CN110439629A - 具有互锁机械接头的cmc喷嘴和制造 - Google Patents

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Abstract

一种包括叶片和带的喷嘴，叶片和带中的每一个都具有限定的互锁特征。叶片和带各自由陶瓷基质复合物(CMC)形成，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维。叶片和带包括一个或多个互锁特征。喷嘴还包括将叶片和带彼此连接的互锁机械接头。还提供了用于在互锁特征处连接叶片和带以形成互锁机械接头的方法。

Description

具有互锁机械接头的CMC喷嘴和制造
技术领域
本文公开的主题涉及陶瓷基质复合物(CMC)子部件和这些子部件的连接。更具体地，本发明涉及一种CMC喷嘴和利用一个或多个互锁机械接头由多个子部件形成CMC喷嘴的方法。
背景技术
燃气涡轮发动机具有多个部件。空气进入发动机并通过压缩机。压缩空气通过一个或多个燃烧器。在燃烧器内是一个或多个喷嘴，其用于将燃料引入通过燃烧器的空气流中。所产生的燃料-空气混合物在燃烧器中由点火器点燃，以产生约1100℃至2000℃范围内的热的加压燃烧气体。离开燃烧器的这种高能量气流被第一级涡轮喷嘴改变方向到下游的高压和低压涡轮级。燃气涡轮发动机的涡轮部分包括转子轴和一个或多个涡轮级，每个涡轮级具有安装或以其他方式由轴承载的涡轮盘(或转子)和安装到盘的周边并从盘的周边径向延伸的涡轮叶片。涡轮组件通常通过扩展由燃料-空气混合物的燃烧产生的高能量气流来产生旋转轴动力。燃气涡轮铲斗或叶片通常具有翼型形状，其设计成将流动路径气体的热能和动能转换成转子的机械旋转。在这些阶段中，膨胀的热气体在涡轮叶片上施加力，从而提供额外的旋转能量，例如，驱动发电发电机。
在用于燃气涡轮发动机的先进气体路径(AGP)传热设计中，CMC的高温能力使其成为一种有吸引力的材料，由此可以制造诸如涡轮叶片，喷嘴和护罩的弓形部件。在涡轮发动机内，喷嘴级包括多个叶片，也称为桨叶或翼型，每个叶片或多个叶片连接到多个带，也称为平台。
已经使用许多技术来制造涡轮发动机部件，例如使用CMC的涡轮叶片，喷嘴或护罩。CMC材料通常包括嵌入陶瓷基质材料中的陶瓷纤维增强材料。在基质破裂的情况下，增强材料用作CMC的承载组分；陶瓷基质保护增强材料，保持其纤维的取向，并在没有基质破裂的情况下承载负荷。高温应用(例如在燃气涡轮发动机中)特别感兴趣的是硅基复合材料。已经提出基于碳化硅(SiC)的CMC材料作为燃气涡轮发动机的某些部件的材料，例如涡轮叶片，叶片，燃烧器衬里，喷嘴和护罩。SiC纤维已被用作各种陶瓷基质材料的增强材料，包括SiC，C和Al2O3。已知各种方法用于制造基于SiC的CMC部件，包括Silicomp，熔体渗透(MI)，化学气相渗透(CVI)和聚合物渗透和热解(PIP)。除了基于非氧化物的CMC(例如SiC)之外，还存在基于氧化物的CMC。尽管这些制造技术彼此显著不同，但每个都涉及预制件的制造和致密化，以通过包括在各种处理阶段施加热和/或压力的处理来生产部件。在许多情况下，制造复杂的复合部件，例如制造CMC燃气涡轮喷嘴，涉及在小半径上形成纤维，这可能导致可制造性的挑战。更复杂的几何形状可能需要复杂的加工，复杂的压实等。结果，可以制造两个或更多个更简单形状的部件并将其连接成更复杂的形状。这种方法降低了制造复杂性。
因此，在CMC领域中特别感兴趣的是将一种CMC子部件或预制件连接到另一CMC或陶瓷子部件上以形成完整的部件结构。例如，当整个完整结构的形状复杂性可能太复杂而不能作为单个部件制造时，例如使用前面提到的燃气涡轮喷嘴，尤其是喷嘴叶片和带，可能会出现一个CMC子部件与另一个CMC子部件的连接。可能出现将一个CMC子部件连接到另一个CMC子部件的另一个例子是当大的复杂结构难以作为单个部件铺设时的情况，并且制造并连接多个子部件以形成大的复杂结构。目前粘合CMC子部件的处理包括但不限于扩散粘合，反应形成，熔体渗透，钎焊，粘合剂等。在由连体子部件形成的这些CMC部件结构中特别关注的是在施加负载的影响下在连接处理中形成的接头的分离或失效。
因此，需要一种改进的互锁机械接头和将燃气涡轮喷嘴的一个CMC子部件连接到另一个CMC子部件或陶瓷整体式子部件以形成完整的燃气涡轮喷嘴的方法。所产生的互锁机械接头为燃气涡轮喷嘴结构提供强度和韧性。
发明内容
本公开的各种实施例包括陶瓷复合材料燃气涡轮喷嘴和使用互锁机械接头的制造。根据一个示例性实施例，公开了一种用于燃气涡轮的陶瓷基质复合物(CMC)部件。陶瓷基质复合物(CMC)部件包括：由陶瓷基质复合物(CMC)组成的叶片，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维；由陶瓷基质复合物(CMC)组成的带，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维；和连接叶片和带以形成陶瓷基质复合物(CMC)部件的至少一个互锁机械接头。该带包括在其中形成表面的互锁凹部。
根据另一示例性实施例，公开了一种用于燃气涡轮的喷嘴。该喷嘴包括：叶片，其包括腔体包裹物，腔体包裹物纵向延伸穿过叶片并从叶片的至少一端延伸并在其中限定腔；带，其包括形成在其中的开口和限定在外表面中的凹部；以及至少一个互锁机械接头，其连接叶片和带以形成喷嘴。叶片由陶瓷基质复合物(CMC)组成，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维。该带由陶瓷基质复合物(CMC)组成，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维。腔体包裹物构造成在至少一个互锁机械接头处与带中的开口接合。
根据又一个示例性实施例，公开了一种形成陶瓷基质复合物(CMC)部件的方法。该方法包括：提供由陶瓷基质复合物(CMC)组成的叶片，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维；提供由陶瓷基质复合物(CMC)组成的带，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维，带在多个互锁特征处将叶片机械连接到带，以在它们之间形成多个互锁机械接头。叶片和带中的每一个包括多个互锁特征。多个互锁特征中的一个或多个包括至少一个互锁接头和形成在带中的凹部。
通过参考附图阅读以下详细描述和所附权利要求，本公开的其他目的和优点将变得显而易见。在结合若干附图和所附权利要求阅读以下详细描述后，本申请的这些和其他特征和改进对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
通过以下结合描述本公开的各种实施例的附图的本公开的各个方面的详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
图1是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的航空燃气涡轮发动机的横截面图示；
图2是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的燃气涡轮喷嘴的一部分，更具体地，处于未连接状态的叶片和带，的示意性立体图；
