CN111448346A - 一种纤维结构和包含该结构的复合材料部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维结构(200)，所述纤维结构(200)包括通过多层三维编织结合在一起的多个纬纱层和多个经纱层，纤维结构(200)包括在经向上相邻的至少第一部分(203)和第二部分(204)，第一部分(203)在垂直于经向和纬向的方向上的厚度大于第二部分(204)的厚度，其特征在于，第一部分(203)包括在其芯部(2031)的至少一种纤维织构(ML)，纤维织构(ML)通过三维编织经纱层和纬纱层以充纱罗编织形式获得，所述至少一个织构(ML)存在于皮(2032；2033)之间，皮(2032；2033)存在于第一部分(203)的表面并且通过经线(C3；C16)连接至皮(2032；2033)，所述经线(C3；C16)属于局部地转移到所述织物中的所述皮。

Description

一种纤维结构和包含该结构的复合材料部件
背景技术
本发明涉及由复合材料制造部件，并且更具体地涉及通过三维(3D)或多层编织制造用于这种部件的纤维增强结构。
本发明的应用领域是由结构复合材料制造部件，即具有由基质致密化的纤维增强结构的部件。复合材料使得待制造部件能够在其由金属材料制造时具有的总重量低于相同部件的总重量。
本发明更具体地涉及由复合材料制造的部件，所述部件包括一个或多个局部额外厚度的部分，例如应用于空气发动机叶片的根部，其对应于复合材料部件中厚度变化大的区域。对于由复合材料制造的具有变化厚度的部件，厚度的变化受控于用于构成部件的增强件的纤维结构。
已经提出了由用于涡轮机发动机的复合材料制造叶片。具体地可以参考由斯奈克玛和斯奈克玛动力部件公司(Snecma Propulsion Solide)联合提交的专利申请US 2011/0311368。该申请描述了由复合材料制造涡轮机发动机叶片，该涡轮机发动机叶片包括由基质致密的纤维增强件，构成增强件的纤维坯料由多层编织制成，并且包括形成翼面预制件的小厚度的第一部分和形成叶片根部预制件的大厚度的第二部分。在这种情况下，叶片根部预制件使用插入件制成，以便在叶片的对应于其根部的部分中形成灯泡形区域。
然而，用于形成叶片根部的技术使得叶片的工业制造更加复杂并且增加了其制造成本，因为它导致材料的大量损失并且需要减慢生产速度的困难的处理。此外，同样由复合材料制成的插入件需要被致密化和机加工，从而导致额外的成本并且可能导致部件被拒绝。
预制件的纺织品，其天然是软的，与插入件机械地相互作用并且可以特别地导致纺织品中的剪切、导致插入件的转动、导致纺织品和插入件之间互连的损失等。
此外，发现难以对预制件的待形成叶片根部的部分进行模制和致密化，特别是因为灯泡形根部的轮廓的公差非常小(大约十分之一毫米量级)，并且因为叶片的该部分在机械性能方面呈现出严格的要求，假定叶片根部集中了施加到叶片的大部分力。
如具体在文献US 7101154和US 2011/0311368中描述的另一个解决方案在于增加纤维结构中更大厚度的部分中的纱线的重量(以及因此截面)，以便减小在3D纤维结构被压缩成形的同时减小厚度的能力。尽管如此，使用高重量的纱线局部地增加了预制件中的纤维组分。如果纤维组分太大，所得孔隙网络不足以使基质的部件能够良好地进入预制件的芯部，并因此不足以获得均匀并因此呈现良好机械性能的复合材料。
因此，期望能够具有包括更大厚度的部分的可用的3D或多层纤维结构，而不存在上述缺点。
发明内容
为此，在第一方面，本发明提供了一种纤维结构，所述纤维结构包括通过多层三维编织相互连接的多个纬纱层和多个经纱层，纤维结构具有在经向上相邻的至少第一部分和第二部分，第一部分在垂直于经向和纬向的方向上呈现厚度大于第二部分的厚度，结构的特征在于，第一部分在其芯部具有至少一种纤维织物，该纤维织物通过三维编织经纱和纬纱以充纱罗(Mock Leno)编织网格形式获得；所述至少一个织物存在于两个皮之间并通过经纱连接到皮，两个皮存在于第一部分的表面处，所述经纱属于局部地偏转到所述织物中的所述皮。
