或表面上铺设多个主体板层120，如关于图4A所描述。多个主体板层120形成CMC部件的主体122，其可限定用于收纳冷却流体流的腔体，例如收纳冷却流F的图2和3中所示的腔体114。在铺设主体板层120之后，在主体板层120中限定一个或多个微通道116，如图6B所示，且接着在主体板层120中限定一个或多个供应导管118，如图6C所示。微通道116和供应导管118可如关于图4C所描述而限定在主体板层120中，例如使用一种或多种加工工艺或技术或用于在板层叠层中限定空隙的其它合适的技术。举例来说，微通道116和供应导管118可EDM加工或以其它方式加工于主体板层120中，或在其它实施例中，主体板层120中的一些可限定空隙，使得当板层120堆叠成板层叠层时，所述空隙限定微通道116和/或供应导管118。另外，如先前论述，可为每一微通道116限定至少一个供应导管118，使得每一微通道116可供应有冷却流体流F。微通道116可具有任何合适的形状或图案，例如图3中所示的大体蜿蜒形状或大体线性形状，使得图6C的示意性横截面可图示两个单独的微通道116或一个连续的微通道116。
接下来，可如先前关于图4A到4E所描述而部分地处理具有限定在其中的一个或多个微通道116和一个或多个供给导管118的所铺设主体板层120。举例来说，主体板层120的叠层可被压实，且接着在压力釜中处理。压实可在大气下执行，即在室温下执行。与标准压力釜循环相比，压力釜处理可在减小的温度和压力下执行较短的时间。在此类减小且较短的压力釜循环之后，主体板层120保持一定的柔性和延展性，这可帮助铺设其它板层和/或在主体板层120中限定其它特征。在一些实施例中，可省略部分处理，即，在减小的条件下的压实和热压是任选的。另外，在其它实施例中，可在于主体板层120中限定一个或多个微通道116之前压实主体板层120的叠层。在此类实施例中，主体板层120被铺设，接着被压实，微通道116和供应导管118被限定在主体板层120中，且接着叠层经受减小的压力釜循环。
接着，如图6D所示，在主体板层120上铺设至少一个覆盖板层128。如关于图4D所描述，覆盖板层128可为用于限定CMC部件的外层130的CMC板层。外层130限定CMC部件的外表面，例如CMC翼型100的外表面110。优选地，尽可能少的覆盖板层128铺设在微通道板层124上以保持外层130尽可能薄，且由此使微通道116尽可能接近于外层130和外表面以提供对部件的近表面冷却。然而，将了解，可能需要最少数目的覆盖板层128以向CMC部件提供足够的结构，例如以充分限定CMC部件的外层130。
在一个或多个覆盖板层128铺设在其中限定有至少一个微通道116和至少一个供应导管118的主体板层120上之后，可处理板层120、128的叠层以形成CMC部件，例如，如上文关于图4A到4E所示的方法所描述。更确切地说，板层120、128的叠层可使用标准压力釜循环而非如先前所描述的温度和压力减小的压力釜循环进行热压。所述部件接着可经受焙烧(或烧除)和致密化以产生致密化的CMC部件，所述CMC部件是单片部件，即所述部件是连续的CMC材料片。举例来说，在热压之后，可如前所述将部件放置于炉中用于燃烧和致密化，但可使用任何合适的工艺或技术来实现致密化。另外，微通道116和/或供应导管118可用蜡、聚合物、聚集体或其它合适的易散材料填充以帮助在压实和/或致密化过程中维持这些空隙的形状。举例来说，在形成微通道116之后，微通道116可用易散材料填充，且在形成供应导管118之后，供应导管118可用易散材料填充。可在致密化之前、期间或之后，例如通过熔融、浸滤、燃烧或以其它方式移除易散材料来移除易散材料。
任选地，在焙烧和致密化之后，如果需要且在需要时，可对CMC部件进行精加工，并涂布一个或多个涂层，例如如图6E所示的EBC 112。另外，关于图6A到6E所描述的前述方法仅作为实例而提供。举例来说，可利用用于压实和/或固化CMC板层以及用于致密化CMC部件的其它已知方法或技术。或者，可使用这些或其它已知过程的任何组合。此外，如上文所描述，可以不同于如图6A到6E中所示次序的次序执行所述方法的一些部分。
在示范性实施例中，每一微通道116的大小相对于微通道116到翼型的外表面110的距离可在约0.02<x/dH<3.5的范围内的，其中x是覆盖板层128的外层130的厚度，且dH是微通道116的水力直径。另外，微通道116与外表面110之间的距离(即，x)可沿着微通道的长度l变化，且微通道116的水力直径dH也可沿着微通道长度l变化。即，沿着微通道116的长度l，水力直径dH和到外表面的距离x都不需要是恒定的。
现在转到图7A到7C，上文关于在CMC部件中限定微通道所描述的各种方法还可包括限定从部件的外表面到一个或多个微通道的膜冷却孔。举例来说，膜冷却孔134提供冷却流体F从微通道116到部件的外表面(例如翼型100的外表面110或在将涂层112施加到翼型100的情况下，涂层112的外表面112a)的通路。此外，每一膜冷却孔134可配置成在外表面上方提供冷却流体膜。在一些实施例中，除了膜冷却孔134之外或作为膜冷却孔134的替代，可从一个或多个微通道116限定其它类型的孔、狭槽等，以允许流F流出到较低压力环境。
尤其参考图7A，如关于图4和6所描述，一个或多个微通道116可形成于微通道板层124或主体板层120中，且接着用覆盖板层128覆盖。在处理这些板层且任选地，如关于图4E和6E所描述施加涂层112之后，可加工或以其它方式限定从涂层112的外表面112a到微通道116的膜冷却孔134。类似地，参考图7B，可限定从涂层112的外表面112a到通过将增材基质施加到多个CMC主体板层而形成的微通道116的膜冷却孔134，如关于图5A到5D所描述。因此，如图7A和7B中所示，冷却流体F可经过膜冷却孔134从微通道116供应到部件的外表面。
在一些实施例中，可限定从外表面112a到一个微通道116的多于一个膜冷却孔134。即，每一微通道116从一个末端到另一末端在长度l上延伸，例如，如图3所示，使得可沿着微通道116的长度限定多于一个膜冷却孔134。另外，在一些实施例中，可在部件中从外表面到每一微通道116限定至少一个膜冷却孔134。在其它实施例中，膜冷却孔134可延伸到部件中限定的一些微通道116而非所有微通道116；相反，可在部件中限定另一类型的孔、狭槽等，以允许流F通过微通道116而无需膜冷却孔134流出到较低压力。