图3是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的燃气涡轮喷嘴的一部分，更具体地，处于连接状态的叶片和带，的示意性立体图；
图4是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的燃气涡轮喷嘴的一部分，更具体地，处于连接状态的叶片和带，的示意性立体图；
图5是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的简化剖视图；
图6是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图5的带子部件的顶部示意图；
图7A是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化剖视图；
图7B是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化剖视图；
图8是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化剖视图；
图9是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化剖视图；
图10是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图9的带子部件的下侧的示意性立体图；
图11是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化示意图；
图12是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图11的带子部件的下侧的示意性立体图；
图13是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化示意图；
图14是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图13的带子部件的下侧的示意性立体图；
图15是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化示意图；
图16是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图15的带子部件的一部分的示意性横截面视图；
图17是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图15的带子部件的一部分的示意性俯视图；
图18是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化示意图；
图19是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图18的带子部件的一部分的示意性横截面视图；
图20是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的带子部件的一部分的另一实施例的示意性横截面视图；
图21是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的另一实施例的简化示意图；
图22是根据本文所示或所述的一个或多个实施例的图21的带子部件的一部分的示意性横截面视图；
图23是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于形成用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的叶片构造的示意性立体图；
图24是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于形成用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的带构造的示意性立体图；
图25是处于未连接状态的叶片和带的示意性立体图，示出了根据本文所示或所述的一个或多个实施例的互锁机械的另一实施例；和
图26示出了根据本文所示或所述的一个或多个实施例的用于形成用于连接喷嘴的多个子部件的互锁机械接头的方法的流程图。
除非另外指出，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的用于实践本文公开的实施例的所有传统特征。
应注意，这里呈现的附图不一定按比例绘制。附图旨在仅描绘所公开实施例的典型方面，因此不应被视为限制本公开的范围。在附图中，相同的编号表示附图之间的相同元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征，整数，步骤，操作，元件和/或部件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征，整数，步骤，操作，元件，部件和/或其组合。
本说明书和权利要求书中使用的近似语言用于修饰任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。除非另有说明，否则如本文所使用的近似语言，例如“大致”，“实质上”和“约”，表示如此修饰的术语可以仅适用于近似程度，如本领域普通技术人员将认识到的那样，而不是绝对或完美的程度。因此，由该术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求中，范围限制被组合和互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。
另外，除非另有说明，否则术语“第一”，“第二”等在本文中仅用作标记，并且不旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序，位置或分级要求。此外，例如，对“第二”项目的引用不要求或排除存在例如“第一”或较低编号的项目或“第三”或更高编号的项目。
如本文所用，陶瓷基质复合物或“CMC”是指包含由陶瓷纤维增强的陶瓷基质的复合物。可用于本文的CMC的一些实例可包括但不限于具有基质和增强纤维(包含氧化物，碳化物，氮化物，碳氧化物，氮氧化物及其混合物)的材料。非氧化物材料的实例包括但不限于具有碳化硅基质和碳化硅纤维的CMC(当通过硅熔体渗透制成时，该基质将含有残留的游离硅)；碳化硅/硅基质混合物和碳化硅纤维；氮化硅基质和碳化硅纤维；和碳化硅/氮化硅基质混合物和碳化硅纤维。此外，CMC可具有基质和由氧化物陶瓷组成的增强纤维。具体地，氧化物-氧化物CMC可以由基质和包含氧化物基材料的增强纤维组成，氧化物基材料是例如氧化铝(Al2O3)，二氧化硅(SiO2)，硅铝酸盐，以及它们的混合物。因此，如本文所用，术语“陶瓷基质复合物”包括但不限于碳纤维增强碳(C/C)，碳纤维增强碳化硅(C/SiC)和碳化硅纤维增强碳化硅(SiC/SiC)。在一个实施例中，与(非增强的)整体陶瓷结构相比，陶瓷基质复合材料具有增加的伸长率，断裂韧性，热冲击和各向异性性质。
有几种方法可用于制造SiC-SiC CMC。在一种方法中，通过熔融硅或含硅合金的熔融渗透(MI)将基质部分地形成或致密化成CMC预制件。在另一种方法中，基质至少部分地通过碳化硅的化学气相渗透(CVI)形成CMC预制件。在第三种方法中，基质至少部分地通过热解碳化硅而形成，产生预陶瓷聚合物。该方法通常称为聚合物渗透和热解(PIP)。也可以使用上述三种技术的组合。
