DE2505652C2 - Verfahren zur Herstellung eines Turbinenrades - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines TurbinenradesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Turbinenrades aus Keramik.
Bei solchen keramischen Turbinenrädern müssen die Turbinenscheibe und die Schaufeln aus verschiedenen
Keramiken bestehen, um den unterschiedlichen Beanspruchungen gerecht zu werden.
Die Verbindung zwischen den verschiedenen Keramiken wurde bisher in der Weise herzustellen versucht,
daß in den reaktionsgesinterten einstückigen Schaufelkranz aus Ring und Schaufeln die Scheibe eingepreßt
wurde. Dieses Verfahren ergab jedoch kein befriedigendes Ergebnis, insbesondere deswegen, weil wegen
der Schaufeln der Ring nicht richtig von außen gestützt werden konnte und den großen Drücken beim Heißpressen
nicht standhielt Dieses Verfahren fand deswegen keine weitere Verwendung, ohne daß jedoch ein
anderes, brauchbares Verfahren aufgezeigt werden konnte.
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Turbinenrades aufzuzeigen, bei dem die einzelnen Teile des Rades aus verschiedenen Keramiken
bestehen, trotzdem aber am Ende des Herstellungsverfahrens ein einheitliches Turbinenrad aus Keramik vorliegt,
das besonders hohen Beanspruchungen gewachsen ist
Die der Lösung der Aufgabe dienende Erfindung ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
a) im Reaktionssinterverfahren mit Umwandlung von Si-Pulver in S13N4 wird ein Ring hergestellt,
b) in diesem Ring wird bei konstant gehaltenem Durchmesser des Ringes durch Heißpressen von
Keramikpulver die Radscheibe erzeugt,
c) im Reaktionssinterverfahren mit wiederum Umwandlung von Si-Pulver in S13N4 hergestellte
Schaufeln oder Kranzsegmente werden mit dem im Reaktionssinterverfahren hergestellten Ring
durch ein Diffusionsverfahren bei hoher Temperatur vereinigt.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert
In einein ersten Verfahrensschritt wird aus metallischem Siliziumpulver ein Ring 1 im Reaktionsverfahren
hergestellt (F i g. 1). Das Siliziumpuiver (Reinheitsgrad etwa 98%) hat den Vorteil, daß gegebenenfalls unter
Hinzufügung geeigneter Plastifizierer eine gute Formgebung in isostatischen Formen möglich ist Nach der
Umwandlung des metallischen Siliziumpulvers in Siliziumnitrid (Keramik) hat der Ring 1 eine gute Temperaturbeständigkeit,
jedoch eine relativ geringe Festigkeit in der Größenordnung von 20 kp/mm2.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird der im ersten
Verfahrensschritt bei der Umwandlung von Siliziumpulver in Siliziumnitrid entstandene Ring 1 in einer
Form eingelegt, die ein Aufweiten des Ringes auch unter erheblichen Innendrücken zuverlässig verhindert,
was durch die Pfeile 2 angedeutet ist (F i g. 2). In den
abgestützten Ring 1 wird nun aus Siliziumnitridpulver
die Scheibe 3 heißge*>reßt Diesem Vorgang dienen die
beiden Preßformen 4 und 5, die eine geeignete Kontur aufweisen müssen. Durch die Verwendung von geeigneten
Zusätzen, beispielsweise Magnesiumoxid, kann die Scheibe als wenig poröses Gebilde erzeugt werden,
ao so daß es eine hohe Festigkeit in der Größenordnung von 80 kp/mm2 hat. Eine entsprechende Maßnahme ist
beim Herstellen des Ringes 1 durch Reaktionssintern nicht möglich, weil hier eine gewisse Porosität gewahrt
bleiben muß, um dem Stickstoff den Zugang zu allen Partikeln des Siliziumpulvers zu ermöglichen.
Bei der Herstellung der Scheibe 3 durch das Heißpressen von Siliziumnitridpulver erfolgt ein Sintern
zwischen dem Ring 1 und der Scheibe 3, so daß zwischen beiden Teilen am Ende des Heißpressens eine
sehr innige und feste Verbindung hergestellt ist, die ein Ablösen des Ringes 1 von der Scheibe 3 auch bei hohen
Di ahzahlen und entsprechenden Fliehkräften zuverlässig
verhindert. Der Vorteil der guten Verbindung wird nicht zuletzt dadurch erreicht, daß die beim Heißpressen
mit den Preßwerkzeugen 4 und 5 aufgebrachten sehr hohen Drücke auch ungemindert zur Wirkung
kommen, weil der Ring 1 an seinem Außenumfang abgestützt und zuverlässig an einer Aufweitung gehindert
ist.
Ist nun am Ende des zweiten Verfahrensschrittes aus dem Ring 1 und der Scheibe 3 ein einheitliches Bauteil
aus Siliziumnitrid hergestellt worden, so werden in einem dritten Verfahrensschritt auf der Außenseite des
Ringes 1 die Schaufeln 6 angesetzt (Fig. 3). Der Ring 1
und die Schaufeln 6 werden hierzu in einer geeigneten Form in der richtigen Lage gegeneinander positioniert.
In einem dem Fachmann geläufigen Verfahren wird dann metallisches Silizium (in Form von Pulver oder
Schichten), das zwischen die zu versinternden Teile ein-
so gebracht wird, im Reaktionsprozeß in Keramik umgewandelt.
Dadurch entsteht eine zuverlässige und feste Verbindung zwischen den Schaufeln 6 und dem Ring 1.
Die einzelnen Schaufeln sind wie der Ring 1 im Reaktionssinterverfahren hergestellt Während für die Herstellung
des Rings t im ersten Verfahrensschritt metallisches Siliziumpulver (Peinheitsgrad 98%) verwendet
wird, kemmt für die Herstellung der Scheibe 3 insbesondere
SiHziumnitridpulver der chemischen Zusammensetzung S13N4 mit Zusätzen nach der Bezeichnung
Annasinid D der Firma Annawerk GmbH in Frage.
Am Ende des Herstellungsverfahrens liegt ein rein keramisches Turbinenrad weitgehend gleicher chemischer
und ähnlich mechanischer Werkstoffstruktur vor, das. hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen
gewachsen ist. Ein solches Rad ist als Verfahrensergebnis wie das Verfahren selbst Gegenstand des
Schutzbegehrens.
Claims (1)
- . ; Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung eines Turbinenrades aus Keramik, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrittea) im Reaktionssinterverfahren mit Umwandlung von Si-Pulver in S13N4 wird ein Ring hergestellt,b) in diesem Ring wird bei konstant gehaltenem Durchmesser des Ringes durch Heißpressen von Keramikpulver die Radscheibe erzeugt,c) im Reaktionssinterverfahren mit wiederum Umwandlung von Si-Pulver in SbN4 hergestellte Schaufeln oder Kranzsegmente werden mit dem im Reaktionssinterverfahren hergestellten Ring durch ein Diffusionsverfahren bei hoher Temperatur vereinigt
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4323394A (en) * | 1979-08-06 | 1982-04-06 | Motoren-Und Turbinen-Union Munchen Gmbh | Method for manufacturing turborotors such as gas turbine rotor wheels, and wheel produced thereby |
US4364884A (en) * | 1980-05-15 | 1982-12-21 | Rogers Corporation | Method of manufacturing a radome |
US4632793A (en) * | 1980-10-22 | 1986-12-30 | Ford Motor Company | Method of fabricating hot pressed silicon nitride billets |
US4544327A (en) * | 1980-11-20 | 1985-10-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic rotor and manufacturing process therefor |
JPS595550B2 (ja) * | 1980-11-20 | 1984-02-06 | 日本碍子株式会社 | セラミツクロ−タ−及びその製造法 |
US4494287A (en) * | 1983-02-14 | 1985-01-22 | Williams International Corporation | Method of manufacturing a turbine rotor |
JPS59155501A (ja) * | 1983-02-24 | 1984-09-04 | Ngk Insulators Ltd | ラジアル型セラミツクタ−ビンロ−タ−およびその製造法 |
JPH0627482B2 (ja) * | 1983-12-27 | 1994-04-13 | 日本碍子株式会社 | ラジアル型セラミックタービンローターの製法 |
JPS6186211A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-01 | 日本碍子株式会社 | セラミックス複合構造体及びその製造法 |
JP2554491B2 (ja) * | 1987-05-13 | 1996-11-13 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミック回転体の製造方法 |
US6048432A (en) * | 1998-02-09 | 2000-04-11 | Applied Metallurgy Corporation | Method for producing complex-shaped objects from laminae |
CN113145851A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-23 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种粉末冶金钛铝基双合金叶盘的制备方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3966885A (en) * | 1968-08-29 | 1976-06-29 | National Research Development Corporation | Methods and materials for joining silicon powder structures |
US3835211A (en) * | 1968-12-11 | 1974-09-10 | Lucas Industries Ltd | Silicon nitride products |
GB1359896A (en) * | 1972-01-19 | 1974-07-17 | Rolls Royce | Method and apparatus for manufacturing bladed members from powder material |
JPS523647B2 (de) * | 1972-10-24 | 1977-01-29 | ||
US3905723A (en) * | 1972-10-27 | 1975-09-16 | Norton Co | Composite ceramic turbine rotor |
US3854189A (en) * | 1973-12-20 | 1974-12-17 | Ford Motor Co | Method of making a bonded silicon nitride article having portions of different density |
US3887411A (en) * | 1973-12-20 | 1975-06-03 | Ford Motor Co | Making a triple density article of silicon nitride |
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