现参考图7C，在一些实施例中，上述方法还可包括限定膜冷却腔体136，所述膜冷却腔体通过膜供应导管138从一个或多个微通道116接收冷却流体流F。接着，可从部件的外表面，例如从翼型100的外表面110或从施加到部件的涂层112的外表面112a，到膜冷却腔体136界定一个或多个膜冷却孔134。由此，冷却流体流F可经由膜冷却孔134从膜冷却腔体136供应到部件的外表面。因为微通道116优选非常小，例如在宽度和深度上，因此膜冷却腔体136可为加工膜冷却孔134提供更好的目标。即，由于膜冷却孔134可被加工到其中的微通道116提供的相对较小的目标区域，加工膜冷却孔134到微通道116可导致钻孔反冲(backstrike)和/或阻止膜冷却孔134的成形。因此，膜冷却腔体136可具有宽度W和深度D，其提供用于加工膜冷却孔134的足够的目标，同时避免可能由于不充足的供应腔体大小而引起的反冲、成形和/或其它问题。更确切地说，膜冷却腔体136较之于微通道116的宽度w和深度d具有更大宽度W和更大深度D。另外，膜冷却孔134可使用任何合适的工艺或技术，例如EDM钻孔、激光加工、精密加工等在部件中限定。举例来说，并非在施加涂层112之后在CMC部件中加工膜冷却孔134，膜冷却孔134可限定在微通道板层124和覆盖板层128中，例如，如上文关于在微通道板层124中形成空隙所描述，使得在铺设板层124、128时形成膜冷却孔134。接着，可在施加涂层112之后加工从涂层112的外表面112a到每一膜冷却孔134的开口。或者，可在施加增材基质132时界定膜冷却孔134，例如，如关于在施加增材基质132时形成微通道116所描述，或可将膜冷却孔134加工在微通道板层124和覆盖板层128中，随后处理主体板层120、微通道板层124和覆盖板层128，如先前所描述。膜冷却孔134还可以其它方式限定，或在关于图4到6所描述的方法中的其它点处限定。
将了解，膜冷却腔体136和膜供应导管138可在关于图4到6所描述的方法中的任何合适的点处限定在部件中。举例来说，在关于图4A到4E所描述的方法的一个实施例中，在铺设主体板层120之后但在将微通道板层124铺设在主体板层120上之前，在主体板层120中限定至少一个膜冷却腔体136和膜供应导管138。腔体136和供应导管138可使用与用来限定供应导管118的类似工艺或技术来限定。在其它实施例中，主体板层120中的一些可具有限定在其中的切口或空隙，用于在铺设主体板层120时限定膜冷却腔体136，且主体板层120中的一些中可具有切口或空隙，用于在铺设主体板层120时限定膜供应导管138。膜冷却腔体136和膜供应导管138可限定在所述部件中，所述部件可在关于图4A到4E所描述的方法的其它点处使用所述方法而形成或利用不同的工艺或技术而形成。类似地，膜冷却腔体136和膜供应导管138可限定在所述部件中，所述部件可使用关于图5A到5D所描述的方法而形成或使用关于图6A到6E在相应方法的任何合适点处所描述的方法而形成。
因此，如本文关于各种示范性实施例所描述，可在例如CMC翼型、CMC防护罩、CMC燃烧器或需要冷却的任何复合部件的复合部件中的特定近表面位置中精确地限定相对较小的冷却通道。近表面冷却微通道极接近于复合部件的外表面引导冷却流体流，以例如增大冷却有效性且由此减少实现所需冷却所需的冷却流。可选择近表面冷却通道和/或膜冷却孔的大小和位置以优化部件的对流和/或膜冷却。所属领域的技术人员还可实现本文中所描述的主题的其它优势。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，且还使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入方法。本发明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想到的其它实例。如果此类其它实例包括与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件，或如果其包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构元件，那么预期此类其它实例在权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种用于在陶瓷基质复合部件中形成微通道的方法，所述方法包括：
铺设用于形成所述陶瓷基质复合部件的主体的多个主体板层；
在所述多个主体板层上铺设微通道板层，所述微通道板层中具有用于形成至少一个微通道的至少一个空隙；
在所述微通道板层上铺设覆盖板层，所述覆盖板层限定所述陶瓷基质复合部件的外层；以及
处理所铺设的所述主体板层、微通道板层和覆盖板层以形成所述陶瓷基质复合部件；
在所述主体板层中加工出膜冷却腔体和膜供应导管，所述膜供应导管将冷却流体流从所述至少一个微通道提供到所述膜冷却腔体；以及
加工从所述陶瓷基质复合部件的外表面到所述膜冷却腔体的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述膜冷却腔体供应到所述陶瓷基质复合部件的所述外表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包括：
在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管，
其中所述至少一个供应导管从由所述主体板层限定的腔体延伸到所述至少一个微通道。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在铺设所述微通道板层之后且在铺设所述覆盖板层之前在所述多个主体板层中加工所述至少一个供应导管。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在铺设所述多个主体板层之后且在铺设所述微通道板层之前在所述多个主体板层中加工所述至少一个供应导管。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包括：
在将所述覆盖板层铺设在所述微通道板层上之前，在减小的温度和压力下热压所铺设的所述多个主体板层和所述微通道板层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包括：
将涂层施加到所述陶瓷基质复合部件；以及