在MI CMC工艺的一个实例中，基于氮化硼的涂层系统沉积在SiC纤维上。然后用基质前体材料浸渍涂覆的纤维，以形成预浸带。制造带的一种方法是纤维缠绕。将纤维拉过基质前体浆料浴并将浸渍的纤维缠绕在滚筒上。基质前体可含有碳化硅和/或碳微粒以及有机材料。然后沿着滚筒的轴线切割浸渍的纤维，并从滚筒中取出，得到平的预浸带，其中纤维名义上在相同的方向上延续。所得材料是单向预浸带。预浸带也可以使用连续预浸渍机器或其他方法制造。然后可以将带切割成形状，铺叠并层压以制造预制件。预制件被热解或烧掉，以使来自基质前体的任何有机材料成炭并产生孔隙。然后将熔融的硅渗透到多孔预制件中，在那里它可以与碳反应形成碳化硅。理想地，过量的游离硅填充任何剩余的孔隙并获得致密的复合物。以这种方式生产的基质通常含有残留的游离硅。
预浸料MI工艺通过将多个一维预浸料层堆叠在一起而产生具有二维纤维架构的材料，其中纤维的取向在层之间变化。通常基于连续纤维的取向来识别层。建立零度取向，并且基于其纤维相对于零度方向的角度设计其他层。其中纤维垂直于零方向延续的层被称为90度层，交叉层或横向层。
MI方法还可以与二维或三维编织架构一起使用。这种方法的一个例子是浆料浇铸工艺，其中纤维首先被编织成三维预制件或二维布。在布的情况下，将布的层切割成形并堆叠以形成预制件。化学气相渗透(CVI)技术用于将界面涂层(通常为氮化硼基或碳基)沉积到纤维上。CVI也可用于沉积碳化硅基质层。通过将基质前体浆料浇铸到预制件中，然后用熔融硅渗透，形成基质的剩余部分。
MI方法的替代方案是使用CVI技术在一维，二维或三维架构中致密化碳化硅基质。类似地，PIP可用于致密化复合物的基质。CVI和PIP生成的基质可以在没有过量游离硅的情况下生成。MI，CVI和PIP的组合也可用于使基质致密化。
本文所述的接头可用于连接各种CMC材料，例如但不限于氧化物-氧化物CMC或SiC-SiC CMC，或将CMC连接到整体材料。接头可以联接所有基于MI的、所有基于CVI的，所有基于PIP的，或者它们的组合的子部件。在互锁机械接头的情况下，可能没有子部件直接结合在一起，或者子部件可以通过硅，碳化硅，它们的组合或其他合适的材料结合。结合材料可以沉积为基质前体材料，随后通过MI，CVI或PIP致密化。或者，结合材料可以通过MI，CVI或PIP生产，而不在接头中使用基质前体。此外，本文所述的接头可以在CMC处理中的任何适当阶段形成。也就是说，子部件可由绿色预浸料，层压预制件，热解预制件，完全致密化的预制件或其组合构成。
现在参照附图，其中相同的附图标记始终对应于相同的元件，首先注意图1，其以图解形式描绘了与飞行器一起使用的示例性燃气涡轮发动机10，其具有穿过其中的纵向或轴向中心线轴线12以用于参考目的。应当理解，本文描述的原理同样适用于涡轮风扇，涡轮喷气发动机和涡轮轴发动机，以及用于其他航行器或固定应用的涡轮发动机。为了提供这些实施例的简明描述，并未在说明书中描述实际实施的所有特征。此外，虽然使用涡轮喷嘴作为示例，但是本发明的原理适用于任何低延展性流路部件，其至少部分地暴露于燃气涡轮发动机的主燃烧气体流路并且由陶瓷基质复合(CMC)材料形成，更具体地，任何翼型平台状结构，例如但不限于叶片，尖端护罩等。
发动机10优选地包括通常由标号14标识的核心燃气涡轮发动机和位于其上游的风扇部分16。核心发动机14通常包括大致管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18还包括增压压缩机22，用于将进入核心发动机14的空气的压力升高到第一压力水平。高压多级轴向流动式压缩机24接收来自增压器22的加压空气，并进一步增加空气的压力。加压空气流到燃烧器26，在燃烧器26中将燃料喷射到加压空气流中以升高加压空气的温度和能量水平。高能燃烧产物从燃烧器26流到第一高压(HP)涡轮28用于通过第一HP驱动轴驱动高压压缩机24，然后到第二低压(LP)涡轮32用于通过与第一驱动轴同轴的第二LP驱动轴驱动增压压缩机22和风扇部分16。HP涡轮28包括HP固定喷嘴34。LP涡轮32包括固定LP喷嘴35。转子盘位于喷嘴的下游，其围绕发动机10的中心线轴线12旋转并且承载一组翼型形状的涡轮叶片36。包括多个弧形护罩区段的护罩29，38布置成环绕并紧密围绕涡轮叶片27，36，从而限定流过涡轮叶片27，36的热气流的外部径向流路边界。在驱动每个涡轮28和32之后，燃烧产物通过排气喷嘴40离开核心发动机14。
风扇部分16包括可旋转的轴向流动式风扇转子30和多个风扇转子叶片46，其由环形风扇壳体42围绕。应当理解，风扇壳体42由核心发动机14通过多个基本上径向延伸的，周向间隔开的出口导向叶片44支撑。以这种方式，风扇壳体42包围风扇转子30和多个风扇转子叶片46。
从流动的观点来看，应当理解，由箭头50表示的初始空气流通过入口52进入燃气涡轮发动机10。空气流50穿过风扇叶片46并分成移动通过风扇壳体42的第一压缩空气流(由箭头54表示)和进入增压压缩机22的第二压缩空气流(由箭头56表示)。第二压缩空气流56的压力增加并进入高压压缩机24，如箭头58所示。在与燃料混合并在燃烧器26中燃烧之后，燃烧产物48离开燃烧器26并流过第一涡轮28。然后，燃烧产物48流过第二涡轮32并离开排气喷嘴40，以为燃气涡轮发动机10提供推力。
由于复杂的几何形状，许多发动机部件可以制成若干件，并且随后连接在一起。这些部件也可以在发动机10的运行期间直接经受热燃烧气体，因此具有非常苛刻的材料要求。因此，由陶瓷基质复合物(CMC)制造的发动机10的许多部件可以多于一件地制造并随后连接在一起。这里特别关注的是构成HP涡轮喷嘴34的多个子部件(目前描述的)和多个子部件的连接。如前所述，陶瓷基质复合物(CMC)是用于涡轮应用的有吸引力的材料，因为CMC具有高温能力并且重量轻。
在连接多个CMC件或子部件(例如多个喷嘴子部件)，更具体地，多个叶片和带(当前描述)，以形成完整的部件结构(例如喷嘴34)中，希望在部件铺设过程中形成接头，这种接头具有耐损伤性并且表现出韧性，优雅的失效。如果连接多个CMC子部件的机械接头失效，则可能导致部件结构的灾难性故障。
对这些接头特别关注的是结合线本质上易于变脆，这可能导致接头的脆性破坏。在CMC技术中已经建立，该限制可以通过通过控制结合处的表面积并通过使用简单的木工类型接头(例如对接接头，搭接接头，榫槽接头，榫眼和榫头以及更精心制作的锯齿或阶梯锥形接头)来保持结合处的应力较低来解决。或者，包含韧性CMC子部件的机械互锁的接头也表现出优雅的失效。已经展示了传统的木工接头，例如燕尾榫接头。上述接头可用于将CMC子部件连接成二维或三维，例如平板和“T”形。虽然许多木工类型的接头可以在两个CMC子部件之间形成机械互锁，但为了使互锁利用CMC的完全韧性，互锁特征必须定向成使得增强纤维需要断裂以使互锁失效。如果互锁特征被定向成使得可以通过在层间方向上使一个CMC子部件失效来释放接头，则互锁的韧性可能受到CMC的层间特性的限制。通常，CMC的层间强度和韧性显著低于面内性质。