在纤维结构的芯部中使用Mock Leno编织纤维织物使得可以获得第一和第二部分之间的厚度的较大变化，同时控制第一部分的芯部中的纤维组分。此外，这种Mock Leno编织织物能够使基质的成分非常好地渗透纤维结构的芯部中，因为其呈网格形式的透孔织物结构，并且其与使用高重量的线束线相容。本发明的纤维结构完全是纺织品(即，没有任何添加的插入物)，并且该结构的纱线通过3D或多层编织相互连接，因此使得可以确保结构不能被分层。
Mock Leno编织织物包括多个纬纱层，并且其特征在于它通过将多根经纱与多根纬纱编织而形成，并且它至少包括：
·第一组经纱，其包括至少一个层间连接经纱，该层间连接经纱将织物的第一层的纬纱连接至织物的第二层的纬纱，所述织物的第二层邻近第一层；以及
·第二组经纱，其与第一组经纱不同并且在纬纱方向上与其相邻，所述第二组包括至少一个层间连接经纱，该层间连接经纱将第一层的纬纱连接到第二层的纬纱，并且该层间连接经纱与纬纱的互连方向与由第一组的层间连接经纱与纬纱的的互连方向相反。
贯穿本文和所有附图，按照惯例和出于方便的原因说明并示出：经纱是从其路径偏转以便保持纬纱的纱线。尽管如此，经纱和纬纱之间的这些作用可以反转，并且这种反转应当被认为也被权利要求覆盖。
第一组和第二组中的每一组中的层间连接经纱与纬纱以相反互连方向互连的事实使得可以避免这两种连接纱接触。该特征使得可以保持第一组和第二组经纱之间沿纬纱方向的非零间距，由此赋予织物网格形状，该织物具有通过其厚度形成的通道，这些通道中的每一个由两组相邻经纱沿纬纱方向限定和由两组相邻纬纱沿经向限定。这些通道的存在使之有可能给Mock Leno织物提供一种透孔织物开放结构，因此特别地用于使基质的成分能够很好地渗透到芯部中。
优选地，第一组经纱和第二组经纱中的每一组包括位于层间连接经纱的两侧上的至少两根横向经纱，这些横向经纱中的每一根与第一层的纬纱互连。
还优选地，第一组的横向经纱与纬纱互连的方向与第二组的横向经纱与纬纱互连的方向相反。
在一种实施方式中，Mock Leno编织纤维织物在垂直于经向和纬向的方向上具有朝向第二部分减小的厚度。
这样的特征是有利的，以便控制第一部分的形状并且确保与第二部分的厚度过渡。
在一种实施方式中，第一部分和第二部分具有在所述第一部分和第二部分之间连续编织的相同数目的经纱，并且第一部分在其芯部中包括的经纱层的数目大于第二部分的芯部中存在的经纱层的数目。
通过细分第一部分芯部中的经纱层(即，通过改变它们的计数)，可以控制第一部分芯部中的纤维组分，同时在整个纤维结构上保持皮中的令人满意的经纱/纬纱比。举例而言，第一部分在其芯部中可包括经纱层的数目等于第二部分芯部中存在的经纱层的数目的两倍。
在一种实施方式中，结构包括碳纱或陶瓷材料纱。纱线的陶瓷材料例如可以是诸如氧化铝的氧化物材料，或者诸如碳化硅的非氧化物材料。
本发明还提供了一种复合材料部件，其包括由基质致密化的纤维增强件，所述纤维增强件由如上所述的纤维结构构成。
在一种实施方式中，部件对应于涡轮机叶片，纤维结构的第一部分构成纤维增强件的叶片根部。
本发明还提供通过在多个纬纱和多个经纱之间的多层三维编织的纤维结构的制造方法，纤维结构具有在经向上相邻的至少第一部分和第二部分，第一部分在垂直于经向和纬向的方向上呈现厚度大于第二部分的厚度，该方法的特征在于，第一部分是借助于三维编织经纱层和纬纱层的步骤来制造的，其中纤维织物是以第一部分的芯部以Mock Leno编织网格的形式与第一部分的表面处的皮一起形成的，皮的编织被局部修改，以使一定经纱从所述皮偏转，并用Mock Leno编织织物对其进行编织。
在该方法的一种实施方案中，Mock Leno编织织物在垂直于经向和纬向的方向上具有朝向第二部分减小的厚度。
在该方法的一种实施方案中，第一和第二部分具有在第一和第二部分之间连续编织的相同数目的经纱，并且第一部分在其芯部中包括的经纱层的数目大于第二部分的芯部中存在的经纱层的数目。
在该方法的一种实施方案中，第一部分在其芯部中包括的经纱层的数目等于第二部分的芯部中存在的经纱层的数目的两倍。
在该方法的一种实施方案中，纤维结构包括碳纱或陶瓷材料纱。纱线的陶瓷材料例如可以是诸如氧化铝的氧化物材料，或者诸如碳化硅的非氧化物材料。
附图说明
本发明的其他特征和优点从作为非限制性示例给出的并且参照附图描述的本发明的具体实施方式的以下说明中显现，其中：
图1是用于制造本发明的实施方式中的航空发动机叶片的纤维结构的多层编织的示意图；