加工从所述陶瓷基质复合部件的外表面到所述至少一个微通道的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述至少一个微通道供应到所述陶瓷基质复合部件的所述外表面。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个微通道被限定成大体蜿蜒图案。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个微通道沿着大体直线延伸。
9.一种用于在陶瓷基质复合部件中形成微通道的方法，所述方法包括：
铺设用于形成所述陶瓷基质复合部件的主体的多个主体板层；
在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管；
将增材基质施加到所述主体板层以限定至少一个微通道；以及
处理所铺设的所述主体板层和增材基质以形成所述陶瓷基质复合部件，且
所述方法还包括：在所述主体板层中加工出膜冷却腔体和膜供应导管，所述膜供应导管将冷却流体流从所述至少一个微通道提供到所述膜冷却腔体；以及
加工从所述陶瓷基质复合部件的外表面到所述膜冷却腔体的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述膜冷却腔体供应到所述陶瓷基质复合部件的所述外表面。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：施加所述增材基质包括利用增材制造工艺来将所述增材基质施加到所述主体板层。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：进一步包括：
在将所述增材基质施加到所述主体板层之前在减小的温度和压力下热压所铺设的所述多个主体板层。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述增材基质限定所述陶瓷基质复合部件的外表面，使得所述至少一个微通道被限定得极为接近于所述外表面。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：多根纤维从所述主体的最外表面延伸，使得所述多根纤维在所述增材基质施加到主体板层时嵌入于所述增材基质内。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：进一步包括：
将涂层施加到所述陶瓷基质复合部件；以及
加工从所述陶瓷基质复合部件的外表面到所述至少一个微通道的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述至少一个微通道供应到所述陶瓷基质复合部件的所述外表面。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述至少一个微通道被限定成大体蜿蜒图案。
16.一种用于在陶瓷基质复合部件中形成微通道的方法，所述方法包括：
铺设用于形成所述陶瓷基质复合部件的主体的多个主体板层；
在所述多个主体板层中加工出至少一个微通道；
在所述多个主体板层中加工出至少一个供应导管；
在所述多个主体板层上铺设覆盖板层，所述覆盖板层限定所述陶瓷基质复合部件的外层；以及
处理所铺设的所述主体板层和覆盖板层以形成所述陶瓷基质复合部件；
且所述方法进一步包括：
在所述主体板层中加工出膜冷却腔体和膜供应导管，所述膜供应导管将冷却流体流从所述至少一个微通道提供到所述膜冷却腔体；以及
加工从所述陶瓷基质复合部件的外表面到所述膜冷却腔体的至少一个膜冷却孔，以将冷却流体膜从所述膜冷却腔体供应到所述陶瓷基质复合部件的所述外表面。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述膜冷却腔体较之于所述至少一个微通道具有更大宽度和更大深度。
CN201810448666.1A 2017-05-11 2018-05-11 具有微通道的cmc部件及用于在cmc部件中形成微通道的方法 Active CN108868901B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/592516 2017-05-11
US15/592,516 US11047240B2 (en) 2017-05-11 2017-05-11 CMC components having microchannels and methods for forming microchannels in CMC components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108868901A CN108868901A (zh) 2018-11-23
CN108868901B true CN108868901B (zh) 2022-04-26

Family

ID=62134096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810448666.1A Active CN108868901B (zh) 2017-05-11 2018-05-11 具有微通道的cmc部件及用于在cmc部件中形成微通道的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11047240B2 (zh)
EP (1) EP3401506B1 (zh)
JP (1) JP7187094B2 (zh)
CN (1) CN108868901B (zh)
CA (1) CA3003008A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205721A1 (de) * 2018-04-16 2019-10-17 MTU Aero Engines AG Schaufel für eine Strömungsmaschine sowie Verwendung und Herstellungsverfahren derselben
US11408291B2 (en) * 2018-07-27 2022-08-09 Raytheon Technologies Corporation Airfoil conformable membrane erosion coating
