CN113001716A - 陶瓷基复合物部件及制造陶瓷基复合物部件的方法 - Google Patents

陶瓷基复合物部件及制造陶瓷基复合物部件的方法 Download PDF

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Abstract

一种制造陶瓷基复合物部件的方法。该方法包括将第一多个陶瓷基复合物层放置在彼此的顶部，在第一多个陶瓷基复合物层上设置填料包，以及将第二多个陶瓷基复合物层放置在填料包的顶部上。第一多个陶瓷复合物层或所述第二多个陶瓷复合物层中的一个包括弯曲角，以在多个陶瓷基质复合物层之间限定空隙，填料包设置在空隙中。填料包包含设置在其中的一个或多个牺牲纤维，在去除之后提供了功能特征，例如填料包中的冷却歧管。该方法还包括形成与一个或多个功能特征联接的一个或多个通道，以使冷却流体在其中的流动。还公开了一种陶瓷基复合物。

Description

陶瓷基复合物部件及制造陶瓷基复合物部件的方法
技术领域
本发明总体上涉及一种用于发电的燃气涡轮机，并且更具体地涉及形成用于燃涡轮的热气路径涡轮部件的陶瓷基复合物部件的方法。
背景技术
与由更常规的超合金材料形成的涡轮叶片和轮叶一样，CMC叶片和轮叶主要配备有空腔和冷却空隙以减轻重量，减少离心负荷并降低部件的工作温度。这些特性通常使用可去除和消耗性工具、钻孔等的组合形成在CMC部件中。内部冷却通道有利于冷却金属和CMC热气路径硬件，因为它们降低了冷却流量要求和热梯度/应力。
已经提出了基于碳化硅(SiC)的陶瓷基复合物(CMC)材料作为用于燃气涡轮发动机的某些部件的材料，例如涡轮叶片，轮叶，喷嘴，护罩和斗。已知多种用于制造基于SiC的部件的方法，包括Silicomp，熔体渗透(MI)，化学气相渗透(CVI)，聚合物膨胀热解(PIP)和氧化物/氧化物方法。尽管这些制造技术彼此之间存在显著差异，但是每种制造技术都涉及使用手工层叠和加工工具或模具，以通过包括在各个方法阶段施加热量的方法来制造近净成形的零件。
在许多情况下，在层叠方法期间，弯曲的部件经常产生空间，并且更特别地是产生间隙或空隙，其中出现不同取向和/或弯曲半径的CMC层间隙或空隙。为了提供最大的强度，层之间的这些间隙或空隙必须用填料包填充。由于在冷气和热气之间可能存在较大的间距，因此使用常规方法很难冷却这些区域。
当前用于在CMC部件的这些间隙或空隙中形成内部通道或空腔的制造方法包括通过填料包到达冷却空气源的钻孔的冷却通道。还与热气路径建立连接。通过碰撞和流经连接孔的组合来提供冷却。通常，钻孔方法是直接穿过层叠的层进入间隙或空隙并穿过填料包，有时也称为视线钻孔，需要切割或折断纤维，这会导致削弱整体结构。此外，填料包经常包含成为绝缘袋的缺陷。
因此，需要一种陶瓷基复合物部件和生产陶瓷基复合物部件的方法，该方法包括在由层叠的层片形成的空隙中形成一个或多个冷却通道，提供与一个或多个非视线通道或连接的联接，同时最大程度地减少切割或损坏层叠的层的情况。
发明内容
本公开的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开而获知。
通常提供用于形成陶瓷基复合物(CMC)产品的方法，以及由这种方法形成的所得产品。在一个实施例中，该方法包含：将第一多个陶瓷基复合物层堆叠放置，在多个陶瓷基复合物层上设置填料包，其中所述填料包包括设置在其中的一个或多个牺牲纤维；其中，所述第一多个陶瓷复合物层或所述第二多个陶瓷复合物层中的一个包括弯曲角，以在所述第一多个陶瓷复合物层和所述第二多个陶瓷复合物层之间限定空隙，所述填料包设置在所述空隙中；执行以下操作中的一个：去除所述一个或多个牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个功能特征；或者将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化执行以下操作中的另一个：去除所述一个或多个牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个功能特征；或者将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化；和形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道，以使冷却流体在其中流动。