图2至17是放大比例的纬纱截面图，部分示出了图1纤维结构中更大厚度的部分的编织的16个连续平面；
图18是由图1的纤维结构获得的叶片纤维预制件的示意性透视图；
图19是通过用基质致密化图18的预制件获得的复合材料预制件的示意性透视图；以及
图20是用Mock Leno编织的织物编织的照片。
具体实施方式
本发明一般地适用于制造适于构成用于制造复合材料部件的纤维增强件或预制件的纤维结构，特别是航空发动机叶片，部件通过用基质使纤维结构致密化而获得。对于在相对低的温度下使用的复合材料，典型地高达300℃，当制造热结构的复合材料时，基质典型地是树脂或是如碳或陶瓷的耐火材料，例如碳化硅。
本发明的纤维结构通过三维编织或多层编织获得。
术语“三维编织”或“3D编织”在本文中用于表示至少一些经纱在多个纬纱层上互连纬纱的编织。
术语“多层编织”在本文中用于指具有多个纬纱层的3D编织，其中每个层的基底编织相当于常规的2D织物编织，例如平纹、缎纹或斜纹类型的编织，但编织的某些点将纬纱层连接在一起。
通过3D或多层编织制造纤维结构使得可以获得层之间的连接，并且因此对于纤维结构和对于所得复合材料部件具有良好的机械性能，同时执行单个纺织品运行。
在致密化之后，重要的是增强获得的表面状态，没有大的不规则的地方，即，其具有良好的抛光状态以避免或限制通过机械加工的抛光运行或避免形成树脂基质复合材料中的树脂团块。为此目的，对于具有内部部分或芯部和外部部分或与纤维结构的外表面相邻的皮的纤维结构，皮优选通过用平纹、缎纹或斜纹型编织而制成，以限制表面不规则性，其中缎纹型编织也提供光滑的表面外观。皮处的编织可在纤维结构的外表面变化，从而赋予所需的特殊性能，例如通过从优选紧密结合的平纹型编织到优选光滑表面状态的缎纹型编织。
根据本发明，为了在纤维结构中形成大厚度的部分同时控制在该部分中的纤维组分，使用Mock Leno型纤维织物来编织纤维结构的芯部。还有可能在芯部与皮之间和/或在经纱与纬纱之间使用具有不同重量的纱线或线束，以便获得在经纱纤维体积组分与纬纱纤维体积组分之间在所希望的限度内的比率。
为了获得在复合材料部件内尽可能少的不均匀的机械性能，还有利的是提高增强纤维结构的致密化，其致密化梯度在纤维结构的芯部和其皮之间尽可能小，特别是当通过化学气相渗透(CVI)进行致密化时。为此目的，为了增强到预制件的芯部的通路，芯部是用Mock Leno型编织来编织的，该编织由于透孔织物的网格形状而为该基质的成分提供了容易的连通。
可能希望使用于编织纤维结构的纱线或线束的重量变化，即横截面变化，特别是通过在芯部和皮之间和/或经纱和纬纱之间使用不同重量的纱线或线束。在执行CVI致密化时，降低芯部和皮之间的重量有利于使气体穿过皮进入芯部。也可选择重量，从而获得在经纱纤维体积组分和纬纤维体积组分之间所需限度内的比率。
在一个示例中，可以使用穗带来形成纤维结构的芯部的全部或部分，并且可以使用厚度小于纤维结构皮中的穗带的纱线或线束。这样的示例使之有可能在控制平均纤维组分的同时进一步增加纤维结构的厚度。
还可能希望在纤维结构的各个部分之间，特别是在芯部和皮之间，使用不同的化学性质的纱线，以便赋予所得复合材料部件特定的性质，特别是在耐受氧化或磨损的能力方面。
下面描述根据本发明的纤维结构的实施方式。在该实施方式中，编织在提花机型织机上进行。
图1是用于形成航空发动机叶片的纤维增强件的纤维结构200的高度示意图。
纤维结构200通过三维编织(或“3D编织”)或者通过多层编织获得，以已知的方式使用提花机型织机进行，经纱或线束201布置在多个层中，该经纱与也布置在多个层中的纬纱202连接在一起。用于形成用于航空发动机的叶片的纤维增强件的纤维预制件的详细实施方式具体地在以下文献中描述：US 7101154；US 7241112；以及WO 2010/061140。
纤维结构200以条带的形式编织，所述条带大体在对应于待制造的叶片的纵向方向的方向X上延伸。纤维结构呈现出变化的厚度，该厚度根据纵向厚度和待制造的叶片的翼面的轮廓确定。在其要形成根预制件的部分中，纤维结构200具有较大厚度的部分203，该部分203根据待制造的叶片的根部的厚度来确定。纤维结构200在厚度减小的部分204上延伸，该部分204用于形成叶片的柄脚，接着是形成叶片的翼面的部分205。在垂直于X方向的方向上，部分205具有在边缘205a与边缘205b之间变化厚度的轮廓，边缘205a用于形成叶片的前缘，边缘205b形成待制造的叶片的后缘。
