DE102017201505A1

DE102017201505A1 - rCMC-Turbinenkomponente mit komplexen Kühlstrukturen sowie Verfahren zur Herstellung dazu

Info

Publication number: DE102017201505A1
Application number: DE102017201505.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Lampenscherf; Gia Khanh Pham; Christian Xavier Campbell; Steffen Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-08-02
Also published as: WO2018141574A1

Abstract

Die Erfindung betrifft nichtmetallische Turbinenkomponente, insbesondere Gasturbinenkomponente, beispielsweise für stationäre Gasturbinen, aus Ceramic Matrix Composite Materialien (CMCs). Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals eine CMC-Turbinenkomponente vorgestellt, die über feine und komplexe Kühlkanalstrukturen verfügt. Diese Kühlkanalstrukturen werden innerhalb der CMC-Turbinenkomponente erzeugt, ohne dass diese mechanisch strapazierenden Verfahren wie Ätzen, Fräsen, Schneiden etc. unterworfen wird. Dies ist beispielsweise an den Innenwänden der Kühlkanäle erkennbar.

Description

Die Erfindung betrifft nichtmetallische Turbinenkomponente, insbesondere Gasturbinenkomponente, beispielsweise für stationäre Gasturbinen, aus Ceramic Matrix Composite Materialien (CMCs).
Turbinenkomponenten, insbesondere Turbinenschaufeln, die zumindest teilweise aus CMCs gemacht sind, haben den Vorteil gegenüber metallischen Komponenten, dass sie in stationären Turbinen, wie Gasturbinen, bei deutlich höheren Temperaturen eingesetzt werden können. Das bedeutet, dass mit der Erhöhung der Betriebstemperatur eine Effizienzsteigerung der Gasturbine möglich ist und insbesondere dass unter Umständen Effizienzen größer 63% erreicht werden können. Das CMC Material ist ein keramischer Verbundwerkstoff bestehend aus keramischen Fasern und/oder Fasergeweben, wie beispielsweise Mullit- und/oder Aluminiumoxid-Faser, die oder das in einer keramischen Matrix aus - wiederum beispielsweise - Aluminiumoxid eingebettet ist. Aus der WO 2016/159933 ist eine derartige Turbinenkomponente bekannt.
Doch auch diesem Material sind thermische Grenzen gesetzt, die unter anderem mit der Temperatur, bei der die Verstärkungsfasern eine Rekristallisation beginnen, erreicht sind. Für eine lange Lebensdauer der Gasturbinenkomponente bei den oben genannten Betriebsbedingungen ist daher eine Kühlung unerlässlich.
Geeignete Kühlstrukturen sind zwar für metallische Gasturbinenkomponenten bekannt, nicht jedoch für solche aus - möglicherweise auch noch stark porösen - CMCs. Bislang werden Kühlstrukturen und/oder Kühlkanäle in metallischen Gasturbinenkomponenten, also beispielsweise in Schaufeln und/oder Blades, über Gießprozesse hergestellt.
Dabei kommen nach dem Stand der Technik für innere Kühlstrukturen Gießkerne zum Einsatz, die die filigranen Kühlkanäle und/oder Strukturen während des Metallgusses abbilden und vor allem sich unzugänglich im Inneren der Turbinenkomponente befinden. Kühlkanäle, die von außen zugänglich sind, werden im Gegensatz dazu über Erodieren und/oder Laserbohren eingebracht.
Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbinenkomponente zu schaffen, die zumindest teilweise aus CMC ist und im CMC geeignete Kühlstrukturen aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Kühlstrukturen in derartigen Turbinenkomponenten zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie er in der Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Turbinenkomponente, die zumindest zum Teil aus Ceramic Matrix Composite Material mittels eines Laminierverfahrens aufgebaut ist, wobei Platzhalter in das CMC-Prepreg, eine CMC-Prepreg-Vorstufe und/oder das aus CMC-Prepreg-Lagen gebildete Laminat vor und/oder während des Laminierverfahrens eingebracht werden, die beim Sintern der Turbinenkomponente durch Zersetzung und/oder Verdampfen entfernbar sind und definierte Hohlräume im CMC, die als Kühlstrukturen einsetzbar sind, hinterlassen.
Die durch das Entfernen der Platzhalter gebildeten Hohlräume sind je nach Platzhalter identifizierbar, weil sie, anders als nachträglich eingeschnittene, eingeätzte oder eingefräste Kanalstrukturen keine scharfen Kanten aufweisen, sondern glatte Oberflächen. Beispielsweise liegen an den Wänden der nach der Erfindung gebildeten Hohlräume keine abgeschnittenen Fasern vor, sondern die Hohlräume sind in der Regel ohne Schnittschädigung einer keramischen Verstärkungsfaser im CMC gebildet. Dabei kann natürlich im Einzelfall eine gerissene und/oder abgetrennte Verstärkungsfaser in einem Kühlkanal der fertigen CMC-Komponente nicht ausgeschlossen werden.