在替代实施例中，该方法包含将第一多个陶瓷基复合物层堆叠放置，在多个陶瓷基复合物层上设置填料包，其中所述填料包包括设置在其中的一个或多个牺牲纤维；在所述填料包的顶部放置第二多个陶瓷基复合物层，所述第一多个陶瓷复合物层、所述第二多个陶瓷复合物层和所述填料包形式预成型部件，其中，所述第一多个陶瓷复合物层或所述第二多个陶瓷复合物层中的一个包括弯曲角，以在所述多个陶瓷复合物层之间限定空隙，所述填料包设置在所述空隙中；去除所述牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个细长的通道；将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化；和形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道，以使冷却流体在其中流动。
在又一实施例中，所述陶瓷基质复合部件包含形成致密体的多个陶瓷基复合物层，所述致密体包括在所述多个陶瓷基复合物层之间的一个或多个空隙；填料包，所述填料包设置所述一个或多个空隙中的每一个空隙中，其中所述填料包包括形成在其中的功能特征；流体源，所述流体源与所述功能特征流体连通；和一个或多个通道，所述一个或多个通道与所述功能特征流体连通，以将流体流从所述流体源提供到所述陶瓷基复合物部件的外部。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
附图说明
本说明书参考附图阐述了针对本领域的普通技术人员的包括其最佳模式的完整且可行的公开，其中参照附图，其中：
图1是根据本文公开的一个或多个实施例的陶瓷基部件(CMC)的立体图；
图2是根据本文公开的一个或多个实施例沿图1的方向2-2截取的截面图；
图3是本领域已知的陶瓷基复合物(CMC)部件的一部分的剖视图；
图4是根据本文公开的一个或多个实施例的图2的陶瓷基复合物(CMC)部件的一部分的放大图；
图5是本领域已知的陶瓷基复合物(CMC)部件的一部分的另一实施例的剖视图；
图6是根据本文公开的一个或多个实施例的图2的陶瓷基复合物(CMC)部件的一部分的放大图；
图7是根据本文公开的一个或多个实施例的包括入口和出口的冷却歧管的示意图；
图8是根据本文公开的一个或多个实施例的包括入口和出口的冷却歧管的另一实施例的示意图；
图9是根据本文公开的一个或多个实施例的包括入口和出口的冷却歧管的另一实施例的示意图；
图10是根据本文公开的一个或多个实施例的包括入口和出口的冷却歧管的另一实施例的示意图；和
图11示意性地示出了根据本文公开的一个或多个实施例的用于形成CMC部件的方法的透视图。
在可能的情况下，在整个图纸中使用相同的附图标记来表示相同的零件。
具体实施方式
与未能包括本文公开的一个或多个特征的概念相比，例如，本公开的实施例，能够在CMC部件中形成一个或多个冷却通道，更具体地讲，可在设置在多个CMC层的空隙附近的填料包内至少制造冷却通道。在一个或多个CMC层的空隙中包含冷却通道可保持部件结构的完整性，因为不需要视线钻孔即可将冷却通道的入口和出口连接到冷却通道主体。根据本公开的方法以低成本降低了复杂性，并且具有降低零件的冷却需求和流速的能力的更有效的冷却。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”，“一个”，“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包含”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除所列要素外可能还有其他要素。现在将详细参考本公开的实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。通过说明本公开而不是限制本公开来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对本公开进行各种修改和变型。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实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本公开旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和变动。