现在参照图2-4，分别以未连接的简化立体图和连接的简化立体图示出涡轮喷嘴60的一部分，例如图1的喷嘴34。喷嘴60通常包括多个叶片62，其中在图2-4中仅示出了单个叶片，以及多个带64，在图2-4中仅示出了单个带。在示例性实施例中，多个叶片62中的每一个在多个带64之间延伸。多个叶片62中的每一个可具有大致空气动力学轮廓。例如，如图2-4所示，叶片62可具有外表面66和内表面68。在叶片62是翼型的实施例中，外表面66可以限定压力侧70和吸入侧72，压力侧70和吸入侧72分别在前缘74和后缘76之间延伸，或者任何其他合适的空气动力学轮廓。多个叶片62中的每一个包括腔体包裹物78(图2)，腔体包裹物78至少基本上延伸穿过叶片62并且在其中限定腔80。如图2中最佳示出的，腔体包裹物78构造成从叶片62的一个或多个端部延伸距离“x”并且与一个或多个带64接合以限定互锁机械接头(目前描述)。
多个带64中的每一个限定形成在其中的开口82。开口82可允许冷却介质(未示出)流入叶片62的腔80，由内表面68限定，如本领域中通常已知的。多个带64中的每一个还包括限定到带64的外表面86中的凹部84。如图2中最佳示出的，凹部84由基本竖直的侧壁88和表面90限定。在一个实施例中，表面90基本上是平面的。在另一个实施例中，表面90可包括轮廓。凹槽84构造成当叶片62和带64连接在一起时与叶片62的外周边92的至少一部分接合，以限定互锁机械接头(目前描述)。
现在参照图5-23，示出了喷嘴的多个实施例，包括连接到带64的叶片62，以形成如本文所公开的互锁机械接头98。应该知道，在整个实施例中，仅示出了喷嘴的一部分，更具体地，示出了单个叶片62和单个带64的一部分。如图所示，每个图描绘为具有简化的块几何形状，并且示出为将部件内的纤维的线性方向记为线性填充线。然而，各个层中的纤维可以在由填充线限定的平面内的任何方向上定向，如在页面内外投影。在本文公开的每个实施例中，所描述的互锁机械接头可用于连接叶片62和带64以形成更大或完整的部件结构，例如图1的喷嘴34。在替代实施例中，叶片62，带64和/或另外的互锁子部件(当前描述的)中的任何一个可以包括作为单个陶瓷子部件。
更具体地参考图5-7B，示出了包括互锁机械接头98的喷嘴100,105的实施例。图5以简化截面图示出了喷嘴100，其包括多个子部件，即，联接到带64的叶片62。图6示出了带64的简化俯视图，图7A示出了喷嘴100的互锁机械接头98的放大图，图7B示出了替代实施例，更具体地示出了喷嘴105的互锁机械接头90。如图所示，带64包括限定在表面86中的凹部84，如先前关于图2所述。如图5中最佳示出的，凹部84由侧壁88和大致平坦的表面90限定。如先前参照图3和图4所述，叶片62定位在带64附近，以便将腔体包裹物78定位在形成于带64中的开口82内，并且叶片62的外周边92的至少一部分保留在凹部84内。
更具体地参考图7A，示出了互锁机械接头98的放大图，如图5中所示。在该特定实施例中，叶片62和带64中的每一个包括限定互锁机械接头98的一个或多个互锁特征(在此描述)。在该特定实施例中，一个或多个互锁特征包括多个几何限定的互锁特征。叶片62和带64中的每一个构造成配合地接合以形成互锁机械接头98。更具体地，如图7A所示，带64包括从形成凹部84的侧壁88延伸的一个或多个突起102。叶片62包括一个或多个凹部104，凹部104与一个或多个突起102配合地接合以形成互锁机械接头98。在图7A的实施例中，叶片侧壁包括一个或多个凹部104，凹部104与带64的一个或多个突起102配合地接合以形成互锁机械接头98。在替代实施例中，如图7B中最佳示出的，腔体包裹物78包括一个或多个凹部104，凹部104与带64的一个或多个突起102配合地接合以形成互锁机械接头98。如本文所用，术语“接合”和“滑动接合”包括互锁特征相对于彼此的固定或非固定插入。
在图7A和7B的实施例中，叶片62和带64由已知类型的陶瓷基质复合(CMC)材料构成。特别地，CMC材料包括嵌入基质中的多个增强纤维，并且其中多个增强纤维基本上沿着部件的长度取向。在替代实施例中，叶片62或带64中的一个由已知类型的陶瓷基质复合(CMC)材料形成，而叶片62或带64中的另一个由整体陶瓷材料形成。在整个实施例中，填充线表示分别包括叶片62和带64的多个纤维层96的取向/平面。因此，喷嘴100的组装部分可包括一个或多个CMC子部件和一个或多个单个陶瓷子部件，或者所有子部件可以是陶瓷基质复合(CMC)材料的。
带64中的一个或多个凹部84提供叶片62相对于带64围绕叶片62的外周边92的至少一部分的固持，并且改善了连接部件的性能(例如，减少泄漏并提高扭转能力)。如图6中最佳示出的，在喷嘴100或105的组装期间，包括带64的层96被分开，例如沿着线106，以使得叶片62能够相对于带64定位以及形成互锁机械接头98的配合互锁特征102和104能够接合。在一个实施例中，整个厚度的包括带64的层96可以被分开以适应喷嘴100或105的组装。在替代实施例中，仅包括带64的层96的部分厚度可以被分割以适应喷嘴100或105的组装。在实施例中，一个或多个突起102和一个或多个凹部104分别围绕带64，叶片62和/或腔体包裹物78中的凹部侧壁88的完整或部分周边形成。在替代实施例中，互锁特征可包括分别围绕凹部侧壁88，叶片62和/或腔体包裹物78的完整或部分周边形成的多个单独形成的突起102和配合凹部104。
诸如SiC的整体陶瓷通常是脆性材料。这种材料的应力应变曲线通常是直线，其当样品破裂时终止。失效应力通常由缺陷的存在决定，并且由于关键性缺陷的快速裂纹增长而导致失效。突然的失败有时被称为脆性或灾难性的失效。虽然陶瓷的强度和失效应变是依赖缺陷的，但是失效应变大约为～0.1％并不罕见。
通常，CMC材料包括高强度陶瓷型纤维，例如由COI Ceramics，Inc制造的Hi-NicalonTM Type S。光纤嵌入陶瓷型基质中，例如SiC或含有残留游离硅的SiC。在SiC-SiC复合物的实例中，其中SiC纤维增强SiC基质，通常将诸如氮化硼的界面涂层应用到纤维上。该涂层允许纤维从基质中脱粘并在基质裂缝附近滑动。SiC-SiC复合物的快速断裂的应力-应变曲线通常具有初始线性弹性部分，其中应力和应变彼此成比例。随着载荷的增加，最终基质会破裂。在制作精良的复合物中，裂缝将通过增强纤维桥接。随着复合物上的载荷进一步增加，将形成额外的基质裂缝，并且这些裂缝也将由纤维桥接。当基质破裂时，它会对纤维产生载荷，应力应变曲线变为非线性。非线性应力-应变行为的开始通常被称为比例极限或基质开裂应力。桥接纤维赋予复合物韧性，因为它们从基质中脱粘并在基质裂缝附近滑动。在穿透裂缝的位置处，纤维承载施加到复合物上的整个载荷。最终，负载足够大以至于纤维失效，这导致复合物失效。CMC在基质开裂后承载载荷的能力通常被称为优雅失效。CMC表现出的损伤容限使其比灾难性失效的单个陶瓷更理想。
CMC材料至少在一定程度上是正交各向异性的，即材料在平行于纤维长度的方向(纤维方向或0度方向)上的拉伸强度强于垂直方向上(90度或层间/穿透厚度方向)的拉伸强度。如模量和泊松比的物理性质也在纤维取向方面不同。大多数复合物具有沿多个方向取向的纤维。例如，在预浸料MI SiC-SiSiC CMC中，该架构由单向纤维的多层组成。一种常见的架构由0度和90度纤维的交替层组成，其赋予纤维平面内所有方向上的韧性。然而，这种层级架构不具有在穿透厚度或层间方向上延续的纤维。因此，该复合物的强度和韧性在层间方向上低于在面内方向上的强度和韧性。