US11174744B2 (en) * 2018-10-01 2021-11-16 Raytheon Technologies Corporation Multi-material rotor for attritable engines
US11578609B2 (en) 2019-02-08 2023-02-14 Raytheon Technologies Corporation CMC component with integral cooling channels and method of manufacture
US11643948B2 (en) 2019-02-08 2023-05-09 Raytheon Technologies Corporation Internal cooling circuits for CMC and method of manufacture
US11414355B2 (en) 2019-03-21 2022-08-16 Raytheon Technologies Corporation Systems and methods for additively manufactured ceramic composites
US11384028B2 (en) 2019-05-03 2022-07-12 Raytheon Technologies Corporation Internal cooling circuits for CMC and method of manufacture
US11365635B2 (en) 2019-05-17 2022-06-21 Raytheon Technologies Corporation CMC component with integral cooling channels and method of manufacture
US11814324B2 (en) 2019-07-18 2023-11-14 Northrop Grumman Systems Corporation Additive manufacturing methods for forming high-temperature composite structures and related structures
US11180999B2 (en) * 2019-12-20 2021-11-23 General Electric Company Ceramic matrix composite component and method of producing a ceramic matrix composite component
US11680488B2 (en) * 2019-12-20 2023-06-20 General Electric Company Ceramic matrix composite component including cooling channels and method of producing
US11174752B2 (en) * 2019-12-20 2021-11-16 General Electric Company Ceramic matrix composite component including cooling channels in multiple plies and method of producing
EP4116545A1 (en) * 2021-07-05 2023-01-11 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Continuous flow engine measurement arrangement
CN113956052A (zh) * 2021-11-15 2022-01-21 广东省科学院新材料研究所 陶瓷微通道的成形方法、陶瓷微通道材料及应用
US11828196B2 (en) * 2022-01-28 2023-11-28 Rtx Corporation Gas turbine engine article with serpentine groove for coating interlock
CN115385708B (zh) * 2022-08-18 2023-07-11 西北工业大学 超高温陶瓷选区抽滤改性碳/碳复合材料的制备方法及抽滤装置
CN117823234B (zh) * 2024-03-05 2024-05-28 西北工业大学 一种陶瓷纤维层叠的双空腔气冷涡轮工作叶片结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101769170A (zh) * 2008-12-30 2010-07-07 通用电气公司 涡轮叶片冷却回路
CN101825002A (zh) * 2009-02-27 2010-09-08 通用电气公司 涡轮叶片冷却
CN102606231A (zh) * 2010-12-10 2012-07-25 通用电气公司 具有冷却通道的构件和制造方法
EP3153484A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-12 General Electric Company Ceramic matrix composite component and process of producing a ceramic matrix composite component
CN106640206A (zh) * 2015-07-10 2017-05-10 安萨尔多能源英国知识产权有限公司 单面板或多面板的制造

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6214248B1 (en) 1998-11-12 2001-04-10 General Electric Company Method of forming hollow channels within a component
US6247896B1 (en) 1999-06-23 2001-06-19 United Technologies Corporation Method and apparatus for cooling an airfoil