纤维结构200作为单件编织，并且在切断非编织纱线之后，需要呈现叶片的几乎最终形状和尺寸(即，其“网”形状)。为此，在纤维结构的厚度变化的部分中，如在厚度减小的部分204中，预制件的厚度的减小是通过在编织时逐渐抽出纬纱层获得的。
在该示例中，经纱用在厚度较大的部分203中数量与用在厚度减小的部分204中的数量相同。为此目的，存在于较大厚度的部分203的芯部中的经纱层散开，以便获得较大厚度的部分203中的经纱层的数量大于减小厚度的部分204中的经纱层的数量。因此，存在于较大厚度的部分203的芯部中的经纱层中的计数小于减小厚度的部分204中的经纱层中的计数。术语“计数”此处用于指明经向和纬纱方向上每单位长度的纱线数目。
图2至17显示了在通过3D编织获得的纤维结构200中较大厚度的部分203中的编织的十六个连续平面的部分，纬纱在截面中可见。
在其厚度较大的部分203中，纤维结构200包括22个纬纱层，具体地44个纬纱半层t1至t44。第一皮2032具有纬纱半层t1至t10，第二皮2033具有纬纱半层t35至t44，并且芯部具有纬纱半层t11至t34。在位于相对的皮2032和2033之间的芯部2031中，3D编织是MockLeno型(织物ML)。在皮2032和2033中，编织是三维的。在皮2032中，纬纱半层t1和t2通过不规则缎纹类型的编织连接在一起。以类似的方式，在皮2033中，纬纱半层t43和t44通过不规则缎纹类型的编织连接在一起。多根经纱C1、C2、C3、C16、C17和C18在皮2032和2033中与纬纱20连接在一起。芯部2031的Mock Leno织物ML通过将经纱从皮偏转到该织物ML中而与皮2032和2033连接(参见例如图3中的纱C3和C16)。这些经纱的偏转形成将Mock Leno织物ML连接到皮2032和2033的连接点PL。
在其厚度减小的部分204中，纬纱逐渐抽出，从而到达与形成叶片的翼面的部分205相容的多根纬纱。
存在于第一部分203的芯部2031中的MockLeno织物ML包括多个纬纱层CT1-CT12(具体参见图2)。在所示的实施方案中，Mock Leno织物具有十二层纬纱，但如果它具有一些其他数目的纬纱层，则它将不超出本发明的范围。经纱，例如图2中可见的C51、C71、C91、C111、C131和C151，在此织物ML中与纬纱21和30互连。
在垂直于经向和纬向的方向上，Mock Leno织物ML还呈现朝向第二部分204减小的厚度。通过逐渐减小该织物ML的厚度，可以控制区域203a中的纤维组分，该区域203a对应于较大厚度的部分203的尾端与减小厚度的部分204的开端之间的过渡区域，即，纤维结构的厚度开始减小的区域。在当前描述的实施方式中，Mock Leno织物ML的纬纱被纬纱24在经向上逐渐地替代，纬纱24具有与存在于厚度减小的部分204中和纤维结构的皮2032和2033中的纬纱20相同的重量。
在Mock Leno织物ML中，每层纬纱CT1-CT12也具有多组纬纱，例如，其在图2中对于织物ML的第一层CT1的纬纱组称为GT1，对于织物ML的第四层的纬纱组称为GT4。
Mock Leno织物ML中相邻的纬纱列沿着经向以非零间隔eT间隔开。特别地，单层CTi中的相邻纬纱组，其中在所示示例中i从1变化至12，以间隔eT间隔开。间隔eT可以沿着经向是基本上恒定的，如图所示，或者在变体中，它可以沿着这个方向变化。
Mock Leno织物ML是栅格的形式，具有沿其厚度的贯穿通道。如下文更详细描述的，这些贯穿通道中的每一个的存在是首先存在于相邻纬纱组之间并且其次存在于相邻经纱组之间的非零间隔的结果。
