DE2154480C3

DE2154480C3 - Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Siliziumnitrid

Info

Publication number: DE2154480C3
Application number: DE19712154480
Authority: DE
Inventors: Jack Raymond Chellaston Derby Bird (Grossbritannien)
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1970-11-03
Filing date: 1971-11-02
Publication date: 1975-06-05
Also published as: FR2124013A5; GB1352853A; DE2154480A1; DE2154480B2; JPS55353B1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Keramik-Formkörpern und insbesondere, wenngleich nicht ausschließlich, die Herstellung von Formteilen für Gasturbinentriebwerke.

Heißgepreßtes Siliziumnitrid weist viele Eigenschaften auf, die es zur Verwendung in Gasturbinen, insbesondere in Bereichen solcher Turbinen, wo extern hohe Temperaturen auftreten, besonders geeignet erscheinen lassen. Typische Beispiele für derartige Bereiehe sind die Auslässe aus den Verbrennungskammern und die Hochdruckturbine. Die Düsenleitschaufeln und die Hochdruckturbinen-Laufschaufeln, die in den beiden vorgenannten Bereichen angeordnet sind, sind typische Teile, für welciie heißgepreßtes Siliziumnitrid in mannigfacher Hinsicht geeignet ist. Derartige Teile weisen in ihren verschiedenen Abschnitten stark unterschiedliche Wanddicken auf, die mit aerodynamischem Profil ausgebildeten eigentlichen Arbeitsabschnitte, die hohl sein können, haben geringere Wanddicken als bei-Spielsweise die sogenannten Plattformabschnitte oder die Umhüilungs- bzw. Abschlußringe.

Bei der Herstellung von Formkörper!! aus Siliziumnitridpulver ist es erwünscht, daß die Dicke der Formkörper keine allzu großen Schwankungen gegenüber der Norm aufweist, da andernfalls beim Heißverpressen des Pulvers mit einem Flußmittel die Dichte des Formkörpers von einer Stelle zur anderen schwanken kann, d, h., die verhältnismäßig dünnen Abschnitte können vollständig verdichtet sein, während die verhältnismä-Big dicken Abschnitte nur teilweise verdichtet sein können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Formkörpern mit Abschnitten stark unterschiedlicher Wandstärken durch Heißpressen von Siliziumnitrid zugrunde.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zu diesem Zweck bei der Herstellung eines Formkörpers mit wenigstens zwei Abschnitten von stark unterschiedlicher Wanddicke durch Heißpressen eines Gemisches aus Siliziumnitrid und einem Flußmittel vor, d?^r man zunächst aus einer ersten Menge dieses Gemisches aus

ίο Siliziumnitridpulver und Flußmittel durch Heißpressen den einen Abschnitt herstellt, daß man sodann diesen ersten Abschnitt in eine Form einbringt, welche beide Abschnitte aufnehmen kann, daß man diese Form mit einer weiteren Menge des Gemisches aus Siliziumnitridpulver und Flußmittel füllt und durch Heißpressen den zweiten Abschnitt des Formkörpers unter gleichzeitiger Erzeugung des Verbunds zwischen den beiden Abschnitten herstellt
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann vorgesellen sein, daß vor dem Einbringen des Gemischs aus Siliziumnitridpulver und dem Flußmittel Graphwkerne in die Form eingelegt werden und daß die Graphitkerne nach der Herstellung eines oder beider Abschnitte im Heißpreßverfahren wieder entfernt werden,

derart, daß im Inneren eines oder beider Abschnitte Kanäle gebildet werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Gasturbinenschaufeln, wobei vorgesehen sein kann, daß einer der beiden Abschnitte des Formkörpers der mit aerodynamischem Profil ausgebildete eigentliche Arbeitsabschnitt einer Gasturbinenschaufel ist und daß der andere Abschnitt die Plattform oder der Umhüilungs- bzw. Abschlußring einer Casturbinenschaufel ist

Das Gemisch aus Siliziumnitridpulver und dem Flußmittel kann aus 95 Gewichtsprozent Siliziumnitridpulver und 5 Gewichtsprozent Magnesiumoxyd bestehen und im Heißpreßverfahren bei einer Temperatur von etwa 1850⁰C und einem Druck von 77,3 kg/cm² verarbeitet werden. Dieses und anderweitige Verfahren zum Heißpressen von Siliziumnitrid sind in der britischen Patentschrift 970 639 beschrieben.