在本公开中，当将层描述为在另一层或基板“上”或“之上”时，应理解为，除非另有明确说明，各层之间既可以是直接联系的，也可以是层之间有另一层或特征。因此，这些术语只是简单地描述了层彼此之间的相对位置，并且不一定表示“在…顶部”，因为上方或下方的相对位置取决于设备相对于观看者的取向。
在本公开中，使用它们的常见化学缩写来讨论化学元素，例如在元素周期表中常见的化学缩写。例如，氢将以其常见的化学缩写H表示；氦将以其常见的化学缩写He表示；等等。
如本文所使用，“平均粒径”或“平均纤维直径”是指颗粒或纤维的直径，使得约50％的颗粒或纤维的直径大于该直径，并且约50％的颗粒或纤维的直径小于该直径。
如本文所使用，“基本上”是指所描述的组的至少约90％或更多。例如，如本文所用的，“基本上全部”表示相应组的至少约90％或更多具有适用的特征，并且“基本上没有”或“基本上不存在”表示相应组的至少约90％或更多的相应群体没有适用的特征。如本文所用，“多数”是指所描述的组的至少约50％或更多。例如，如本文所用，“大多数”表示相应组的至少约50％或更多具有适用的特征。
本文通常提供陶瓷基复合物产品(“CMC产品”)，特别是由熔体渗透形成的陶瓷基复合物产品，以及形成这种产品的方法。CMC产品由多个层板形成，包括弯曲半径，该弯曲半径用于在多个层板的空隙中设置包括牺牲纤维的填料包。牺牲纤维能够形成一个或多个细长的功能特征，以增强CMC的功能，例如CMC预成型件中的冷却通道。在填料包中形成功能特征，更特别是形成冷却通道，允许联接至入口和出口，而无需穿过层板的视线钻孔，从而允许改进的CMC产品。
用于发电的系统包括但不限于燃气轮机，蒸汽轮机以及用于发电的其他涡轮机部件，例如陆基航空衍生物。在某些应用中，包括其中的涡轮机械(例如，涡轮，压缩机和泵)和其他机械的发电系统可包括暴露于严重磨损条件下的部件。例如，某些发电系统部件，例如叶片，斗，壳体，转子轮，轴，护罩，喷嘴等，可以在高温和/或高转速的环境中运行。这些部件使用陶瓷基复合物制造，并且这些部件还可以包括冷却通道。本公开提供了一种形成包括冷却通道的陶瓷基复合物(CMC)部件的方法。本公开的示例性实施例在图1至图3中示出涡轮翼型件，但是本公开不限于所示出的结构。
图1是部件10的立体图，例如但不限于涡轮叶片或涡轮轮叶。虽然图1示出了涡轮叶片，根据本公开的其他合适的部件包括但不限于燃烧器衬套，叶片，护罩，喷嘴，喷嘴端壁，叶片平台或其他热气路径部件。部件10优选地由陶瓷基复合物(CMC)材料形成。如本文所使用的，陶瓷基复合物或“CMC”是指包含通过陶瓷纤维增强的陶瓷基质的复合物。可用于本文的CMC的一些实例可以包括但不限于具有基质和增强纤维的材料，增强纤维包括氧化物，碳化物，氮化物，碳氧化物，氮氧化物及其混合物。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(当通过硅熔体渗透制成时，该基质将包含残留的游离硅)的CMC；碳化硅/硅基质混合物和碳化硅纤维；氮化硅基体和碳化硅纤维；碳化硅/氮化硅基质混合物和碳化硅纤维。此外，CMC可以具有由氧化陶瓷组成的基体和增强纤维。具体地说，该氧化物-氧化物CMC可由含有氧化物基材料的基体和增强纤维组成，如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、铝硅酸盐及其混合物。因此，如本文所使用的，术语“陶瓷基复合物”包括但不限于碳纤维增强的碳(C/C)，碳纤维增强的碳化硅(C/SiC)和碳化硅纤维增强的碳化硅(SiC/SiC)。在一个实施例中，与(非增强的)整体陶瓷结构相比，陶瓷基复合物具有增加的伸长率，断裂韧性，热冲击和各向异性。
有几种可用于制造SiC-SiC CMC的方法。在一种方法中，通过将硅或含硅合金熔体渗透(MI)到CMC预成型件中，来部分地形成或致密化基质。在另一种方法中，通过碳化硅向CMC预成型件的化学气相渗透(CVI)来至少部分地形成基质。在第三种方法中，通过热解碳化硅产生的预陶瓷聚合物来至少部分地形成基质。这种方法通常称为聚合物渗透和热解(PIP)。也可以使用以上三种技术的组合。
