DE131630T1

DE131630T1 - Gasturbinenmotor und kompositteile.

Info

Publication number: DE131630T1
Application number: DE1984901242
Authority: DE
Inventors: J. John Portland Ct 06480 Brennan; M. Karl Vernon Ct 06066 Prewo
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1983-01-18
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1985-05-23

Claims

ÜBERSETZUNG Anmeldung Nr. 84901242.2 United Techn. Corp. Patentansprüche

1. Bauteil für das Grundtriebwerk eines Gasturbinentriebwerks, mit mehreren im wesentlichen titanfreien Keramikschichten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus (a) Alumosilicat, (b) Lithiumalumosilicat _y (_c) Magnesiumalumosilicat und (d) Gemischen derselben besteht, wobei jede Schicht mit mehreren unidirektionalen, kontinuierlichen Siliziumcarbidfasern verstärkt ist und jede Schicht eine axiale Biegungsfestigkeit mit einem kritischen Spannungsinten-

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sitätsfaktor von über 68,8 MPa (25,4 mm) (10 χ 10 psi (inch) ' )als Beispiel, Warmfestigkeit, Hochtemperatur- Oxidationsbeständigkeit und gute Isoliereigenschaften hat.

2. Bauteil für das Grundtriebwerk eines Gasturbinentriebwerks, mit einem siliciumcarbidfaserverstärkten Glasverbundmaterial, das im wesentlichen aus etwa 30 Vol.-% bis etwa 70 Vol.-%' Siliciumcarbidfasern in einer Glasmatrix besteht, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welehe aus Borsilicatglas, Glas mit hohem Siliciumdioxidgehalt, Aluroosilicatglas und Gemischen derselben besteht, wobei das Verbundmaterial eine Bruchzähigkeit mit einem Spannungsintensitätsfaktor über etwa

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103 MPa (25,4 mm) (15,000 psi (inch) ' ) als Beispiel, Warmfestigkeit, Hochtemperatur - Oxidationsbeständigkeit und Isoliereigenschaften hat.

3. Bauteil nach Anspruch! oder 2, wobei die Siliciumcarbidfasern enthaltenden Schichten eine uniaxiale Orientierung haben.

4. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Siliciumcarbidfasern enthaltenden Schichten eine multiaxiale Orientierung haben.

■5, Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Siliciumcarbidfasern ein Multifilamentsiliciumcarbidgarn mit einem mittleren Filamentdurchmesser von bis zu 50 μια bilden.

6. Bauteil nach Anspruch 5, wobei das Garn einen mittleren Filamentdurchmesser von 5 - 15 pm hat.

7. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Siliciumcarbidfasern in einer Menge von wenigstens 40 Vol.-% vorhanden sind.

8. Bauteil nach Anspruch 4, wobei die Fasern eine Orientierung von 0°/90°, 0°/±45°/90° oder 0^o/30^o/60^o/90° haben.

9. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Verbundmaterial hergestellt worden ist, indem mit der Keramik im glasartigen Zustand begonnen .und diese nach der Verdichtung des Verbundmaterials aus dem glasartigen Zustand in den keramischen Zustand umgewandelt worden ist.

10. Verbundmaterial nach Anspruch 2, mit einer Biegungsfestigkeit über etwa 413,7 MPa (60,000 psi) bis zu einer Temperatur von etwa 600 ⁰C.

11. Verbundmaterial nach Anspruch 2, wobei die Fasern im wesentlichen· eine 0°/90°-0rientierung innerhalb des Verbundmaterials haben.

12. Verbundmaterial nach Anspruch 11, wobei die Siliciumc:]rbidfaser in einer Menge von etwa 50 Vol.-% vorhanden ist.

13. Bauteil nach Anspruch 2, mit einer Biegungsfestigkeit über etwa ; 1034,2 MPa (150,000 psi) bei Temperaturen bis zu etwa 700 ⁰C.