当基质裂缝被纤维桥接时，CMC表现出韧性的行为和优雅的失效。这里最关心的是响应于施加的载荷，在形成喷嘴34的一部分的CMC材料部件连接在一起时形成的接头的失效。如果任何接头在使得它们能够在不破坏纤维的情况下发生失效和分离的方向上被加载时，那么该接头可能会发生脆性，灾难性的失效。或者，如果任何接头在使得基质在接头中开裂之后纤维桥接裂缝的方向上被加载时，则存在接头的韧性，损伤容限，优雅失效的可能性。
现在参照图8，以简化截面图示出了用于连接叶片62和带64以形成更大的部件结构，更具体地，通常标记为110的喷嘴，的互锁机械接头98的替代实施例。应当注意，在示出和描述互锁机械接头的实施例中，仅示出了围绕腔体包裹物78和带64中的开口82形成的互锁接头的一部分。在图8的实施例中，如前所述，示出了叶片62在互锁机械接头98处与带64连接。在所示实施例中，叶片62和带64由陶瓷基质复合物(CMC)形成，包括嵌入基质中的增强纤维。在替代实施例中，叶片62或带64形成为陶瓷整体式子部件。如图8中最佳示出的，叶片62和带64示出为在互锁机械接头98处彼此连接。在该特定实施例中，互锁机械接头98被构造为典型的木工榫眼和榫式接头。更具体地，叶片62和带64构造成其中带64的突起102与形成在叶片62中的凹部104接合。在替代实施例中，凹部104以图7B的方式形成在腔体包裹物78中。在实施例中，突起102和凹部104各自分别围绕凹部侧壁88，叶片62和/或腔体包裹物78的完整或部分周边形成。在替代实施例中，互锁特征可包括分别围绕凹部侧壁88，叶片62和/或腔体包裹物78的完整或部分周边形成的多个单独形成的突起102和配合凹部104。
如先前关于图5-7B的喷嘴100所述，在组装喷嘴110期间，包括带64的层96被分开，例如沿着线106(图6)分开，以使得能够相对于带64定位叶片62和能够使形成互锁机械接头98的配合互锁特征102和104接合。在实施例中，整个厚度的包括带64的层96可以被分开以适应喷嘴110的组装。在替代实施例中，仅部分厚度的包括带64的层96可以被分开以适应喷嘴110的组装。
如图8的放大图所示，在本文公开的实施例中，形成本文公开的喷嘴子部件的每个部件，包括叶片62，带64和任何另外的互锁部件(当前描述)，由多个纤维94构成，纤维94形成在相应部件的平面内取向的层96，以便提供改进的接头互锁并使接头失效最小化。在图8的实施例中，如图所示，多个纤维94在层94a中从顶部延伸到底部，并在层94b中进出纸张。在所示实施例中，层96的架构关于部件的中平面对称。保持部件层96的对称性有助于使由于0度和90度层之间的任何差异而可能出现的任何变形或应力最小化。所示的8层面板示出为具有典型的架构(0/90/0/90：90/0/90/0)，其关于中平面Mp对称。在替代实施例中，层96关于中平面Mp不对称。在又一替代实施例中，该架构包括沿不同于0度或90度的方向定向的层96，例如+/-45度，一些其他角度或各种角度的组合。在一个实施例中，预期的加载方向将要求叶片62或带64彼此拉开(在图中定向的竖直方向上)。在实施例中，形成叶片62和带64的多个层96不通过纤维连接，因为没有纤维桥接接头98。带64的突起102中的纤维94与叶片62中的纤维94互锁，因此需要断开以使叶片62或带64彼此分离。以这种方式，接头在加载方向上具有韧性。
现在参照图9-12，以简化的剖视图和立体图示出了互锁机械接头的实施例，用于连接叶片62和带64以形成更大的部件结构，更具体地，通常分别标记为120，130的喷嘴。更具体地，如图9和10所示，示出了包括互锁机械接头98的喷嘴120的实施例。类似于示出和描述互锁机械接头的先前实施例，仅示出了在叶片62和带64之间形成的互锁接头的一部分。在该特定实施例中，至少一个互锁机械接头98由腔体包裹物78中的弯曲形成，更具体地，通过围绕形成在带64中的开口82弯曲腔体包裹物78以使叶片62和桨叶62和带64互锁。在图9和10的实施例中，如前所述，图示的是叶片62在互锁机械接头98处与带64连接。在所示实施例中，叶片62和带64由陶瓷基质复合物(CMC)形成，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维。在替代实施例中，叶片62或带64形成为陶瓷整体式子部件。如前所述，互锁机械接头98通过相对于带64弯曲腔体包裹物78的至少一部分而形成，以防止叶片62和带64之间的移动。图10示出了延伸穿过带64的腔体包裹物78。在替代实施例中，腔体包裹物78可以埋在带64的层中，由此带64的层形成在互锁特征98的顶部上。
在通常标记为130的喷嘴的另一个替代实施例中，如图11和12中最佳示出的，在腔体包裹物78以使叶片62在带64中的开口82内接合的方式弯曲(如参考图9和10描述的)之后，附加的互锁特征，更具体地说，互锁插入件132定位成进一步使叶片62相对于带64互锁。
如前面关于图5-7B的喷嘴100所描述的，在喷嘴120，130的组装期间，其中腔体包裹物78被预先构造成在组装之前包括弯曲部，更具体地“预先扩口”，包括带64的层96可以被分开，例如沿着线106(图6)，以使叶片62能够相对于带64定位并且接合以形成互锁机械接头98。在替代实施例中，如果在叶片62相对于带64定位之后腔体包裹物78弯曲，则层96不需要被分开以适应喷嘴120，130的组装。在又一替代实施例中，包括叶片62的层96可以被分开以适应腔开口82的轮廓，而不管组装顺序如何。
现在参照图13和14，以简化的剖视图和立体图示出了互锁机械接头98的另一个实施例，用于连接叶片62和带64以形成更大的部件结构，更具体地，通常标记为140的喷嘴。更具体地，示出了包括互锁机械接头98的喷嘴140的实施例。类似于示出和描述互锁机械接头的先前实施例，仅示出了形成在叶片62和带64之间的互锁接头98的一部分。在该特定实施例中，至少一个互锁机械接头98由另外的互锁特征形成，并且更具体地由另外的互锁子部件形成，即，一个或多个带状物142，也称为箍筋。如图所示，带状物142围绕腔体包裹物78的内部定位，并且使叶片62相对于带64围绕形成在带64中的开口82锚定，以使叶片62和带64互锁。在所示实施例中，叶片62，带64和多个带状物142由陶瓷基质复合物(CMC)形成，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维。在替代实施例中，叶片62，带64和/或多个带状物142中的任何一个形成为陶瓷整体式子部件。多个带状物142提供叶片62和带64的互锁，并防止叶片62和带64之间的移动。
图14示出了多个带状物142，其围绕形成在带64中的开口82联接到腔体包裹物78和带64。类似于图5的实施例，结果，形成叶片62和带64的多个纤维(类似于先前关于图8描述的纤维94)相对于彼此以基本直角定向。在该特定实施例中，叶片62和带64不通过纤维连接，因为没有纤维桥接互锁机械接头98。
现在参照图15-17，示出了用于连接叶片62和带64以形成更大的部件结构(更具体地，通常标记为150的喷嘴)的互锁机械接头98的替代实施例。图15是联接到带64的叶片62的一部分的简化剖视图。图16是穿过带54的凸片层(当前描述)截取的横截面图，图17是在带64和叶片62的外表面86处观看的俯视图。在该特定实施例中，互锁机械接头98包括至少一个互锁特征，更具体地，与带64的中间凸片层156一体形成，并且以与形成在叶片62中的多个凹部154配合地接合的方式围绕开口82延伸的多个凸片152。在一个替代实施例中，凸片152可以构造成完全延伸通过叶片62，与形成通过叶片62的凹部154配合地接合。凸片152包括在凹部154中的固定或非固定插入，使得凸片152至少部分地延伸穿过叶片62。应注意，在实施例中，凹部154可以形成在腔体包裹物78中。类似于先前公开的实施例，结果，形成带64的多个纤维(类似于先前关于图8描述的纤维94)定向成与形成叶片62的多个纤维基本成直角。在该实施例中，叶片62和带64不通过纤维连接，因为没有纤维桥接互锁机械接头98。