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。然后将涂覆的纤维用基质前体材料浸渍，以形成预浸料带。制造带的一种方法是细丝缠绕。通过基质前体淤浆的浴将纤维拉出，并将浸渍的纤维缠绕在滚筒上。基质前体可包含碳化硅和/或碳颗粒以及有机材料。然后将浸渍过的纤维沿着滚筒的轴线切割，并从滚筒上取下，以产生扁平的预浸带，使纤维在名义上沿相同的方向上延伸。所得材料为单向预浸带。预浸料带也可以使用连续的预浸机或通过其他方式来制造。然后可以将带切成一定形状，铺设并层压，以制成预成型件。将预成型件被热解或烧掉，以使基体前体中的任何有机物质焦化并产生孔隙。熔融硅然后渗透到多孔预成型件中，在这里它可以与碳反应形成碳化硅。理想情况下，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。建立零度方向，并根据其纤维相对于零度取向的角度来设计其他层。纤维垂直于零方向延伸的层称为90度层，交叉层或横向层。
MI方法也可用于二维或三维编织架构。这种方法的例子是浆料浇铸工艺，其中首先将纤维编织成三维预成型件或二维布。就布而言，将几层布切割成一定形状并堆叠起来以形成预成型件。化学气相渗透(CVI)技术用于将界面涂层(通常是氮化硼或碳基)沉积到纤维上。CVI也可用于沉积碳化硅基质层。基质的剩余部分是通过将基质前体浆料浇铸到预成型体中，然后浸入熔融硅中而形成。
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碳化硅基质。同样，PIP可用于致密复合物的基质。可以生产CVI和PIP生成的基质而无需过多的游离硅。MI，CVI和PIP的组合也可以用于使基质致密。
部件10包括翼型件12，热废气流被引导至该翼型件12。翼型件12从尖端14延伸到燕尾榫16。部件10通过燕尾榫16安装到涡轮盘(未示出)，该燕尾榫16从翼型件12向下延伸并且接合涡轮盘上的狭槽。平台18从翼型件12结合到燕尾榫16的区域横向向外延伸。部件10包括至少一个气室20，如图2所示，其沿着翼型件12的内部延伸。在发电系统的操作期间，冷却空气流(未示出)被引导通过气室20以降低翼型件12的温度。
图2是沿图1的方向2-2截取的部件10的截面图，示出了多个功能特征(目前描述)，并且更具体地示出了形成在部件10中的多个冷却通道。对于每个功能特征，多个陶瓷基复合物(CMC)层30的一部分(为清楚起见，仅示出了几层)在层30的空隙34处围绕填料包32。功能特征36形成在每个填料包32中。如图2所示，功能特征36通过入口(目前描述)与气室20流体连通，并且通过在陶瓷基复合物层30之间延伸的出口(当前描述)与部件10外部连通。在替代实施例中，多个功能特征36中的至少一个可以与替代冷却流体源(未示出)流体连通。
图3是现有技术部件50的一部分的示意性剖视图，示出了多个CMC层52，其包括设置在形成在层52之间的空隙54中的填料包56。在铺设多个CMC层52之后，通过钻穿多个CMC层52而形成包括视线入口58和出口60的通道62。通道62延伸穿过CMC层52并且形成穿过CMC层52的开口，该开口足以允许流体流64流过。该通道62是对气室(例如图2的气室20)开放并且与气室流体连通，并且在部件50的外部。在替代实施例中，通道62可以与替代的冷却流体源(未示出)流体连通。为了形成通道62，必须钻穿CMC层52，从而削弱CMC层52和所得部件50的整体强度。
在图3的实施例中，陶瓷基复合物层52，通道62和填料包56的设置是示意性的，并且为了说明而进行了放大。CMC层52和空隙(例如通道62)的尺寸和几何形状并不限于图2所示。
现在参考图4，示出了如图2中的虚线圆圈4所示的部件10的一部分的示意性截面图，其示出了包括填料包32的多个CMC层30，填料包32设置在层30之间形成的空隙34中。与图3的实施例相反，在本公开的实施例中，填料包32在其中形成了功能特征36。在实施例中，功能特征36是细长通道，其用作冷却歧管70，冷却流体流40(在本文中也称为流体流40)从中通过。
在铺设多个CMC层片30和制造功能特征36(目前描述)之后，例如通过钻穿多个CMC层30，形成与功能特征36流体连通的一个或多个第一通道72(仅示出其中一个)。入口74提供冷却流体流40的输入。在该实施例中，多个第一通道72中的每一个从气室20(图2)延伸穿过CMC层30，通向功能特征36，并形成穿过CMC层30的开口，该开口足以允许冷却流体流40从中流过。此外，诸如通过平行于多个CMC层30进行钻孔从而不切穿层，而形成多个第二通道76(仅示出其中一个)。每个第二通道76通过出口78从功能特征36延伸到部件10的外部，并形成足以允许冷却流体流40从中流过的开口。在所示的实施例中，多个第一通道72和多个第二通道76对气室(如图2的气室20)是开放的并且与气室流体连通，并且通向部件10的外部。在替代实施例中，多个第一通道72和多个第二通道76中的每一个对替代的冷却流体流的源(未示出)是开放的，并与之流体连通。与图3的现有技术实施例相比，通过在多个CMC层30之间形成多个第二通道76，CMC层30和所得部件10的总强度不会减弱。