在图2至17所示的示例中，每组纬纱包括至少两根横向纱线21以及位于它们之间的至少一根中心纱线30。因此，每组纬纱包括至少三根纱线。在所示的示例中，中心纱线30是直径大于两根横向纱线21的直径的线束。所示示例涉及纬纱组，每组纬纱包含三根纬纱。然而，对于每组纬纱包括多于三根纬纱，这不会超出本发明的范围。在变体中，线束30可以由穗带或实际上由并排布置且直径等于或不同于横向纱线21的直径的多根中心纱线代替。此外，并且如下文详细描述的，所示示例中的织物ML具有多组经纱，每组经纱包括八根经纱。对于Mock Leno织物来说，使每组经纱具有不同于八根经纱的一些数目，其不会超出本发明的范围。因此，更一般地说，每组经纱可具有至少3根经纱。此外，在所示的示例中，在每组经纱中的经纱的数量不同于在每组纬纱中的纬纱的数量，但是对于这两个纱线数量相等的情况，这不会超出本发明的范围。
经纱与纬纱的互连在下面参考图2-17所示的各种不同纬纱截面更详细地描述。在给定的纬纱截面中，Mock Leno编织织物的经纱全部与纬纱具有相同的互联方向。因此，出于简洁的原因，下面针对图2-17所示的每个编织平面描述单根经纱与纬纱的互联。
在图4中可见，第一组经纱的层间的连接经纱C83将Mock Leno织物的层CT4的纬纱与该织物的层CT5的纬纱连接在一起。更精确地，经纱C83在第一层CT4的纬纱组GT4的每一根纱线的上方和第二层CT5的纬纱组GT5的每一根纱线的下方交替通过。具体地，纱线C83在第一层CT4的第一组GT4纬纱的每根纱线的上方通过，然后在第二层CT5的第二组GT5纬纱的每根纱线的下方通过，然后再一次在第一层CT4的第三组GT4纬纱的每根纱线的上方通过，以此类推。
第一组的层间连接经纱C83的上述说明适用于第一组的层间经纱C85(见图6)。
类似的标记也适用于第一组经纱的连接经纱C74和C76，其各自将Mock Leno织物的层CT3的纬纱与该织物的层CT4的纬纱连接在一起(见图5和图7)。
相对于第二组经纱，参考图12可见，第二组经纱的每个层间连接经纱C811将MockLeno织物的层CT4的纬纱与同一织物的层CT5的纬纱连接在一起。更精确地，经纱C811在第一层CT4的纬纱组GT4的每根纱线的上方和在第二层CT5的纬纱组GT5的每根纱线的下方交替地通过。具体地，纱线C811在第一层CT4的第一组GT4纬纱的每根纱线的上方通过，然后在第二层CT5的第二组GT5纬纱的每根纱线的下方通过，然后再一次在第一层CT4的第三组GT4纬纱的每根纱线的上方通过，以此类推。
对于第二组的层间连接经纱C811的以上说明适用于第二组的层间连接经纱C813(参见图14)。
类似的标记也适用于第二组经纱的连接经纱C712和C714，其连接Mock Leno织物的层CT3的纬纱中的每一根与该织物的层CT4的纬纱(参见图13和15)。
尽管如此，应当观察到，经纱C811与纬纱的互连方向与经纱C85与纬纱的互连方向相反。换言之，对于给定的纬纱列，当经纱C811在第一层CT4的纬纱组中的每根纱线之上通过时，经纱C85在第二层CT5的纬纱组中的每根纱线之下通过。以类似的方式，对于给定的纬纱列，当经纱C811在第二层CT5的纬纱组的每一根纱线下方通过时，经纱C85在第一层CT4的纬纱组的每一根纱线上方通过。第一组的连接纱C83与纬纱的互连方向也与连接纱C813与纬纱的互连方向相反。
如上所述，第一和第二组经纱的层间连接纱之间的相反互连方向参与获得第一和第二组经纱之间的非零间距，并因此形成呈网格形式的纤维织物，该网格具有呈现改进的可及性的孔隙通道。还应观察到，在给定组经纱中的连接纱与纬纱互连方向相同的事实使得可以允许给定组经纱的连接纱更靠近在一起并因此参与形成孔隙通道(给定组中的纱线的紧凑分组)。
还应观察到，当沿纬纱方向行进时，Mock Leno织物ML在第一组经纱和第二组经纱之间具有交替的相反的互连方向。换言之，当沿纬纱方向行进时，Mock Leno织物ML依次呈现第一组经纱，然后是第二组经纱，接着是第一组经纱，然后再是第二组经纱，以此类推。第一组经纱中的每一根与第二组经纱相邻。
参考图2和图8，可以看出，第一组经纱还包括位于层间连接纱C83的第一侧上的至少一个第一横向经纱C71以及位于连接纱C83的第二侧上的至少一个第二横向经纱C77，第二侧在纬纱方向上与第一侧相反。换句话说，在横向经纱C71和C77之间存在层间连接纱C83。更准确地说，在所示的示例中，第一组经纱的层间连接纱C83和C85都存在于第一组经纱的横向纱C71和C77之间。每个横向经纱C71和C77与第一层CT4的多组纬纱GT4相互连接。