如图16中最佳所示，在组装喷嘴150期间，至少一部分包括带64的层96被分开，例如沿着线106，以使得能够相对于带64定位叶片62，和能够实现配合的互锁特征的接合，更具体地，形成互锁机械接头98的凸片152和凹部104。在实施例中，整个厚度的包括带64的层96可以被分开以适应喷嘴150的组装。在替代实施例中，例如图16和17所示，只有部分厚度的包括带64的层(通常标记为156)，更具体地，其中形成有凸片152的层96，可以被分开以适应喷嘴150的组装，而后续层(通常标记为158)不需要分开，如图17中最佳示出的。在实施例中，互锁特征包括分别围绕凹部侧壁88和叶片62的完整周边形成的多个单独形成的凸片152和配合凹部154。在替代实施例中，互锁特征包括分别仅围绕凹部侧壁88和叶片62的周边的一部分形成的多个单独形成的凸片152和配合凹部154。还应注意，虽然仅示出了四个凸片152和配合凹部154，但是可以包括任何数量的凸片和配合凹部。
现在参考图18-22，示出了互锁机械接头98的另外的实施例。更具体地，图18以简化的剖视图示出喷嘴160的一部分，其大致类似于图1的喷嘴34的一部分，包括互锁机械接头98。图19是示出图18的中间带层的俯视图，更具体地，在带64中形成的多个接收槽(当前描述的)。图20是图18的中间带层的替代实施例的俯视图，更具体地，在带64中形成的多个接收槽(当前描述)。类似地，图21以简化的剖视图示出喷嘴170的一部分，其大致类似于图1的喷嘴34的一部分，包括互锁机械接头98。图22是示出图21的中间带层俯视图，更具体地，在带64中形成的多个接收槽(当前描述的)。
在图18-22的实施例中，互锁机械接头98包括至少一个另外的互锁子部件162，其包括至少一个互锁CMC销164，也称为饼，每个都设置在叶片62中形成的多个接收槽166中的一个和带64中形成的多个接收槽168中的一个内以形成互锁机械接头98。至少一个互锁CMC销164通常类似于木制细木工领域中的“饼”。在图18和19的实施例中，互锁CMC销164从叶片62的腔表面68延伸长度“L1”进入带64的大部分。在图20的实施例中，形成在叶片62(未示出)中的多个接收槽166和形成在带64中的多个接收槽168从叶片62的腔表面68延伸长度“L2”，通过整个带64，其中L1<L2，从而使得用于图20的互锁CMC销164长于图18和19的互锁CMC销164。另外，在图20的实施例中，互锁CMC销164(未示出)可以从带64的外部插入。在图21和22的实施例中，互锁CMC销164从叶片62的腔表面68延伸长度“L3”，刚好进入带64的一部分，其中L3<L2，从而使得图21和22中的互锁CMC销164比图18,19和20中的互锁CMC销164短。在实施例中，当使用诸如胶水的基质时，多个接收槽166,168和互锁CMC销164不需要构造有紧密公差。在替代实施例中，多个接收槽166,168和互锁CMC销164构造有紧密公差。
互锁CMC销164在叶片62和带64之间提供增韧或更强的接头。如本文所述，增韧接头将具有增强的承受施加在叶片62和带64上的施加力的能力。为了提供这种互锁CMC销164，叶片62在其中形成有接收槽166，其延伸跨越叶片62的层间厚度“T”。在替代实施例中，接收槽166可以延伸跨越叶片62的部分层间厚度。为了将互锁CMC销164定位在相应的接收槽166,168中，叶片62(更具体地，腔体包裹物78)在完成带64的层96的堆积之前被定位在形成于带64中的开口82内。互锁CMC销164插入叶片62的接收槽166中，滑动配合，直到互锁CMC销164与叶片62中的接收槽166接合。接下来，图19和20中所示的层96的中间层(包括在制造期间形成的多个槽168)围绕互锁CMC销164定位。然后制造带64的后续层96以完成带64的制造。在替代实施例中，叶片62中的接收槽166和/或带64中的接收槽168可以在喷嘴子部件的组装之后通过机加工操作形成，在后续步骤内互锁CMC销164相对于其定位。通过加工槽166,168，带64将不需要在多个步骤中制造。
在所示实施例中，每个互锁CMC销164构造成具有基本上梯形的形状，由此梯形的纵横比提供比简单的圆销更大的剪切载荷承载能力。在替代实施例中，互锁CMC销可具有任何几何形状，包括但不限于椭圆形，圆形，矩形等。多个互锁CMC销164中的一个设置在每个槽166,168内，以便以形成互锁机械接头98的方式接合叶片62和带64。类似于包括凸片154的先前实施例(图15-17)，互锁CMC销164可包括在接收槽166,168中的固定或非固定插入。另外，类似于先前的实施例，结果，形成叶片62和带64的多个纤维(类似于先前关于图8描述的纤维94)彼此基本上成直角定向。另外，形成叶片62的多个纤维94和形成互锁CMC销164的纤维94彼此基本成直角定向。在图18-22的实施例中，叶片62，带64和互锁CMC销164不通过纤维连接，因为没有纤维桥接互锁机械接头98。在替代实施例中，纤维在一个方向上取向(全部为0度或全部为90度，取决于参考角度)。在实施例中，互锁CMC销164包括其单向定向的所有纤维(即，在页面上从左向右延续)。在图18和19所示的实施例中，示出了四个互锁CMC销164，并且在图21和22的实施例中，示出了三个互锁CMC销164。应该理解，互锁机械接头98可包括任何数量的互锁CMC销164和配合接收槽166,168。
现在参照图23-25，以示意图分别示出了形成喷嘴部件180,185(例如图1的喷嘴34)的一部分的叶片62和带64的部分。如在前面的实施例中那样，喷嘴180,185包括叶片62，带64和至少一个互锁机械接头98。如图22和24中最佳示出的，在该特定实施例中，叶片62，更具体地，腔体包裹物78，在其中限定了形成在其中并沿着纵向延伸的下边缘79的多个齿状结构182。另外，如图24中最佳示出的，带64包括围绕开口80的多个齿状结构184。在替代实施例中，如图25中最佳示出的，叶片62在至少一部分周边92周围限定了从叶片62的端部93延伸的多个齿状结构182。另外，带64在凹部84的表面90中包括多个齿状结构184，以便与齿状结构182接合。在又一替代实施例中，多个齿状结构182可以围绕叶片62的周边92和围绕腔体包裹物78形成，其中在带64中形成配合齿状结构184。
当叶片62的多个齿状结构182与带64的多个齿状结构184配合地接合时，限定互锁机械接头98。应注意，多个齿状结构182,184中的至少一组被几何构造，以便相对多个齿状结构182,184中的另一个锁定。
类似于包括凸片154的先前实施例(图15-17)，互锁的多个齿状结构182,184可相对于彼此固定或不固定。另外，类似于先前的实施例，结果，形成叶片62和带64的多个纤维(类似于先前关于图8描述的纤维94)彼此基本上成直角定向。在图23-25的实施例中，叶片62和带64不通过纤维连接，因为没有纤维桥接互锁机械接头98。在图23和24所示的实施例中，示出了叶片62的六个互锁齿状结构182和带64的六个配合的互锁齿状结构184。应当理解，在替代实施例中，互锁机械接头98可包括任何数量的互锁齿状结构182,184，用于将叶片62联接到带64。另外，在替代实施例中，互锁机械接头98可包括围绕叶片62的周边92(图2)形成的任何数量的互锁齿状结构，特别是在后缘76(图2)处。