在图4的实施例中，陶瓷基复合物层30、功能特征36、第一通道72、第二通道76、入口74、出口78和填料包56的排列是示意性的，并且为了说明的目的而被放大。CMC层和空隙的尺寸和几何形状并不限于图4所示。
现在参考图5，其示出了另一现有技术的部件80的一部分的示意性截面图，更具体地，示出了涡轮翼型件结构的后缘，示出了包括填料包56的多个CMC层52，填料包56设置在形成在层52之间的空隙54中。在铺设多个CMC层52之后，通过钻穿多个CMC层52而形成包括视线入口58和出口60的通道62。通道62延伸穿过CMC层52一距离“y”并形成穿过CMC层52的足以允许流体流64流过的开口。通道62对诸如图2的气室20的气室是开放的并且与气室流体连通，并且在部件80的外部。在替代实施例中，通道62可以与替代冷却流体的源(未示出)流体连通。为了形成通道62，CMC层52必须被钻穿，从而削弱CMC层52和所得部件80的总强度。
在图5的实施例中，陶瓷基复合物层52、通道62和填料包56的设置是示意性的，并且为了说明的目的而被放大。CMC层和空隙的尺寸和几何形状并不限于图5所示。
现在参考图6，其示出了部件10的一部分的示意性截面图，更具体地说是后缘22，如图2中虚线圆圈6所示，示出了包括填料包32的多个CMC层30，填料包32设置在形成在层30之间的间隙34中。与图5的实施例相反，在本公开的实施例中，填充包32在其中形成了功能特征36。在一个实施例中，功能特征36是细长通道，该细长通道用作冷却歧管70，用于冷却流体流40从中通过。在铺设多个CMC层30并制造功能特征36(目前描述)之后，例如通过钻穿多个CMC层30来形成一个或多个第一通道(未示出)，每个第一通道包括入口。多个第一通道中的每一个从气室20通过CMC层30延伸到功能特征36，并且形成通过CMC层30的足以允许冷却流体流40流过的开口。此外，例如通过平行于多个CMC层30进行钻孔而不切穿层片，来形成多个第二通道76(仅示出其中一个)，每个第二通道76包括出口78。每个第二通道76从功能特征36延伸到部件10的外部并形成足以允许冷却流体流40流过的开口。多个第一通道和多个第二通道76对诸如图2的气室20的气室是开放的，并且与气室流体连通，并且通向部件10的外部。在替代实施例中，功能特征36和多个第二通道76对替代的冷却流体流的源(未示出)是开放的并与之流体连通。与图5的现有技术实施例相比，通过在多个CMC层30之间形成多个第二通道76，CMC层30和所得部件10的总强度不会减弱。此外，通过在多个层30之间的空隙34内形成功能特征36，CMC层30和所得部件10的总强度不会减弱。
如图6所示，钻穿CMC层30以联接功能特征36、从而将冷却流体40供给到部件10的外部所需的距离“x”小于钻穿图5的已知部件80以将功能特征36联接到部件80的外部所需的距离“y”。
在图6的实施例中，陶瓷基复合物层30、功能特征36、第二通道76、出口78和填料包56的排列是示意性的，并且为了说明的目的而被放大。CMC层和空隙的尺寸和几何形状并不局限于图6所示。
现在参考图7至图10，示出替代实施例，用于经由一个或多个第一通道72和一个或多个第二通道76，将功能特征36(例如冷却歧管70)联接到图2、4和6所示的入口74和出口78。图7所示的实施例，包括一个或多个第一通道72中的每一个的入口74与一个或多个第二通道76的相应出口78的直线对准。
图8所示的实施例是包括一个或多个第一通道72中的每一个的入口74与一个或多个第二通道76中的相应出口78的偏移对准。
图9所示的是实施例，其中一个或多个第一通道72的至少两个入口74被流体联接到一个或多个第二通道76的单个出口78。在该实施例中，冷却流体40的输出流被分离。
图10所示的是实施例，其中来自一个或多个第一通道72中的每一个的入口74被流体联接到一个或多个第二通道76的至少两个出口78。在该实施例中，冷却流体40的进入流被分流到离开出口78。