Die hier einsetzbaren Platzhalter sind flexibel, biegsam oder auch steif, je nachdem welche Art Kühlkanal im fertigen Bauteil gewünscht ist. Beispielsweise handelt es sich um organisch basierte polymere Plastik-Opfer-Mikroschläuche, Plastik-Opfer-Kanalstrukturen und/oder Plastik-Opfer-Fasern, insbesondere Kohlenstoffbasierte, organische Fasern. Die Materialien der Opfer-Elemente richten sich danach, welche keramischen Verstärkungsfasern und welche keramische Matrix im CMC vorliegt. Entscheidend ist, dass das Opfer-Material mit dem keramischen Material unter Druck und Temperaturerhöhung, wie beispielsweise beim Entbinderungsschritt, vor dem Sinterungsschritt, nicht mit dem keramischen Material abreagieren und dass die dampfförmigen Zersetzungsprodukte des Opfermaterials auch keine Reaktionen und/oder Schäden an der Keramik hervorruft.
Die Opfer-Mikroschläuche sind beispielsweise Kunststoffprodukte, beispielsweise auf Basis organischer, anorganischer und/oder metallorganischer Polymere, die, wiederum beispielsweise, in Form von Schläuchen und/oder spritzgegossenen Kanalstrukturen eingesetzt werden.
Die Opfer-Fasern sind Fasern, Fasergewebe und/oder Faserverbunde, in denen zumindest zwei Arten von Fasern vorliegen, zumindest eine erste Faserart, die unter den Bedingungen der Sinterung der CMC-Komponente stabil bleiben und zumindest eine zweite Faserart, die unter den Bedingungen der Sinterung der CMC-Komponente sich zersetzen undverdampfen. Diese Faserverbunde mit zumindest zwei Arten Fasern nennt man auch Hybridfasern, Hybridfasergewebe und/oder Hybridfaserverbunde.
Dadurch ist es erstmals möglich, Turbinenkomponenten mit komplexen Kühlkanalstrukturen darzustellen. Komplexe Kühlkanalstrukturen liegen in den Turbinenkomponenten bereichsweise oder durchgehend vor. Dabei können alle Arten von Kühlstrukturen einfach realisiert werden, weil in Bereichen, in denen erhöhte Kühlung vorteilhaft ist eine größere Dichte an Kühlkanalstrukturen vorliegen als in den Bereichen, in denen beispielsweise weniger Kühlkanäle erforderlich sind.
So kann näher am Kern bereichsweise eine höhere Dichte an Kühlstrukturen vorgesehen sein als näher an der Oberfläche des Laminats.
Als „komplexe Kühlkanalstrukturen“ werden Kühlluftstrukturen in der Turbinenkomponente verstanden, die sehr dünnwandig ausgebildet sind. Beispielsweise werden Kühlkanalstrukturen in der US 2016/0376957 A1 beschrieben.
Beim Laminierverfahren zur Herstellung der Turbinenkomponente aus CMCs werden in einem ersten Schritt CMC-Prepregs hergestellt, das sind Fasern, Fasergewebe und/oder Faserverbunde, die mit keramischer Matrix infiltriert und/oder imprägniert sind und die auf Pressformen, wie beispielsweise Presskernen, abgelegt, insbesondere in Lagen abgelegt, also laminiert, sind. Als CMC-Prepreg-Laminat wird vorliegend ein Stapel mehrerer CMC-Prepreg-Lagen von imprägniertem Gewebe bezeichnet, das zur Herstellung einer CMC-Turbinenkomponente gesintert wird.
Die eingesetzten Gewebe sollen im fertigen Bauteil erhalten bleiben und deshalb sind die das Gewebe bildenden Fasern entsprechend aus keramischem Material, das gegenüber den Sinterungsprozess-Bedingungen stabil ist. Insbesondere vorteilhaft ist, wenn die Fasern zumindest Anteile aufweisen, die kristallin sind und deren Kristallisation während der Sinterung aufrecht erhalten bleibt, die also weder einer ReKristallisation noch einer Änderung der Modifikation durch den Sinterungsprozess unterworfen sind.
In diese CMC-Prepreg-Laminate werden die Platzhalter vorzugsweise eingebracht. Die Platzhalter liegen auch im Inneren der CMC-Prepreg-Laminate und/oder CMC-Prepreg-Lagen und haben gegebenenfalls eine Anschluß-Öffnung an der Oberfläche. Des Weiteren können Platzhalter CMC-Prepreg-Lagen oder Teile von Lagen durchstoßen. Die CMC-Prepreg-Laminate werden beispielsweise auch um die Platzhalter herum gebildet.
So können vor der Aufbringung einer oberen CMC-Prepreg-Lage in zumindest eine untere CMC-Prepreg-Lage Platzhalter eingebracht werden, die sich nicht über die oberen CMC-Prepreg-Lagen erstrecken. Die Platzhalter können mehrere CMC-Prepreg-Lagen durchstechen und/oder entlang einer CMC-Prepreg-Lage angeordnet sein. Nach dem Sinterungsprozess bilden sich anstelle der Platzhalter Hohlräume aus, die zumindest den Raum der Platzhalter einnehmen, unter Umständen aber, weil die Entfernung der Platzhalter in der Regel während des Entbinderungsschritts unter Gasentwicklung stattfindet, können die Hohlräume auch größer oder kleiner als die in die CMC-Prepreg-Lage eingearbeiteten Platzhalter sein.