14. Bauteil nach Anspruch 2, mit einer Bruchzähigkeit über etwa 172,4 MPa (25,4 mm)^1/2 (25,000 psi (inch)^1/2).

15. Bauteil für das Grundtriebwerk eines Gasturbinentriebwerks, mit j etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% diskontinuierlichen Siliciumcarbidfasern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls, die mit im wesentlichen ebener, unregelmäßiger Orientierung in einer Glasmatrix angeordnet sind, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Borsilicatglas, Glas mit hohem Siliciumdioxidgehalt, Alumosilicatglas und Gemischen derselben besteht, so daß Festigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften erzeugt werden, die bei Temperaturen über 300 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung besser als die der Glasmatrix sind.

16. Bauteil nach Anspruch 15, mit einer Biegungsfestigkeit von über 68,8 MPa (10,000 psi) bei Temperaturen über 300 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.

17. Bauteil nach Anspruch 15, mit einer Biegungsfestigkeit von über 138 MPa (20,000 psi) bei Temperaturen über 300 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.

18. Bauteil nach Anspruch 15, mit einer Bruchzähigkeit von über 3 MPa/

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m bei Temperaturen über 300 °C in einer oxidierenden Umgebung.

19. Bauteil nach Anspruch 15, mit einer Bruchzähigkeit von über 5

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MPa/m bei Temperaturen über 300 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung . .

20. Bauteil für das Grundtriebwerk eines Gasturbinentriebwerks, mit etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% Siliciumcarbidfasern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls, die eine mittlere Länge von etwa 1 cm bis etwa 3 cm haben und mit im wesentlichen ebener , unregelmäßiger Orientierung in einer Glasmatrix mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient angeordnet sind, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Borsilicatglas, Glas mit hohem Siliciumdioxidgehalt, Alumosilicatglas und Gemischen derselben besteht, so daß sich ein Verbundmaterial mit Biegungsfestigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften ergibt, die besser sind als die der Glasmatrix bei hohen Temperaturen.

21 . Bauteil für das Grundtriebwerk eines Gasturbinentriebwerks, bestehend im wesentlichen aus etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% diskontinuierlichen Siliciumcarbidfasern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls, die mit im wesentlichen ebener, unregelmäßiger Orientierung in einer im wesentlichen titanfreien Glas - Keramik-Matrix angeordnet sind, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumalumosilicat, Magnesiumalumosilicat, Bariumalumosilicat, Alumosilicat und Kombinationen derselben besteht, so daß sich Festigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften ergeben, die bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung besser sind als die der Matrix.

22. Bauteil nach Anspruch 21, mit einer Biegungsfestigkeit von über 68,8 MPa (10,000 psi) bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.

23. Bauteil nach Anspruch 21, mit einer Biegungsfestigkeit von mehr als 138 MPa (20,000 psi) bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.

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3 MPa/m bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umge-

24. Bauteil nach Anspruch 21, mit einer Bruchzähigkeit von über 3 MPa,

bung.

25. Bauteil nach Anspruch 21, mit einer Bruchzähigkeit von über

5 MPa,
bung.

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5 MPa/m bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umge-

26. Bauteil für das Grundtriebwerk eines Gasturbinentriebwerks, bestehend im wesentlichen aus etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% Siliciumcarbidfasern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls, die eine mittlere Länge von etwa 1 cm bis etwa 3 cm haben und mit im wesentlichen ebener, unregelmäßiger Orientierung in einer im wesentlichen titanfreien Glas-Keramik-Matrix aus Lithiumalumosilicat, Magnesiumalumosilicat, Bariumalumosilicat, Alumosilicat und Kombinationen derselben angeordnet sind, was ein Verbundmaterial mit Biegungsfestigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften ergibt, die bei hohen Temperaturen besser sind als die der Keramik-Matrix.

27. Gasturbinentriebwerk enthaltend wenigstens ein Grundtriebwerksbauteil, das mehrere im wesentlichen titanfreie Keramikschichten aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus (a) Alumosilicat, (b) Lithiumalumosilicat, (c) Magnesiumalumosilicat und (d) Gemischen derselben besteht, wobei jede Schicht durch mehrere unidirektionale,kontinuierliche Siliciumcarbidfasern verstärkt ist und wobei jede Schicht eine axiale Biegungsfestigkeit von über 482,6 MPa (70,000 psi), eine hohe Bruchzähigkeit mit einem kriti-

1/2 sehen Spannungsintensitätsfaktor von über 68,8 MPa (25,4 mm)

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(10 χ 10 psi (inch) ) als Beispiel, Warmfestigkeit, Hochtempera-

- 6 tür - Oxidationsbeständigkeit und guten Isoliereigenschaften.