图11示意性地示出了根据本公开的形成CMC部件10的方法，该CMC部件10具有设置在其中的一个或多个功能特征，更具体地，设置在填料包中的冷却歧管(还参见图2，图4和图6)。如图11所示，部件10使用层叠技术形成。方法100包括提供陶瓷基复合物层30(步骤102a、102b)。陶瓷基复合物层30可以是单层或多层，例如形成为层叠堆的一系列层。用于层30的材料的示例包括但不限于预浸料复合层，预浸料复合层包括例如编织碳纤维、粘合剂材料和涂覆的碳化硅纤维，如前所述。
在第一实施例中，如步骤102a所示，首先层叠具有弯曲角θ的多个层30，其中θ小于180°。在替代实施例中，如步骤102b所示，将多个层30最初以基本平面的层形式层叠。在提供陶瓷基复合物层30之后，在步骤104中相对于多个层30设置填料包32。如前所述，填料包32包括用于在其中限定功能特征的装置，例如牺牲纤维33。牺牲纤维33使得能够形成一个或多个细长的功能特征36以增强CMC的功能，例如CMC预成型件中的冷却通道。在共同转让的美国专利第10384981号、D.Hall等人的“使用牺牲纤维和相关产品形成陶瓷基复合物的方法”，以及同时提交的美国专利申请的代理人案卷号为328251-1、D.Dunn等人的“使用牺牲纤维和非润湿涂层形成陶瓷基复合物的方法”中讨论了使用牺牲纤维制造功能特征的方法，上述两个专利全文结合到本文中。填料包32和在其中限定的功能特征36的几何形状包括任何合适的几何形状，包括圆形，弯曲，椭圆形，直线或其他合适的几何形状。
接下来，在步骤106a，106b中，设置附加的层30以包围填料包32。在第一实施例中，如步骤106a所示，多个附加层30以大致平面的层堆叠在填料包32的顶部上，以在多个层30之间限定空隙34。在替代实施例中，如步骤106b所示，将多个附加层30层叠在填料包32的顶部，并包括弯曲角θ，其中θ小于180°，用于限定多个层30之间的空隙34。
在制造过程中，具有限定在其中的不完整的功能特征36的填料包32与围绕填料包的陶瓷基复合层30一起形成预成型部件。在步骤108中，将预成型部件放置在高压釜中，并完成高压釜循环。预成型部件经受工业陶瓷复合物材料中使用的典型高压灭菌器压力和温度循环。高压灭菌可去除板中残留的所有挥发物，高压灭菌条件可根据层材料而变化。在高压灭菌之后，执行燃尽法以去除预成型件中的所有残留材料或其他粘合剂。燃尽法通常在大约426-648℃(大约800-1200°F)的温度下进行。
烧尽后，将预成型件放入真空炉中进行致密化。使用任何已知的致密化技术进行致密化，包括但不限于Silicomp，熔体渗透(MI)，化学气相渗透(CVI)，聚合物膨胀热解(PIP)和氧化物/氧化物方法。可以在具有在高于1200℃的温度下建立的气氛的真空炉中进行致密化，以允许硅或其他流体浸润剂材料熔体渗透到预成型部件中。一种合适的致密化方法是熔体渗透，其中将熔融的基质材料吸入层30中并使其固化。预成型件包括用于功能特征36的末端直径(未示出)，更具体地，包括歧管70(图4和图6)，以使基质材料被允许渗透并固化以形成致密基质材料的盖子或堵塞物。在致密化之后，致密化的预成型件或致密体包括其中填充有牺牲纤维33的填料包36，如步骤110所示，并形成部件10的至少一部分。
在致密化之后，在步骤110中，通过去除牺牲纤维33以留下形成在填料包32中的细长的通道或冷却歧管70，进一步形成功能特征36。在共同转让的美国专利第10384981号和同时提交的美国专利申请的代理人案卷号328251-1中讨论了去除牺牲纤维33以形成细长通道的方法。在一个实施例中，功能特征36形成为细长的冷却歧管70(图4和6)。
在替代实施例中，如步骤108所述，在致密化之前，通过去除牺牲纤维33进一步形成功能特征36，以留下形成在填料包32中的细长的通道或冷却歧管70。
在实施例中，功能特征36的内部中空部分足够大并且在部件10中开口，使得冷却剂或其他流体可以从中引导穿过以向部件10提供冷却。但是，如前所述，在陶瓷基复合层30上形成的致密化的基质材料形成基本上防止冷却剂或其他流体流动的堵塞物，并且更具体地，将功能特征36形成为部件10内部的封闭结构。在实施例中，开口被机加工或以其它方式形成在部件10中以向功能特征36提供入口和/或出口，以允许从中流过。更具体地，另外在步骤110中，形成一个或多个通道72、76，以将功能特征36，更具体地将冷却歧管70，联接至冷却流体的源(即，气室20，图2)和部件10的外部。为了形成一个或多个通道72、76，合适的技术包括激光钻孔，放电加工，切割或机加工陶瓷基复合物层30的陶瓷基复合物材料。在实施例中，通道76在连续层30之间形成。