经纱C71在第一组纬纱GT4的第一横向纱线21的下方通过，然后在该第一组的中心纱线30的上方通过，然后在该第一组的第二横向纱线21的下方通过。然后经纱C71在经向上与第一组相邻的第二组纬纱GT4的第一横向纱线21的上方通过，然后在该第二组的中心纱线30的下方通过，然后在该第二组的第二横向纱线21的上方通过，以此类推。经纱C71在纬纱组GT4的横向纱线21的下方并且在经向上相邻的纬纱组GT4的横向纱线21的上方交替通过。经纱C71在经向上在纬纱组GT4的中心纱线30的上方和相邻纬纱组GT4的中心纱线30的下方交替通过。
类似的标记适用于第二横向经纱C77，其与纬纱互连方向与第一经纱C71的相同(见图8)。
类似的标记也适用于第一组经纱的横向经纱C62和C68，每一根经纱与第三纬纱层CT3中的多组纬纱GT3互连(参见图3和9)。
在未示出的变体中，其中纬纱组具有两根横向纬纱，至少两根中心纬纱存在于两根横向纬纱之间，有可能具有以下的经纱：经纱在第一组纬纱的第一横向纱线下方通过，然后在第一组的中心纱线的每一根的上方通过，然后在该第一组的第二横向纱线的下方通过。然后该经纱可在经向上与第一组相邻的第二组纬纱的第一横向纱的上方通过，然后在该第二组的每个中心纱的下方通过，然后在该第二组的第二横向纱的上方通过，以此类推。在这种变体中，这对于存在于Mock Leno织物中的第一组和第二组经纱是有效的。
关于第二组经纱，参考图10和16可以看出，第二组经纱还具有位于层间连接纱C811的第一侧上的至少一个第一横向经纱C79以及位于连接纱C811的第二侧上的至少一个第二横向经纱C715，第二侧在纬纱方向上与第一侧相反。换言之，层间连接纱C811存在于横向经纱C79和C715之间。更准确地说，在所示的示例中，第二组经纱的层间连接纱C811和C813都存在于第二组经纱的横向纱线C79和C715之间。横向经纱C79和C715中的每一根与第一层CT4的多组纬纱相互连接。
经纱C79在第一组纬纱GT4的第一横向纱线21的上方通过，然后在该第一组的中心纱线30下方通过，然后在该第一组的第二横向纱线21的上方通过。此后，经纱C79在经向上在与第一组相邻的第二组纬纱GT4的第一横向纱线21的下方通过，然后在该第二组的中心纱线30的上方通过，然后在该第二组的第二横向纱线21的下方通过，以此类推。经纱C79在纬纱组GT4的横向纱线21的上方和在经向上相邻的纬纱组GT4的横向纱线21的下方交替地通过。纬纱C79在纬纱组GT4的中心纱线30的下方和在经向上相邻的纬纱组GT4的中心纱线30的上方交替地通过。
相同的标记适用于第二横向经纱C715，第二横向经纱C715与纬纱的互连方向与第一经纱C79的相同(见图16)。
类似的标记也适用于第二组经纱的横向经纱C610和C616，其各自与第三纬纱层CT3的多组纬纱GT3互连(参见图11和17)。
然而，应观察到经纱C79与纬纱的互连方向与经纱C77与纬纱的互连方向相反。换言之，在这种情况下，当经纱C79在给定组纬纱的每一根横向纱线21的上方通过时，经纱C77在该组的每一根横向纱线21的下方通过。以类似的方式，在这种情况下，当经纱C79在给定纬纱组的中心纱线30的下方通过时，经纱C77在该组的中心纱线30的上方通过。经纱C71与纬纱的互连方向还与经纱C715与纬纱的互连方向相反。
如上所述，第一组经纱和第二组经纱的横向纱线之间的这种相反的互连方向有助于获得第一组经纱和第二组经纱之间的非零间距，并因此有助于形成网格形式的纤维织物，其中孔隙通道特别可进入。还应观察到，给定组经纱的横向纱线与纬纱的互连方向相同的事实使得可以使给定组经纱的横向纱线更靠近在一起，并因此也有助于形成孔隙通道(给定组中的纱线的紧凑分组)。
在纤维结构的第一部分的芯部中使用Mock Leno织物使得有可能显著增加纤维结构的厚度，同时控制芯部中的平均纤维组分，这在芯部中仅使用具有较大重量的纱线时是不能实现的。具体地，通过在结构的芯部中使用具有高重量的纱线，实际上可以局部地增加结构的厚度，但是导致芯部中的平均纤维组分的增加，这与所需的机械性能不兼容。当芯部中的平均纤维组分太大时，不可能具有足以使基质的成分能够良好地进入纤维结构的芯部的孔网络。于是，芯部中存在的基质的量不足，这意味着不可能获得以均匀方式呈现所需机械性能的复合材料部件。该问题是通过使用Mock Leno织物来解决的，该织物由于在其厚度中形成的贯通通道，使得有可能局部地增加结构的厚度同时限制平均纤维组分的增加。因此，获得的纤维结构被致密化时，它为基质的成分提供了非常好的到达该结构的芯部的更大厚度的部分的通道。