US6627019B2 (en) * 2000-12-18 2003-09-30 David C. Jarmon Process for making ceramic matrix composite parts with cooling channels
US6528118B2 (en) 2001-02-06 2003-03-04 General Electric Company Process for creating structured porosity in thermal barrier coating
US6499949B2 (en) 2001-03-27 2002-12-31 Robert Edward Schafrik Turbine airfoil trailing edge with micro cooling channels
US6746755B2 (en) 2001-09-24 2004-06-08 Siemens Westinghouse Power Corporation Ceramic matrix composite structure having integral cooling passages and method of manufacture
US6726444B2 (en) * 2002-03-18 2004-04-27 General Electric Company Hybrid high temperature articles and method of making
US7186091B2 (en) 2004-11-09 2007-03-06 General Electric Company Methods and apparatus for cooling gas turbine engine components
ATE513980T1 (de) 2004-12-24 2011-07-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zur herstellung eines bauteils mit eingebettetem kanal sowie bauteil
US8461754B2 (en) 2009-12-21 2013-06-11 General Electric Company High efficiency glass halogen lamp with interference coating
US8753071B2 (en) 2010-12-22 2014-06-17 General Electric Company Cooling channel systems for high-temperature components covered by coatings, and related processes
US9327384B2 (en) * 2011-06-24 2016-05-03 General Electric Company Components with cooling channels and methods of manufacture
US20140093379A1 (en) * 2012-10-03 2014-04-03 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine component
US20150202683A1 (en) * 2012-10-12 2015-07-23 General Electric Company Method of making surface cooling channels on a component using lithographic molding techniques
US20160032766A1 (en) * 2013-03-14 2016-02-04 General Electric Company Components with micro cooled laser deposited material layer and methods of manufacture
US20140360155A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-11 General Electric Company Microchannel systems and methods for cooling turbine components of a gas turbine engine
US9476306B2 (en) * 2013-11-26 2016-10-25 General Electric Company Components with multi-layered cooling features and methods of manufacture
EP2921649B1 (en) * 2014-03-19 2021-04-28 Ansaldo Energia IP UK Limited Airfoil portion of a rotor blade or guide vane of a turbo-machine
US10690055B2 (en) * 2014-05-29 2020-06-23 General Electric Company Engine components with impingement cooling features
US9718735B2 (en) * 2015-02-03 2017-08-01 General Electric Company CMC turbine components and methods of forming CMC turbine components
US10077667B2 (en) * 2015-05-08 2018-09-18 United Technologies Corporation Turbine airfoil film cooling holes
US9915151B2 (en) * 2015-05-26 2018-03-13 Rolls-Royce Corporation CMC airfoil with cooling channels