图26是根据本文公开的实施例的形成陶瓷基质复合物(CMC)喷嘴的方法200的流程图。如图24所示，方法200包括在步骤202中提供由包括嵌入基质中的增强纤维的陶瓷基质复合物(CMC)组成的叶片和带。
叶片和带中的每一个包括一个或多个互锁特征。在一个实施例中，至少一个互锁特征可包括一个或多个突起，凹部，凸片和/或齿状结构。在一个实施例中，喷嘴还可包括一个或多个互锁子部件，例如插入件，带状物和/或互锁CMC销，如前所述。在一个实施例中，附加的互锁子部件由陶瓷基质复合物(CMC)组成，陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维。如前所述，多个增强纤维沿着叶片，带和附加的互锁子部件的长度定向。
接下来，在步骤204中，叶片和带在互锁机械接头处彼此机械地连接，以形成喷嘴。根据任何前述实施例可以包括至少一个互锁机械接头。叶片和带以使叶片的增强纤维与带的增强纤维基本垂直的方式相互连接。互锁机械接头在CMC制造过程中以高压灭菌(AC)状态，燃尽(BO)状态或熔体渗透(MI)状态之一形成。在一个实施例中，互锁机械接头可以包括将部件直接粘合在一起，或者部件可以通过硅，碳化硅，它们的组合或其他合适的材料结合。结合材料可以沉积为基质前体材料，随后通过MI，CVI或PIP致密化。或者，结合材料可以通过MI，CVI或PIP生产，而不在接头中使用基质前体。如前所述，本文所述的接头可以在CMC处理的任何适当阶段形成。也就是说，叶片，带和/或包括的互锁子部件可由绿色预浸料，层压预制件，热解预制件，完全致密化的预制件或其组合构成。
因此，描述了使用互锁机械接头来连接多个子部件，更具体地，使用互锁机械接头，包括一个或多个凸片，突起，凹部，齿状结构或加强CMC销，其中包括子部件或互锁装置的陶瓷纤维需要被破坏，以便在预期的加载方向上分离接头。虽然一些现有的互锁机械接头以这种方式起作用，但是其他的不会并且可能通过在层间方向上剪切互锁特征而失效。如本文所述的互锁机械接头提供了构成接头的子部件的加强，而不增强接头本身。该方法可以极大地简化制造过程并防止可能在与加强正交的方向上发生的性质损失。如本文所述的子部件的互锁机械连接可以在层压之前的铺设状态，在CMC制造过程的高压灭菌(AC)，烧尽(BO)或熔体渗透(MI)状态或其组合中完成。对于在MI状态下制造的接头，接头可能留下“脱胶”。这些接头也可能更容易修复。在一个实施例中，诸如平板之类的简单形状可以是绿色加工的(在高压灭菌状态下)并且使用如本文所述的木工类型互锁机械接头组装。在实施例中，CMC基质前体浆料(或其变体)可用于将CMC子部件粘合或胶合在一起。最终的致密化和粘合发生在MI状态。
虽然已经根据一个或多个特定实施例描述了本发明，但是显然本领域技术人员可以采用其他形式。应当理解，在本文示出和描述的方法中，可以在未示出的同时执行其他过程，并且可以根据各种实施例重新布置过程的顺序。另外，可以在一个或多个所描述的过程之间执行中间过程。本文示出和描述的过程流程不应被解释为对各种实施例的限制。
本书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域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结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
本发明的各种特征，方面和优点也可以体现在以下条项中描述的各种技术方案中，这些方案可以以任何组合方式组合：
1.一种陶瓷基质复合物(CMC)部件，其特征在于，包括：
叶片，所述叶片由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维；
带，所述带由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维，所述带包括在其中形成表面的互锁凹部；和
至少一个互锁机械接头，所述至少一个互锁机械接头连接所述叶片和所述带，以形成所述陶瓷基质复合物(CMC)部件。
2.根据条项1所述的部件，其特征在于，其中所述叶片包括腔体包裹物，所述腔体包裹物至少实质上延伸穿过所述叶片并在其中限定腔，所述腔体包裹物构造成与所述带中的开口接合。
3.根据条项2所述的部件，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括一个或多个突起，所述一个或多个突起被限定在所述带中，并且与形成在所述叶片中的相应的一个或多个凹部配合地接合。
4.根据条项2所述的部件，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括所述腔体包裹物中的弯曲部，所述弯曲部使所述腔体包裹物与形成在所述带中的所述开口配合地接合。
5.根据条项4所述的部件，其特征在于，进一步包括插入件，所述插入件定位在所述腔体包裹物中的所述弯曲部附近。
6.根据条项2所述的部件，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括将所述叶片联接到所述带的一个或多个带状物。
7.根据条项2所述的部件，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括多个凸片，所述多个凸片被限定在所述带中并与形成在所述叶片中的多个凹部配合地接合。
8.根据条项2所述的部件，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括至少一个陶瓷基质复合物(CMC)销，每个所述销被设置在所述带中的槽中并与形成在所述叶片中的槽配合地接合。
9.根据条项2所述的部件，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括多个齿状结构，所述多个齿状结构形成在至少一个所述腔体包裹物中并且围绕所述叶片的周边，所述叶片的所述多个齿状结构与形成在所述带中的多个齿状结构配合地接合。
10.根据条项1所述的部件，其特征在于，其中所述部件是燃气涡轮发动机部件。
11.一种用于燃气涡轮的喷嘴，其特征在于，包括：
叶片，所述叶片包括腔体包裹物，所述腔体包裹物纵向延伸通过所述叶片并从所述叶片的至少一端延伸且在其中限定腔，所述叶片由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维；
带，所述带包括形成在其中的开口和限定在外表面中的凹部，所述带由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维；和
至少一个互锁机械接头，所述至少一个互锁机械接头连接所述叶片和所述带，以形成所述喷嘴，
其中所述腔体包裹物被构造成在所述至少一个互锁机械接头处与所述带中的所述开口接合。
12.根据条项11所述的喷嘴，其特征在于，其中所述凹部被构造成与所述叶片的外周边的至少一部分接合。
13.根据条项11所述的喷嘴，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括一个或多个突起，所述一个或多个突起被限定在所述带中并且与形成在所述叶片中的相应的一个或多个凹部配合地接合。