Im folgenden wird als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Herstellung einer Hochdruckturbinenschaufel

für eine Gasturbine beschrieben. Eine derartige Schaufel besteht typischerweise aus dem eigentlichen Arbeitsabschnitt (d h. einem mit strömungsdynamischem Tragflügelprofil ausgebildeten Abschnitt) einer Plattform und einem Umhüilungs- oder Abschlußring, wobei diese sämtlichen verschiedenen Abschnitte wesentlich voneinander verschiedene Wanddicken entsprechend der jeweiligen speziellen Formgebung aufweisen. Bei dem vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß die Plattform und der Umhüilungs- oder Abschlußring im wesentlichen gleiche Wanddicken besitzen, während der eigentliche Arbeitsabschnitt eine von den beiden anderen Teilen wesentlich verschiedene Wanddicke

aufweist.

Eine vorgegebene Menge Siliziumnitridpulver und Magnesiumoxyd werden im Verhältnis 95 Gewichtsprozent Siliziumnitrid und 5 Gewichtsprozent Magnesiumoxyd miteinander gemischt; das so erhaltene Gemisch wird in eine Form geeigneter Formgebung für die Herstellung der Plattform und des Abschlußrings eingebracht, wenngleich diese Teile gegebenenfalls auch in getrennten Formen hergestellt werden können. Die Form wird sodann geschlossen und das Gemisch bei einer Temperatur von etwa 175O°C und einem

Druck von etwa 7 kg/cm² heißgepreßt

Sobald das Gemisch verdichtet ist, wird das Plattform- und Abschlußring-Formstück aus der Form entnommen und in eine andere Preßform solcher Formgebung eingebracht, daß sie die bereits geformten Plattform- und Abschlußring-Abschnitte aufnehmen kann und die Formgebung des Arbeitsabschnittes der Schaufel gestattet

Sodann wird eine v/eitere Menge des Pulvergemischs in die Form geschüttet und, wie vorstehend beschrieben, heißgepreßt In diesem Arbeitsvorgang erfolgt gleichzeitig sowohl die Formgebung des Arbeitsabschnittes als auch der Verbund dieses Arbeitsschnittes mit der Plattform und dem Abschlußring.

Dieses Verfahren gestattet die Formgebung einer Schaufel «nit sehr engen Toleranzen unter weitgehender Verringerung der noch erforderlichen Formgebungs-Nachbearbeitung.

Falls für den Arbeitsabschnitt Kühlkanäle erforderlich sind, können diese dadurch erzeugt werden, daß man in die Form vor der Einbringung des Pulvergemischs, aus welchem der Arbeitsabschnitt hergestellt werden soll, entsprechende Graphit-Kerne einbringt

Das hier speziell zugrunde gelegte Siliziumnitrid-Heißpreßverfahren und andere Verfahren sind in der britischen Patentschrift 970 639 beschrieben; diese Verfahren eignen sich zur Anwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung wurde vorstehend beispielshalber unter Bezugnahme auf eine Hochdruckturbinenschaufel beschrieben, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ebenso zur Herstellung jeglicher beliebiger Formkörper aus heißgepreßtem Siliziumnitrid.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke aufweisenden Formkörpers durch Heißpressen eines Gemisches aus Siliziumnitrid und einem Flußmittel, insbesondere zur Herstellung von Gasturbinenschaufeln, wobei einer der Abschnitte der mit aerodynamischem Profil ausgebildete Arbeitsabschnitt der Schaufel und der andere Abschnitt die Plattform oder der Umhüilungs- bzw. der Abschlußring der Schaufel ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst aus einer ersten Menge des Gemisches aus Siliziumnitridpulver und Flußmittel durch Heißpressen der eine Abschnitt hergestellt und dieser sodann in eine Form, welche beide Abschnitte aufnehmen kann, eingebracht wird, worauf diese Form mit einer weiteren Menge des Gemisches aus Siliziumnitridpulver und Flußmittel gefüllt und durch Heißpressen der zweite Abschnitt des Formkörper; unter gleichzeitiger Erzeugung des Verbunds /.wischen den beiden Abschnitten hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen des Gemischs aus Siliziumnitridpulver und Flußmittel Graphitkenne in die Form eingelegt werden und daß die Graphitkerne nach der Herstellung eines oder beider Abschnitte im Heißpreßverfahren unter Bildung von Kanälen im Inneren der Abschnitte wieder entfernt werden.