可以通过机加工或以其他方式形成进入部件10的开口(例如，进给孔和热气路径卸载孔)，将用于冷却的一个或多个通道72、76输送和/或排出到气室20，其它功能通道或部件的外部，和/或从气室20，其它功能通道或部件的外部输送和/或排出。
尽管已经参考一个或多个实施例描述了本发明，但是应理解本领域技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出各种修改并且可以用等同物代替其要素。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明的目的不仅限于作为预期用于实现本发明的最佳模式的公开特定实施例，而是本发明将包括所附权利要求书范围内的所有实施例。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供:
1.一种制造陶瓷基复合物部件的方法，所述方法包含：将第一多个陶瓷基复合物层堆叠放置，在多个陶瓷基复合物层上设置填料包，其中所述填料包包括设置在其中的一个或多个牺牲纤维；在所述填料包的顶部放置第二多个陶瓷基复合物层，所述第一多个陶瓷复合物层、所述第二多个陶瓷复合物层和所述填料包形成预成型部件，其中，所述第一多个陶瓷复合物层或所述第二多个陶瓷复合物层中的一个包括弯曲角，以在所述第一多个陶瓷复合物层和所述第二多个陶瓷复合物层之间限定空隙，所述填料包设置在所述空隙中；执行以下操作中的一个：去除所述一个或多个牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个功能特征；或者将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化，执行以下操作中的另一个：去除所述一个或多个牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个功能特征；或者将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化；和形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道，以使冷却流体在其中流动。
2.根据任何在前条项所述的方法，所述一个或多个功能特征被完全封闭在所述致密体内。
3.根据任何在前条项所述的方法，所述一个或多个功能特征是冷却歧管。
4.根据任何在前条项所述的方法，形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道提供所述通道中的不切穿所述第一多个陶瓷基复合物层和所述第二陶瓷基复合物层的至少一个通道。
5.根据任何在前条项所述的方法，形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道提供所述通道中的形成在所述第一多个陶瓷基复合物层或所述第二陶瓷基复合物层中的一个之间的至少一个通道。
6.根据任何在前条项所述的方法，形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道提供所述通道中的形成在翼型件后缘处的至少一个通道。
7.根据任何在前条项所述的方法，所述陶瓷基复合物层是预浸渍的陶瓷基复合物层。
8.根据任何在前条项所述的方法，通过从由激光钻孔、放电加工、切割和机械加工组成的组中选择的方法来形成联接到所述一个或多个功能特征的所述一个或多个通道。
9.根据任何在前条项所述的方法，致密化包括熔体渗透。
10.根据任何在前条项所述的方法，所述流体渗透剂包括硅或硅合金。
11.根据任何在前条项所述的方法，所述陶瓷基复合物部件是热气路径涡轮部件。
12.根据任何在前条项所述的方法，所述热气路径涡轮部件从由燃烧室衬里、叶片、护罩、喷嘴、喷嘴端壁和叶片平台组成的组中选择。
13.一种制造陶瓷基复合物部件的方法，所述方法包含：将第一多个陶瓷基复合物层堆叠放置，在多个陶瓷基复合物层上设置填料包，其中所述填料包包括设置在其中的一个或多个牺牲纤维；在所述填料包的顶部放置第二多个陶瓷基复合物层，所述第一多个陶瓷复合物层、所述第二多个陶瓷复合物层和所述填料包形成预成型部件，其中，所述第一多个陶瓷复合物层或所述第二多个陶瓷复合物层中的一个包括弯曲角，以在所述多个陶瓷基复合物层之间限定空隙，所述填料包设置在所述空隙中；去除所述牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个细长的通道；将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化；和形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道，以使冷却流体在其中流动。