14.根据条项11所述的喷嘴，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括所述腔体包裹物中的弯曲部，所述弯曲部使所述腔体包裹物与形成在所述带中的所述开口配合地接合。
15.根据条项14所述的喷嘴，其特征在于，进一步包括插入件，所述插入件定位在所述腔体包裹物中的所述弯曲部附近。
16.根据条项11所述的喷嘴，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括将所述叶片联接到所述带的一个或多个带状物。
17.根据条项11所述的喷嘴，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括限定在所述带中的多个凸片，所述多个凸片与形成在所述叶片中的多个槽配合地接合。
18.根据条项11所述的喷嘴，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括至少一个陶瓷基质复合物(CMC)销，每个所述销被设置在所述带中的槽中并与形成在所述叶片中的槽配合地接合。
19.根据条项11所述的喷嘴，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头包括多个齿状结构，所述多个齿状结构形成在至少一个所述腔体包裹物中或围绕所述叶片的周边，所述叶片的所述多个齿状结构与形成在所述带中的多个齿状结构配合地接合。
20.一种形成陶瓷基质复合物(CMC)部件的方法，其特征在于，包括：
提供叶片，所述叶片由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维；和
提供带，所述带由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维，
其中所述叶片和所述带中的每一个包括多个互锁特征，其中所述一个或多个互锁特征包括至少一个互锁接头和形成在所述带中的凹部；和
在所述多个互锁特征处将所述叶片机械地连接到所述带，以在两者之间形成至少一个互锁机械接头。
21.根据条项20所述的方法，其特征在于，其中所述至少一个互锁机械接头包括以下中的至少一个：
一个或多个突起，所述一个或多个突起被限定在所述带中并与形成在所述叶片中的相应的一个或多个凹部配合地接合；
弯曲部，所述弯曲部在所述叶片中将所述叶片的一部分与形成在所述带中的所述开口配合地接合；
一个或多个带状物，所述一个或多个带状物将所述叶片联接到所述带；
多个凸片，所述多个凸片限定在所述带中，所述多个凸片与形成在所述叶片中的多个槽配合地接合；
至少一个陶瓷基质复合物(CMC)销，每个所述销被设置在所述带中的槽中，并与形成在所述叶片中的槽配合地接合；和
多个齿状结构，所述多个齿状结构形成在所述叶片中，并与形成在所述带中的多个齿状结构配合地接合。

Claims (10)

1.一种陶瓷基质复合物(CMC)部件(60,100,105,110,120,130,140,150,160,170,180,185)，其特征在于，包括：
叶片(62)，所述叶片(62)由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维(94)；
带(64)，所述带(64)由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维(94)，所述带(64)包括在其中形成表面的互锁凹部(84)；和
至少一个互锁机械接头(98)，所述至少一个互锁机械接头(98)连接所述叶片(62)和所述带(64)，以形成所述陶瓷基质复合物(CMC)部件。
2.根据权利要求1所述的部件(60,100,105,110,120,130,140,150,160,170,180,185)，其特征在于，其中所述叶片(62)包括腔体包裹物(78)，所述腔体包裹物(78)至少实质上延伸穿过所述叶片(62)并在其中限定腔(80)，所述腔体包裹物(78)构造成与所述带(64)中的开口(82)接合。
3.根据权利要求2所述的部件(100,105,110)，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头(98)包括一个或多个突起(102)，所述一个或多个突起(102)被限定在所述带(64)中，并且与形成在所述叶片(62)中的相应的一个或多个凹部(104)配合地接合。
4.根据权利要求2所述的部件(120,130)，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头(98)包括所述腔体包裹物(80)中的弯曲部，所述弯曲部使所述腔体包裹物(80)与形成在所述带(64)中的所述开口(82)配合地接合。
5.根据权利要求2所述的部件(140)，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头(98)包括将所述叶片(62)联接到所述带(64)的一个或多个带状物(142)。
6.根据权利要求2所述的部件(150)，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头(98)包括多个凸片(152)，所述多个凸片被限定在所述带(62)中并与形成在所述叶片(62)中的多个凹部(154)配合地接合。
7.根据权利要求2所述的部件(160,170)，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头(98)包括至少一个陶瓷基质复合物(CMC)销(164)，每个所述销被设置在所述带(64)中的槽(168)中并与形成在所述叶片(62)中的槽(166)配合地接合。
8.根据权利要求2所述的部件(180,185)，其特征在于，其中所述至少一个互锁接头(98)包括多个齿状结构(182)，所述多个齿状结构形成在至少一个所述腔体包裹物(80)中并且围绕所述叶片(62)的周边，所述叶片(62)的所述多个齿状结构(182)与形成在所述带(64)中的多个齿状结构(184)配合地接合。
9.根据权利要求1所述的部件(60,100,105,110,120,130,140,150,160,170,180,185)，其特征在于，其中所述部件是燃气涡轮发动机部件。
10.一种形成陶瓷基质复合物(CMC)部件(60,100,105,110,120,130,140,150,160,170,180,185)的方法(200)，其特征在于，包括：
(202)提供叶片(62)，所述叶片由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维(94)；和
(202)提供带(64)，所述带由陶瓷基质复合物(CMC)组成，所述陶瓷基质复合物包括嵌入基质中的增强纤维(94)，
其中所述叶片(62)和所述带(64)中的每一个包括多个互锁特征，其中所述一个或多个互锁特征包括至少一个互锁接头(98)和形成在所述带(64)中的凹部(84)；和
(204)在所述多个互锁特征处将所述叶片(62)机械地连接到所述带(64)，以在两者之间形成至少一个互锁机械接头(98)。
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