作为说明，图20示出适合用于纤维结构的第一部分的芯部中的Mock Leno织物ML的示例。可以观察到，存在贯穿通道CA，贯穿通道CA延伸穿过织物的厚度并且赋予织物易于被基质渗透的透孔织物结构。
特别地，但非排他地，本发明的纤维结构可由碳纤维、如碳化硅纤维的陶瓷纤维或如氧化铝纤维的氧化物纤维制成的纱线编织。
一旦纤维结构200已被编织，则切断非编织纱。这产生图18中所示的纤维预制件100，该纤维预制件被编织成单件。
此后，纤维预制件100被致密化，以便形成如图19所示的复合材料的叶片10。通过使构成基质的材料填充预制件的孔隙，遍及其体积的全部或部分，来使待形成用于制造的部件的纤维增强件的纤维预制件致密化。该致密化可使用液体固结方法或化学气相渗透(CVI)方法以已知方式进行，或者实际上通过链接两种方法进行。
液体固结方法在于用液体组合物浸渍预制件，该液体组合物包含用于基质的材料的前体。该前体总体上是处于聚合物的形式，如高性能环氧树脂，可能在溶剂中稀释。预制件被放置在模具中，该模具适合于以密封的方式闭合并且具有带有模制的最终叶片的形状的空腔。此后，闭合该模具并且基质液体前体(例如树脂)被注入到整个空腔中，以浸渍预制件的整个纤维部分。
通过进行热处理，总体上通过加热模具，将该前体转化成基质，即，将其聚合；在除去任何溶剂之后并且在固化聚合物之后，预制件一直保持在其形状与待制造的部件的形状相匹配的模具中。
当形成碳或陶瓷基质时，热处理在于热解前体以便将基质转化成碳或陶瓷基质，这取决于所使用的前体并且取决于热解条件。举例而言，用于陶瓷，特别是SiC的液体前体可为聚碳硅烷(PCS)、或聚钛碳硅烷(PTCS)、或聚硅氮烷(PSZ)型树脂，而碳的液体前体可为具有相对高焦炭含量的树脂，例如酚醛树脂。可进行从浸渍到热处理的多个连续循环，以达到所需的致密程度。
在本发明的一个方面中，特别是当形成有机基质时，可通过熟知的树脂传递模塑(RTM)方法使纤维预制件致密化。根据RTM方法，将纤维预制件放置在具有待制造的部件的外部形状的模具中。将热固性树脂注入含有纤维预制件的模具的内部空间中。通常在注入树脂的位置和用于排空树脂的孔口之间的该内部空间中建立压力梯度，以便控制和优化树脂对预制件的浸渍。
纤维预制件可以同样地以已知方式通过化学气相渗透(CVI)方法很好地致密化。将与待制造的叶片的纤维增强件相对应的纤维预制件放置在允许反应气体相的烘箱中。选择存在于烘箱中的压力和温度以及气相的组成，以便使得气相能够在预制件的孔内扩散，以便通过沉积与预制件的芯部的纤维接触的固体材料而在其中形成基质。该固体材料是分解气相的成分的结果或多种成分之间的反应的结果，与专用于化学气相沉积(CVD)方法的压力和温度条件形成对比，CVD方法仅仅在于在基底表面上沉积材料。
SiC基质可使用甲基三氯硅烷(MTS)形成，通过MTS的分解产生SiC，而碳基质可用烃气体如甲烷和/或丙烷获得，其通过裂化产生碳。
结合液体技术和气体技术的致密化也可以用于促进工作、限制成本、以及限制制造循环，同时获得对于预期用途令人满意的特性。
还可以使用熔融渗透方法来在纤维预制件的孔中形成基质。在该类型的方法中，基质是通过渗透处于熔融状态的硅或硅合金形成的。在渗透之前，可以将陶瓷或碳颗粒引入纤维预制件的孔中。陶瓷颗粒可以例如是碳化硅颗粒。当引入碳颗粒时，它们与引入的熔融硅反应以形成碳化硅。陶瓷或碳颗粒可以借助于浆料引入。
从本发明的纤维结构开始，上述致密化方法使得可能主要获得由有机基质复合材料(OMC)、碳基质材料(C/C)和陶瓷基质复合材料(CMC)制成的部件。
当由氧化物/氧化物复合材料制成部件时，纤维结构可用携带耐火氧化物颗粒的浆料浸渍。在消除浆料的液相之后，使所得预制件经受热处理以便烧结颗粒并且获得耐火氧化物基质。结构可通过使用压力梯度的方法，如在RTM型注入模制方法中，或通过吸入亚微米粉末来浸渍。