14.根据任何在前条项所述的方法，所述一个或多个功能特征完全封闭在所述致密体内。
15.根据任何在前条项所述的方法，所述一个或多个功能特征是冷却歧管。
16.一种陶瓷基复合物部件，包含：形成致密体的多个陶瓷基复合物层，所述致密体包括在所述多个陶瓷基复合物层之间的一个或多个空隙；填料包，所述填料包设置在所述一个或多个空隙中的每一个空隙中，其中所述填料包包括形成在其中的功能特征；流体源，所述流体源与所述功能特征流体连通；和一个或多个通道，所述一个或多个通道与所述功能特征流体连通，以将流体流从所述流体源提供到所述陶瓷基复合物部件的外部。
17.根据任何在前条项所述的陶瓷基复合物部件，所述功能特征完全封闭在所述致密体内。
18.根据任何在前条项所述的陶瓷基复合物部件，所述功能特征是冷却歧管。
19.根据任何在前条项所述的陶瓷基复合物部件，所述陶瓷基复合物部件是热气路径涡轮部件。
20.根据任何在前条项所述的陶瓷基复合物部件，所述热气路径涡轮部件从燃烧室衬里、叶片、护罩、喷嘴、喷嘴端壁和叶片平台组成的组中选择。

Claims (10)

1.一种制造陶瓷基复合物部件的方法，其特征在于，所述方法包含：
将第一多个陶瓷基复合物层堆叠放置，
在多个陶瓷基复合物层上设置填料包，其中所述填料包包括设置在其中的一个或多个牺牲纤维；
在所述填料包的顶部放置第二多个陶瓷基复合物层，所述第一多个陶瓷复合物层、所述第二多个陶瓷复合物层和所述填料包形成预成型部件，
其中，所述第一多个陶瓷复合物层或所述第二多个陶瓷复合物层中的一个包括弯曲角，以在所述第一多个陶瓷复合物层和所述第二多个陶瓷复合物层之间限定空隙，所述填料包设置在所述空隙中；
执行以下操作中的一个：
去除所述一个或多个牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个功能特征；或者
将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化，
执行以下操作中的另一个：
去除所述一个或多个牺牲纤维，使得沿着所述预成型部件形成一个或多个功能特征；或者
将流体渗透剂施加到所述预成型部件，从而使所述预成型部件致密化；和
形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道，以使冷却流体在其中流动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个功能特征被完全封闭在所述致密体内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个功能特征是冷却歧管。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道提供所述通道中的不切穿所述第一多个陶瓷基复合物层和所述第二陶瓷基复合物层的至少一个通道。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道提供所述通道中的形成在所述第一多个陶瓷基复合物层或所述第二陶瓷基复合物层中的一个之间的至少一个通道。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成联接到所述一个或多个功能特征的一个或多个通道提供所述通道中的形成在翼型件后缘处的至少一个通道。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷基复合物层是预浸渍的陶瓷基复合物层。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过从由激光钻孔、放电加工、切割和机械加工组成的组中选择的方法来形成联接到所述一个或多个功能特征的所述一个或多个通道。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，致密化包括熔体渗透。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流体渗透剂包括硅或硅合金。
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