Das CMC-Prepreg-Laminat wird in einem zweiten Prozessschritt, vorzugsweise mittels Autoklaven, bei hohem Druck verdichtet und getrocknet.
Ein Laminierverfahren ist beispielsweise aus der WO 2016/159933 bekannt.
Nach dem Sintern wird eine fertige CMC-Komponente erhalten, wobei Fasern, Fasergewebe und/oder Faserverbund, die gegenüber den Bedingungen des Sinterungsprozesses stabil sind, im Wesentlichen unverändert vorliegen, also beispielsweise beim Sintern nicht oder nur unwesentlich rekristallisieren.
Die Hohlräume bilden beispielsweise dünnwandige und/oder komplexe Kanalstrukturen. Diese befinden sich beispielsweise entlang von Fasern, Fasergewebe und/oder Faserverbunde und/oder senkrecht dazu, so dass sie zumindest eine Ebene oder eine Lage, meistens aber mehrere Ebenen oder Lagen senkrecht durchlaufen.
Zur Ausbildung von Mikrokanalstrukturen entlang der Fasern, dem Fasergewebe und/oder den Faserverbunden werden Mikroschläuche mit den Fasern in ein CMC-Prepreg-Laminat eingelegt, die beim Trocknen, Entbindern und/oder beim Sintern des CMCs ausgebrannt werden.
Alternativ oder ergänzend können zu den Mikroschläuchen und/oder den spritzgegossenen Kanalstrukturen auch Hybridfaser, -gewebe und/oder -verbunde in ein CMC-Prepreg-Laminat eingearbeitet werden.
Hybridfaserverbunde sind beispielsweise 3-dimansionale Faserverbunde, in denen zumindest zwei unterschiedliche Fasermaterialien verarbeitet sind, beispielsweise keramische Fasern und Kohlenstofffasern. Das Prinzip dabei ist, dass eine erste Art Faser, beispielsweise eine Keramikfaser stabil gegenüber den Bedingungen der Sinterung ist, wohingegen eine zweite Art Faser während der Sinterung, insbesondere im Entbinderungsschritt entfernbar ist und Hohlräume hinterlässt, die in der fertigen Komponente als Kühlkanal nutzbar sind. Die beiden Faserarten werden beispielsweise zusammen verwoben und/oder geflochten und bilden Hybridstrukturen mit Platzhalter aus Opferfaserkordeln, Opferfasergewebe und/oder Opferfaserverbunde.
Im Flechtverfahren können beliebige 3-dimensionale Faserverbunde mit Platzhaltern zur Bildung der CMC-Prepreg-Lagen eingesetzt werden.
Durch diese Hybridstrukturen können sehr filigrane Kühlkanalstrukturen realisiert werden. Beispielsweise können um die stabilen keramischen Fasern herum die Opferfasern geflochten werden oder umgekehrt, verschiedene Durchmesser an Opferfasern und an stabilen Fasern können kombiniert werden und Gewebe mit Opferfasern verschiedenster Durchmesser können dazu dienen, gewünschte Zonen in der Turbinenkomponente mit differenzierten Kühlkanalstrukturen nach der Sinterung zu erhalten.
Durch den Einsatz von dünnen Opferfasern, beispielsweise von Kohlenstofffasern mit 500 Denier bis 3000 Denier können entsprechend feine Kühlkanalstrukturen erzeugt werden. Durch den Einsatz entsprechend dickerer Opferfasern, beispielsweise im Bereich 7000 bis 15.000 Denier, können entsprechend größere Kühlkanalstrukturen gebildet werden.
Bei der Verwendung von Opfer-Mikroschläuchen, die während des Sinterprozesses entfernt werden, bilden sich in der fertigen CMC-Komponente beispielsweise Kühlkanäle aus, die einen Durchmesser von 100µm bis 3mm haben, insbesondere von 300µm bis 2mm, besonders bevorzugt im Bereich von 500µm bis 1,5mm.
Durch einen Einbau von Opfer-Mikroschläuchen und/oder Opfer-Kanalstrukturen und/oder Opfer-Fasern in das CMC-Prepreg-Laminat können Kühlkanäle mit den genannten Durchmessern in verschiedenen Bereichen der CMC-Komponente ausgebildet werden.
So wechseln sich beispielsweise Bereiche mit Kühlkanälen und Bereiche ohne Kühlkanäle ab, oder Bereiche mit drei verschiedenen Durchmessern an Kühlkanälen mit Bereichen mit nur einem Durchmesser an Kühlkanälen. Insbesondere filigrane Kühlkanäle und Strukturen, die sich im Inneren der CMC-Komponente befinden, können so hergestellt werden.
Die Kühlkanalstrukturen bilden die Lage der Platzhalter vor dem Sinterprozess nach. Entsprechend können die Kühlkanalstrukturen geflochtener und verwebter Hybridfasern sehr komplexe Strukturen haben, die sich beispielsweise um die Verstärkungsfasern der CMC-Komponente winden.
Im Folgenden wird anhand von ausgewählten Beispielen die Erfindung näher erläutert:

1a und 1b zeigt eine Fotographie einer CMC-Turbinenkomponente mit Platzhalter vor dem Sinterungsprozess und mit Kühlkanal nach dem Sinterungsprozess.
2a bis 2d zeigen schematisch den Laminierprozess unter Einbau von Platzhaltern
3a und 3b zeigen einen beispielhaften Hybridfaserverbund a) ohne Laminat in schematischer, perspektivischer Darstellung; b) innerhalb eines CMC-Prepreg-Laminats;
4a und 4b zeigen den Einbau von 2D-Hybridgeweben zur Herstellung kleiner Kühlkanalquerschnitte
5a und 5b zeigen den Einbau von 2D-Hybridgeweben zur Herstellung großer Kühlkanalquerschnitte
Die 6 schließlich zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften 3D-Hybridfaserverbunds zum Einbringen in ein CMC-Prepreg-Laminat.

Die 1a zeigt eine Fotographie eines CMC-Prepreg-Laminats vor dem Sinterungsprozess. Zu erkennen ist die Grundstruktur 1, auf der die Prepregs 2 in Lagen während des Laminierverfahrens abgelegt werden. Senkrecht zur Ebene der Lagen kann man als senkrechte Linien die eingebrachten Platzhalter in Form von Mikroschläuchen 3 erkennen, deren Durchmesser mit 0,5mm bis 1,4mm angegeben sind.
1b zeigt die fertige Turbinenkomponente, nach dem Sinterungsprozess. Der Blickwinkel ist um 90° gedreht, man sieht jetzt von oben entlang des ehemaligen Platzhalters, des Mikroschlauchs. Zu erkennen ist das dort, wo der Platzhalter 3 im Laminat 2 war nun ein Kühlkanal 5 entstanden ist. Die fertig gesinterte CMC-Komponente 4 weist Verstärkungsfasern 6 auf, die gegenüber den Bedingungen der Sinterung (Druck, Temperatur) stabil sind.
Die 2a bis 2d zeigen den Einbau polymerer Kanalstrukturen in das CMC-Prepreg-Laminat, die mittels Spritzgussprozess herstellbar sind. 2a zeigt den ersten Verfahrensschritt, bei dem auf die Grundstruktur 6 - eine so genannte „core structure“ - die CMC-Prepreg-Lagen 7 aufgelegt, also auf laminiert werden. Die Grenzfläche 8 zwischen den einzelnen CMC-Prepreg-Lagen ist ebenfalls zu erkennen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird dann, wie in 2b gezeigt, ein Platzhalter 9 in Form einer spritzgegossenen Kanalstruktur in das bereits gebildete CMC-Prepreg-Laminat eingedrückt und in der Grundstruktur 6 in den entsprechenden Vertiefungen 10 verankert.
2c zeigt - immer im Querschnitt - weitere CMC-Prepreg-Lagen des CMC-Prepreg-Laminats 7, also herkömmliche Lagen aus CMC-Prepreg, wie beispielsweise in der WO 2016/159933 A1 beschrieben, außerhalb des Platzhalters 9, so dass der Platzhalter 9 sich im Inneren des gebildeten CMC-Prepreg-Laminats 7, befindet. Nach Trocknung des CMC-Prepreg-Laminats 7 kann für den Entbinderungs- und Sinterungsprozess die Grundstruktur 6 entfernt werden. Daraus entsteht ein CMC-Prepreg-Laminat 7 mit einem Platzhalter 9, wie in 2d gezeigt.
Die hier gezeigte Kühlkanalstruktur hat Öffnungen 11, wo das CMC-Prepreg-Laminat 7 auf der Grundstruktur 6 auflag und seitlich.
Die 3a und 3b zeigen die Bildung und den Einbau von Hybridfaser, -Kordeln und/oder -Bändern.
Hier werden beispielsweise dickere Opferfasern 12 mit dünneren keramischen Fasern 13 verflochten und ergeben eine Hybridfaser-Kordel 14, wie in 3a gezeigt.
In 3b ist gezeigt, wie die Hybridfaser-Kordel 14 in das CMC-Prepreg-Laminat 7 beispielsweise zusätzlich zu dem Platzhalter 9 aus 1 und/oder 2 eingebracht wird. Die in 3b dargestellte Querschnittsansicht geht durch das CMC-Prepreg-Laminat 7 und durch die eingelegte Hybridfaser-Kordel 14.
Die 4a und 4b zeigen beispielhaft ein 2D-HybridGewebe 15 aus keramischen Fasern 13 und Opferfasern 12 in ein CMC-Prepreg-Laminat 7, wobei die Opferfaser 12 einen nur kleinen Querschnitt von beispielsweise 1500 Denier hat.
4a zeigt ein 2-dimensionales Fasergewebe aus keramischer, beispielsweise oxidischer, Faser 13, die sowohl in x-als auch in y-Richtung verlegt ist. In dieses 2-dimensionale Gewebe ist noch eine Opferfaser 12 in y-Richtung hineingewoben.
4b zeigt eine beispielhafte Lage eines Hybrid-Gewebes 15 in einem CMC-Prepreg-Laminat 7.
5 zeigt ein anderes Beispiel für ein Hybridgewebe 15, bei dem die Opferfaser 12 einen wesentlich größeren Querschnitt als die keramische Faser 13 hat. Es liegt wieder, wie bei 4a ein Gewebe aus keramischer Faser 13 in x - Richtung und in y-Richtung gewebt, vor, wobei wellenartig eine fette Opferfaser 12a nach der anderen 12b, 12c,... einmal vom keramischen Gewebe 13 bedeckt ist und alternativ einmal auf dem Gewebe 13 zu liegen kommt. Eine „fette“ Opferfaser ist beispielsweise eine Kohlenstofffaser in Form eines Rovings mit 10.000 Denier.
5b zeigt wieder den Einbau dieses Hybridgewebes in ein CMC-Prepreg-Laminat 7, wobei hier die dicken Opferfasern 12 zu erkennen sind.
6 zeigt einen beispielhaften Hybrid-Faserverbund 16 der durch Verweben von drei Fasern 12, 13 und 17 gebildet wird. Dabei ist frei wählbar, wo im Verbund die Opferfasern 12 und wo die keramischen Fasern 13 liegen, genau wie die Wahl der dritten Faser 17 als Opferfaser oder keramische Faser, weil der Verbund 16 durch Herstellung der gesinterten CMC-Komponente auch nach dem Entfernen der Opferfasern stabil ist.
Die Herstellung eines Hybridfaser-Verbunds erfolgt beispielsweise über das Flechtverfahren. Dabei können ebenfalls oxidische keramische Fasern mit Kohlenstoff-Fasern verarbeitet werden. Die Kohlenstoff-Fasern können wiederum während der Temperaturbehandlung ausbrennen und ein feines Kanalnetzwerk zur Kühlung einer Komponente erzeugen. Für dieses Herstellungsverfahren wird die keramische Matrix zur Herstellung der CMC-Turbinenkomponente beispielsweise nachträglich in den 3D-Formkörper beispielsweise über ein Transfer-Moulding-Verfahren infiltriert. Dabei ist in der fertigen CMC-Turbinenkomponente erkennbar, dass zumindest ein Kühlkanal oder zumindest ein Teil eines Kühlkanals sich mit den Verstärkungsfasern der CMC-Komponente zu einem Muster ergänzt.
Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals eine Turbinenkomponente vorgestellt, die über feine und komplexe Kühlkanalstrukturen verfügt. Diese Kühlkanalstrukturen werden in der CMC-Turbinenkomponente erzeugt, ohne dass diese mechanisch strapazierenden Verfahren wie Ätzen, Fräsen, Schneiden etc. unterworfen wird. Dies ist beispielsweise an den Innenwänden der Kühlkanäle erkennbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/159933 [0002, 0021]
US 2016/0376957 A1 [0015]
WO 2016/159933 A1 [0038]

