一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构及其制备方法
专利汇可以提供一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种陶瓷基 复合材料 涡轮 整体叶盘 结构及其制备方法，包括CMCs涡轮盘和位于CMCs涡轮盘外围的一圈CMCs涡轮 叶片 ，CMCs涡轮盘由涡轮盘径向 纱线 和涡轮盘周向纱线编织而成，CMCs涡轮叶片由平纹 纤维 布 经纱 和平纹纤维布 纬纱 编织而成，部分涡轮盘径向纱线伸出至CMCs涡轮盘边缘以外，这部分伸出的涡轮盘径向纱线作为平纹纤维布经纱参与平纹纤维布叶片编织体的编织，从而使得CMCs涡轮盘和CMCs涡轮叶片共用部分纱线，CMCs涡轮盘和CMCs涡轮叶片组成了陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘。本发明针对叶片和涡轮盘各自的结构特点，采用了两种不同的编织方式，同时采用一体化编织，使从叶片到涡轮盘的纤维连续，保证了其优异的 力 学性能。，下面是一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构，其特征是：包括CMCs涡轮盘和位于CMCs涡轮盘外围的一圈CMCs涡轮叶片，所述的CMCs涡轮盘由若干层涡轮盘预制体(1)在厚度方向上叠设而成，所述的涡轮盘预制体(1)由涡轮盘径向纱线(11)和涡轮盘周向纱线(12)编织而成，所述的涡轮盘径向纱线(11)由涡轮盘预制体(1)轮盘中心原点，向涡轮盘预制体(1)四周直线延伸，涡轮盘周向纱线(12)由涡轮盘预制体(1)轮盘中心原点向四周螺旋发散，直至涡轮盘预制体(1)边缘，所述的CMCs涡轮叶片由平纹纤维布叶片编织体(2)层叠而成；所述的平纹纤维布叶片编织体(2)由平纹纤维布经纱(22)和平纹纤维布纬纱(21)编织而成，所述的平纹纤维布经纱(22)具有数根，方向平行单一，所述的平纹纤维布纬纱(21)上下方交替穿插平纹纤维布经纱(22)且平纹纤维布纬纱(21)垂直于平纹纤维布经纱(22)，部分涡轮盘径向纱线(11)伸出至CMCs涡轮盘边缘以外，这部分伸出的涡轮盘径向纱线(11)作为平纹纤维布经纱(22)参与平纹纤维布叶片编织体(2)的编织，从而使得CMCs涡轮盘和CMCs涡轮叶片共用部分纱线，CMCs涡轮盘和CMCs涡轮叶片组成了陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构，其特征是：相邻两根平纹纤维布纬纱(21)在同一平纹纤维布经纱(22)处上下交替。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构，其特征是：所述的CMCs涡轮叶片叶根处设置有纤维布补片(3)，所述的纤维布补片(3)间隔的插在平纹纤维布经纱(22)之间，使CMCs涡轮叶片叶根形成叶片榫头，所述的CMCs涡轮盘边缘加工出榫槽，叶片榫头能插入榫槽中，榫槽与叶片榫头通过缝合纱线(4)缝制为一体。
4.根据权利要求3所述的一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构，其特征是：所述的陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘外表面喷涂有热障涂层。
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构，其特征是：所述的涡轮盘周向纱线(12)根据阿基米德螺线方程由涡轮盘预制体(1)轮盘中心原点向四周螺旋发散，所述阿基米德螺线极坐标方程如下：
其中：为纱线在轮盘所处半径坐标；为纱线在轮盘所处角度坐标；和 分别为控制螺线形状的常数。
6.如权利要求4所述的一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构的制备方法，其特征是：
包括以下步骤：
步骤一、编织CMCs涡轮盘：将涡轮盘径向纱线(11)由涡轮盘预制体(1)轮盘中心原点，向涡轮盘预制体(1)四周成中心辐射状延伸，当涡轮盘径向纱线(11)延伸至涡轮盘预制体(1)轮盘边缘时，在涡轮盘预制体(1)轮盘与CMCs涡轮叶片连接处预留较长的涡轮盘径向纱线(11)，使其能作为平纹纤维布经纱(22)参与平纹纤维布叶片编织体(2)的编织，其余不参与叶片编织的涡轮盘径向纱线(11)沿轮盘边缘剪断，涡轮盘周向纱线(12)由涡轮盘预制体(1)轮盘中心原点向四周螺旋发散，直至涡轮盘预制体(1)边缘；将涡轮盘径向纱线(11)和涡轮盘周向纱线(12)进行穿插编织，即将由轮盘中心原点出发的涡轮盘径向纱线(11)依次从上方和下方穿过涡轮盘周向纱线(12)，形成涡轮盘预制体(1)，若干个涡轮盘预制体(1)沿涡轮盘厚度方向进行堆叠，形成编织CMCs涡轮盘，该编织CMCs涡轮盘四周伸出有沿轮盘厚度方向排列的若干排涡轮盘径向纱线(11)；
步骤二、编织CMCs涡轮叶片：首先铺设数根单一方向的平纹纤维布经纱(22)，再在平纹纤维布经纱(22)上下方交替穿插铺设平纹纤维布纬纱(21)，且平纹纤维布纬纱(21)垂直于平纹纤维布经纱(22)，相邻两根平行纱线在穿插时分别位于被穿插纱线的上方和下方，形成平纹编织布，根据叶片的几何气动外形对平纹编织纤维布进行修剪，得到平纹纤维布叶片编织体(2)，将平纹纤维布叶片编织体(2)按照平行于叶片几何中面的方向粘贴层叠，制成CMCs涡轮叶片，其中靠叶片中心的一层或多层平纹纤维布叶片编织体(2)是以轮盘延伸出的涡轮盘径向纱线(11)作为平纹纤维布经纱(22)，整体编织后修剪而成；
步骤三、将纤维布补片(3)间隔的插在CMCs涡轮叶片叶根处的平纹纤维布经纱(22)之间，形成叶片榫头，在CMCs涡轮盘边缘加工出榫槽，将叶片榫头与榫槽相互贴合，以专用缝合用针牵引缝合纱线(4)，在垂直纤维布方向对叶片榫头与榫槽进行穿刺，在针进行穿刺时，会依次刺破各层纤维布，将上层纤维组织带入下层之中，同时将缝合纱线(4)穿过各层纤维布，在回针之后，纱线和各层纤维组织被滞留在原处，通过重复以上过程，用缝合纱线(4)将编织CMCs涡轮盘边缘的各层纤维布与CMCs涡轮叶片各层纤维布相互连接，从而将CMCs涡轮盘与CMCs涡轮叶片固定为一体；
步骤四、在CMCs涡轮盘与CMCs涡轮叶片表面喷涂热障涂层，涂热障涂层至少为两层，位于表面的一层为陶瓷面层，通过形成沿厚度方向的温度梯度，减少高温气体向叶片内部的热量传递；位于内部的一层为为粘结层，可以将CMCs涡轮盘或CMCs涡轮叶片与表面陶瓷面层相粘结，喷涂热障涂层后，制得陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构。
7.根据权利要求6所述的一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构的制备方法，其特征是：步骤四中，利用悬浮等离子喷涂技术在在CMCs涡轮盘与CMCs涡轮叶片表面喷涂热障涂层，热障涂层由内到外分为粘结层、封阻层和陶瓷面层，其中粘结层为MCrAlY合金，厚度为
120μm，陶瓷面层厚度为300μm，封阻层用于降低高温燃气对粘结层的腐蚀和氧化速率。
8.根据权利要求6所述的一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构的制备方法，其特征是：CMCs涡轮盘和CMCs涡轮叶片使用的陶瓷基复合材料为SiCf/SiC复合材料。
一种陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构及其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
步骤二、编织CMCs涡轮叶片：首先铺设数根单一方向的平纹纤维布经纱，再在平纹纤维布经纱上下方交替穿插铺设平纹纤维布纬纱，且平纹纤维布纬纱垂直于平纹纤维布经纱，相邻两根平行纱线在穿插时分别位于被穿插纱线的上方和下方，形成平纹编织布，根据叶片的几何气动外形对平纹编织纤维布进行修剪，得到平纹纤维布叶片编织体，将平纹纤维布叶片编织体按照平行于叶片几何中面的方向粘贴层叠，制成CMCs涡轮叶片，其中靠叶片中心的一层或多层平纹纤维布叶片编织体是以轮盘延伸出的涡轮盘径向纱线作为平纹纤维布经纱，整体编织后修剪而成；
步骤三、将纤维布补片间隔的插在CMCs涡轮叶片叶根处的平纹纤维布经纱之间，形成叶片榫头，在CMCs涡轮盘边缘加工出榫槽，将叶片榫头与榫槽相互贴合，以专用缝合用针牵引缝合纱线，在垂直纤维布方向对叶片榫头与榫槽进行穿刺，在针进行穿刺时，会依次刺破各层纤维布，将上层纤维组织带入下层之中，同时将缝合纱线穿过各层纤维布，在回针之后，纱线和各层纤维组织被滞留在原处，通过重复以上过程，用缝合纱线将编织CMCs涡轮盘边缘的各层纤维布与CMCs涡轮叶片各层纤维布相互连接，从而将CMCs涡轮盘与CMCs涡轮叶片固定为一体；
步骤四、在CMCs涡轮盘与CMCs涡轮叶片表面喷涂热障涂层，涂热障涂层至少为两层，位于表面的一层为陶瓷面层，通过形成沿厚度方向的温度梯度，减少高温气体向叶片内部的热量传递；位于内部的一层为为粘结层，可以将CMCs涡轮盘或CMCs涡轮叶片与表面陶瓷面层相粘结，喷涂热障涂层后，制得陶瓷基复合材料涡轮整体叶盘结构。
图3是CMCs涡轮叶片的分解示意图；
图4是平纹纤维布叶片编织体与涡轮盘预制体的连接示意图；
附图标记为：涡轮盘预制体1、涡轮盘径向纱线11、涡轮盘周向纱线12、平纹纤维布叶片编织体2、平纹纤维布纬纱21、平纹纤维布经纱22、纤维布补片3、缝合纱线4。
具体实施方式
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