在致密化之后，获得复合材料叶片10，如图19所示，该复合材料叶片10在其底部部分中具有由纤维结构200的较大厚度的部分203形成的根部103，该根部103通过由结构200中的厚度减小的部分204形成的柄脚104延伸，并且具有由纤维结构200的部分205形成的翼面105。
根据本发明的纤维结构及其制造方法可以特别地用于制造呈现比图19中示出的叶片的形状更复杂的形状的涡轮机发动机叶片，诸如除了图19中示出的叶片之外还包括用于执行诸如密封气体流动通道、防止倾斜等功能的一个或多个平台的叶片。

Claims (12)

1.一种纤维结构(200)，所述纤维结构(200)包括通过多层三维编织相互连接的多个纬纱层和多个经纱层，纤维结构(200)具有在所述经向上相邻的至少第一部分和第二部分(203和204)，第一部分(203)在垂直于经向和纬向的方向上的厚度大于第二部分(204)的厚度，所述结构的特征在于，第一部分(203)在其芯部(2031)处具有至少一种纤维织物(ML)，所述纤维织物(ML)通过三维编织经纱和纬纱以充纱罗编织网格形式获得，所述至少一个织物(ML)存在于两个皮(2032；2033)之间并且通过经纱(C3；C16)连接到皮(2032；2033)，两个皮(2032；2033)存在于第一部分(203)的表面处，所述经纱(C3；C16)属于局部地偏转到所述织物中的所述皮。
2.根据权利要求1所述的纤维结构(200)，其中充纱罗编织纤维织物(ML)在垂直于经向和纬向的方向上具有朝向第二部分(204)减小的厚度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的纤维结构(200)，其中第一和第二部分(203和204)具有在所述第一和第二部分之间连续编织的相同数目的经纱，并且其中第一部分(203)在其芯部中包括的经纱层的数目大于第二部分(204)的芯部中存在的经纱层的数目。
4.根据权利要求3所述的纤维结构(200)，其中第一部分(203)在其芯部中包括经纱层的数目等于第二部分(204)的芯部中存在的经纱层的数目的两倍。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维结构(200)，其中结构(200)包括碳纱线或陶瓷材料纱线。
6.一种复合材料部件(10)，其包括由基质致密化的纤维增强件，所述纤维增强件由根据权利要求1至5中任一项所述的纤维结构(200)构成。
7.根据权利要求6所述的部件(10)，所述部件(10)对应于涡轮机叶片，纤维结构的第一部分(203)构成纤维增强件的叶片根部(103)。
8.一种通过在多个纬纱和多个经纱之间进行多层三维编织制造纤维结构(200)的方法，纤维结构(200)具有在经向上相邻的至少第一部分和第二部分(203和204)，第一部分(203)在垂直于经向和纬向的方向上的厚度大于第二部分(204)的厚度，该方法的特征在于，第一部分(203)是借助于三维编织经纱层和纬纱层的步骤来制造的，其中纤维织物(ML)是在第一部分(203)的芯部(2031)以充纱罗编织网格的形式与第一部分的表面处的皮(2032；2033)一起形成的，皮(2032；2033)的编织被局部修改以使一定经纱(C3；C16)从所述皮(2032；2033)偏转，并将它们编织成充纱罗编织织物(ML)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中充纱罗编织织物(ML)在垂直于经向和纬向的方向上具有朝向第二部分(204)减小的厚度。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中第一和第二部分(203和204)具有在第一和第二部分(203和204)之间连续编织的相同数目的经纱，并且其中第一部分(203)在其芯部中包括的经纱层的数目大于第二部分(204)的芯部中存在的经纱层的数目。
11.根据权利要求10所述的方法，其中第一部分(203)在其芯部中包括的经纱层的数目等于第二部分(204)的芯部中存在的经纱层的数目的两倍。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中纤维结构(200)包括碳纱线或陶瓷材料纱线。
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