Claims

CMC-Turbinenkomponente, die zumindest zum Teil aus Ceramic Matrix Composite Material mittels eines Laminierverfahrens aufgebaut ist, wobei Platzhalter in das CMC-Prepreg, eine CMC-Prepreg-Vorstufe und/oder das aus CMC-Prepreg-Lagen gebildete CMC-Prepreg-Laminat vor und/oder während des Laminierverfahrens eingebracht werden, die beim Sintern der Turbinenkomponente durch Zersetzung und/oder Verdampfen entfernbar sind und definierte Hohlräume im CMC-Prepreg-Laminat, die als Kühlkanäle einsetzbar sind, hinterlassen.
CMC-Turbinenkomponente nach Anspruch 1, die ein Turbinenblatt oder eine Turbinenschaufel ist.
CMC-Turbinenkomponente nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Kühlkanal oder ein Teil eines Kühlkanals sich mit zumindest einer in der CMC-Turbinenkomponente vorliegenden Verstärkungsfaser oder zumindest einem Teil einer solchen Verstärkungsfaser zu einem Muster ergänzt.
CMC-Turbinenkomponente nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Kühlkanal oder zumindest ein Teil eines Kühlkanals mit zumindest einer Verstärkungsfaser oder zumindest einem Teil einer Verstärkungsfaser der CMC-Komponente ein Flecht- und/oder Webmuster ergibt.
CMC-Turbinenkomponente nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Kühlkanal oder ein Teil eines Kühlkanals mit zumindest einer Verstärkungsfaser oder einem Teil einer Verstärkungsfaser eine Kordel ergibt.
CMC-Turbinenkomponente nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich zumindest ein Kühlkanal zumindest teilweise mäandernd durch die CMC-Komponente zieht.
CMC-Turbinenkomponente nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Innenwände der Kühlkanäle keine scharfen Kanten und/oder abgeschnittene Verstärkungsfasern aufweisen.
CMC-Turbinenkomponente nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Inneren der CMC-Turbinenkomponente eine Kühlstruktur vorliegt, die zumindest einen Kühlkanal oder einen Teil eines Kühlkanals umfasst, der einen Durchmesser im Bereich von 100µm bis 3 mm hat.
Verfahren zur Herstellung einer CMC-Turbinenkomponente, wobei in einem ersten Verfahrensschritt CMC-Prepreg-Lagen auf eine Grundstruktur laminiert werden; in einem folgenden Verfahrensschritt Platzhalter in das CMC-Prepreg-Laminat eingebracht werden; in einem darauf folgenden Sinterungsprozessschritt die Platzhalter durch Entbindern und/oder Sintern entfernt werden und die CMC-Turbinenkomponente gesintert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei in einem Verfahrensschritt vor dem Sinterungsprozessschritt weitere CMC-Prepreg-Lagen auf die mit Platzhalter bestückten CMC-Prepreg-Lagen auf laminiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei als Platzhalter Mikroschläuche und/oder spritzgegossene Kanalstrukturen auf Basis organischer, anorganischer und/oder metallorganischer Polymere in das noch nicht gesinterte CMC-Prepreg-Laminat eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Platzhalter als Opferfasern in Form einer Hybridfaser-Kordel, Hybridfasergewebe und/oder Hybridfaserverbunde eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei als Opferfaser eine Kohlenstoff-Faser eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei als Opferfaser eine Kohlenstoff-Faser mit einem Durchmesser im Bereich von 500 bis 15 000 Denier eingesetzt wird.