28. Gasturbinentriebwerk enthaltend wenigstens ein Grundtriebwerksbauteil, welches ein siliciumcarbidfaserverstärktes Glasverbundmaterial aufweist, das im wesentlichen aus etwa 30 Vol.-% bis etwa 70 Vol.-% Siliciumcarbidfasern in einer Glasmatrix besteht, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Borsilicatglas, Glas mit hohem Siliciumdioxidgehalt, Alumosilicatglas und Gemischen derselben besteht, wobei das Verbundmaterial eine Bruchzähigkeit mit einem

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kritischen Spannungsintensitätsfaktor über etwa 103 MPa (25,4 mm)

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(15,000 psi (inch) ) als Beispiel, Warmfestigkeit, Hochtemperatur - Oxidationsbeständigkeit und Isoliereigenschaften hat.

29. Gasturbinentriebwerk enthaltend wenigstens ein Grundtriebwerksbauteil, welches etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% diskontinuierlichen Siliciumcarbidfasern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls aufweist, die mit im wesentlichen ebener, unregelmäßiger Orientierung in einer Glasmatrix angeordnet sind, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Borsilicatglas, Glas mit hohem Siliciumdioxidgehalt, Alumosilicatglas und Gemischen derselben besteht, so daß sich Festigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften ergeben, die bei Temperaturen über 300 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung besser sind als die der Glasmatrix.

30. Gasturbinentriebwerk enthaltend wenigstens ein Grundtriebwerksbauteil, welches etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% Siliciumcarbidf asern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls aufweist, die eine mittlere Länge von etwa 1 cm bis etwa 3 cm haben und mit im wesentlichen ebener, unregelmäßiger Orientierung in einer Glasmatrix mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient angeordnet sind, welche · aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Borsilicatglas, Glas mit hohem

Siliciumdioxidgehalt, Alumosilicatglas und Gemischen derselben besteht, so daß sich ein Verbundmaterial mit Biegungsfestigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften ergibt, die bei hohen Temperaturen besser sind als die der Glasmatrix.

31. Gasturbinentriebwerk enthaltend wenigstens ein Grundtriebwerksbauteil, das im wesentlichen aus etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 VoI.-% diskontinuierlichen Siliciumcarbidfasern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls besteht, die mit im wesentlichen ebener, unregelmäßiger Orientierung in einer im wesentlichen titanfreien Glas-Keramik-Matrix angeordnet sind, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumalumosilicat, Magnesiumalumosilicat, Bariumalumosilicat, Alumosilicat und Kombinationen derselben besteht, so daß sich Festigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften ergeben, die bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung besser sind als die der Matrix.

32. Gasturbinentriebwerk enthaltend wenigstens ein Grundtriebwerksbauteil, das im wesentlichen aus etwa 15 Vol.-% bis etwa 50 VoI.- 7" Siliciumcarbidf asern hoher Festigkeit und hohen Elastizitätsmoduls besteht, die eine mittlere Länge von etwa 1 cm bis etwa 3 cm haben und mit im wesentlichen ebener, unregelmäßiger Orientierung in einer im wesentlichen titanfreien Glas-Keramik-Matrix aus Lithiumalumosilicat, Magnesiumalumosilicat, Bariumalumosilicat, Alumosilicat und Kombinationen derselben angeordnet sind, was ein Verbundmaterial mit Biegungsfestigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften ergibt, die bei hohen Temperaturen besser sind als die der Keramik-Matrix.

33. Triebwerk nach den Ansprüchen 27, 28, 29, 30, 31 oder 32, wobei das Bauteil wenigstens eine Verdichter- oder Turbinenlaufschaufel, eine Verdichter- oder Turbinenleitschaufel, eine Scheibe, eine Seitenplatte, ein Dichtschuh, ein Brennerflammrohr, eine Schubverstärkerklappe oder -dichtung, ein Brenner- oder Turbinengehäusegebilde ist.