US20160354842A1 (en) * 2015-06-07 2016-12-08 General Electric Company Additive manufacturing methods and hybrid articles using brazeable additive structures
US9970302B2 (en) * 2015-06-15 2018-05-15 General Electric Company Hot gas path component trailing edge having near wall cooling features
US9897006B2 (en) * 2015-06-15 2018-02-20 General Electric Company Hot gas path component cooling system having a particle collection chamber
US9828915B2 (en) * 2015-06-15 2017-11-28 General Electric Company Hot gas path component having near wall cooling features
US20170107827A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-20 General Electric Company Turbine blade
US10260358B2 (en) 2015-10-29 2019-04-16 General Electric Company Ceramic matrix composite component and process of producing a ceramic matrix composite component
US10273813B2 (en) * 2015-10-29 2019-04-30 General Electric Company Ceramic matrix composite component and process of producing a ceramic matrix composite component
US20170306764A1 (en) * 2016-04-26 2017-10-26 General Electric Company Airfoil for a turbine engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101769170A (zh) * 2008-12-30 2010-07-07 通用电气公司 涡轮叶片冷却回路
CN101825002A (zh) * 2009-02-27 2010-09-08 通用电气公司 涡轮叶片冷却
CN102606231A (zh) * 2010-12-10 2012-07-25 通用电气公司 具有冷却通道的构件和制造方法
CN106640206A (zh) * 2015-07-10 2017-05-10 安萨尔多能源英国知识产权有限公司 单面板或多面板的制造
EP3153484A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-12 General Electric Company Ceramic matrix composite component and process of producing a ceramic matrix composite component

Also Published As

Publication number Publication date
CA3003008A1 (en) 2018-11-11
EP3401506A2 (en) 2018-11-14
EP3401506A3 (en) 2018-12-26
US20180328189A1 (en) 2018-11-15
US11047240B2 (en) 2021-06-29
JP2019007479A (ja) 2019-01-17
CN108868901A (zh) 2018-11-23
JP7187094B2 (ja) 2022-12-12
EP3401506B1 (en) 2021-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108868901B (zh) 具有微通道的cmc部件及用于在cmc部件中形成微通道的方法
EP3421233B1 (en) Method for shaping composite ply layups
CN109196186B (zh) 陶瓷基复合翼型冷却
JP6247815B2 (ja) セラミックマトリックス複合材の形成方法及びセラミックマトリックス複合材部品
JP6888933B2 (ja) セラミックマトリックス複合材構成部品及びセラミックマトリックス複合材構成部品の製造方法
JP6979761B2 (ja) セラミックマトリックス複合材構成要素及びセラミックマトリックス複合材
US10961855B2 (en) Ceramic matrix composite component cooling
US11149575B2 (en) Airfoil fluid curtain to mitigate or prevent flow path leakage
EP3450694A2 (en) Flow path assemblies for gas turbine engines and assembly methods therefore
US20200123909A1 (en) Ceramic Matrix Composite Airfoil Cooling
CN110886626B (zh) Cmc部件冷却腔
CN111472854B (zh) 用于降低可周向地变化的畸变的发动机壳处置部
CN110886625B (zh) 形成cmc部件冷却腔的方法
CN113154452A (zh) 具有激光切割特征的cmc层合部件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant