Способ изготовления детали из композиционного материала с керамической матрицей
Изобретение относится к способу изготовления детали из композиционного материала с керамической матрицей (СМС), имеющей по меньшей мере одну прорезь, а также к такой детали из СМС, способной выдерживать высокие температуры, которая может быть использована в области авиастроения, в частности в секторах цилиндрического элемента газотурбинного двигателя. Согласно изобретению способ содержит следующие этапы, на которых получают волокнистое усиление, формируют полость в участке волокнистого усиления, нагнетают шликер, содержащий по меньшей мере один керамический порошок и растворитель, при этом шликер нагнетают так, чтобы пропитать волокнистое усиление и заполнить полость волокнистого усиления. Полученный комплекс сушат, производят уплотнение посредством пропитки жидким кремнием и за счет затвердевания указанного уплотнительного материала. Посредством механической обработки выполняют по меньшей мере одну прорезь в полученной черновой детали внутри объема, соответствующего полости волокнистого усиления. Технический результат изобретения – возможность получить более ровное состояние поверхности во время механической обработки при разрезании конечной детали, что обеспечивает лучший контакт между элементом, вставленным в прорезь, и этой прорезью и позволяет добиться более высокого уровня герметичности. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
В данном документе предложены способ изготовления детали из CMC, то есть из композиционного материала с керамической матрицей, имеющей по меньшей мере одну прорезь, а также такая деталь из CMC, имеющая по меньшей мере одну прорезь.
Такой способ изготовления можно применять, в частности, в области авиастроения для изготовления деталей, способных выдерживать высокие температуры. В частности, речь может идти о секторах цилиндрического элемента газотурбинного двигателя, такого как авиационный турбореактивный двигатель, и, в частности, о секторах турбинного кольца, хотя это является всего лишь примером.
Уровень техники
Турбины турбореактивного двигателя содержат кольцо, позволяющее получить наружный проточный тракт турбины. Классически, это кольцо поделено на несколько секторов, соединенных друг с другом встык так, чтобы сформировать полное кольцо. При этом, чтобы обеспечить герметичность кольца, на промежуточных сторонах каждого сектора выполнены пазы, и в эти пазы вставлены металлические пластинки, попарно соединяющие секторы.
С учетом сверхвысоких температур в этих турбинах секторы кольца выполнены из CMC. Что же касается металлических пластинок, то их, как правило, выполняют из сплава на основе никеля или кобальта или на основе других материалов, выдерживающих эти высокие температуры.
Пазы, обычно имеющие ширину от 0,4 до 1 мм, как правило, выполняют посредством механической обработки. Однако недостатком этого метода является оголение волокон волокнистого усиления, присутствующего внутри сектора из CMC, что приводит к коррозии и/или ускоренному окислению детали, на которую действуют высокие температуры.
В силу большой глубины этих пазов по отношению к их небольшой ширине трудно и иногда даже невозможно нанести на их дно защитное покрытие посредством термического напыления.
Кроме того, по причине механической обработки внутри волокнистого усиления сектора кольца поверхностное состояние внутренних стенок пазов является достаточно неровным, в частности, со средней арифметической шероховатостью Ra более 6 мкм, что выражается в недостаточной герметичности между металлическими пластинками и секторами кольца.
Таким образом, существует реальная потребность в способе изготовления детали из CMC, а также в такой детали из CMC, в которых по меньшей мере частично устранены недостатки вышеупомянутого известного метода.
Раскрытие сущности изобретения
Объектом настоящего изобретения является способ изготовления детали из CMC, имеющей по меньшей мере одну прорезь, содержащий следующие этапы, на которых:
- поставляют волокнистое усиление,
- в участке волокнистого усиления формируют полость,
- нагнетают шликер, содержащий по меньшей мере один керамический порошок и растворитель, при этом шликер нагнетают таким образом, чтобы пропитать волокнистое усиление и заполнить полость волокнистого усиления,
- сушат полученный комплекс,
- производят уплотнение посредством пропитки жидким уплотнительным материалом и за счет затвердевания указанного уплотнительного материала,
- выполняют посредством механической обработки по меньшей мере одну прорезь в черновой детали, полученной внутри объема, соответствующего полости волокнистого усиления.
Таким образом, в рамках этого способа шликер нагнетают одновременно в волокнистое усиление и в объем полости, выполненной в волокнистом усилении. Следовательно, после сушки и уплотнения всего комплекса получают черновую деталь, имеющую первую часть, образованную волокнистым усилением, погруженным в керамическую матрицу, и вторую часть, расположенную внутри полости усиления, образованной керамической матрицей, и не имеющую усиления.
Таким образом, объем внутри полости волокнистого усиления совсем не содержит волокон: эту вторую часть можно подвергнуть механической обработке легко и без напряжений, не оголяя при этом волокна волокнистого усиления. Это позволяет снизить риск коррозии и/или окисления детали, что обеспечивает увеличение ее срока службы и позволяет меньше прибегать к обслуживанию.
Кроме того, в отсутствие переплетенных волокон структура второй части черновой детали является более однородной, чем структура первой части, что позволяет получить более ровное состояние поверхности во время механической обработки при разрезании конечной детали. Это обеспечивает лучший контакт между элементом, вставленным в паз (металлической пластинкой), и этим пазом, и позволяет добиться, например, более высокого уровня герметичности.
В настоящем документе термины «осевой», «радиальный», «тангенциальный», «внутренний», «наружный» и их производные определены относительно главной оси газотурбинного двигателя; под «осевой плоскостью» следует понимать плоскость, проходящую через главную ось газотурбинного двигателя, а под «радиальной плоскостью» - плоскость, перпендикулярную к этой главной оси; наконец, термины «входной» и «выходной» определены относительно направления прохождения воздуха в газотурбинном двигателе.
В некоторых вариантах осуществления волокнистое усиление выполняют посредством ткачества, предпочтительно трехмерного ткачества. Трехмерное ткачество позволяет, в частности, получать волокнистые усиления, которые имеют сложные геометрические формы и являются моноблочными, что обеспечивает очень высокую прочность конечной детали.
В некоторых вариантах осуществления волокнистое усиление содержит волокна SiC, предпочтительно по меньшей мере 50% волокон SiC и еще предпочтительнее - по меньшей мере 95% волокон SiC. Вместе с тем, можно также использовать любой тип керамического волокна и, в частности, карбоновые волокна.
В некоторых вариантах осуществления в ходе этапа нагнетания шликера шликер нагнетают таким образом, чтобы заполнить также объем, находящийся на поверхности участка волокнистого усиления, в котором выполнена полость. Это позволяет полностью защитить сторону детали, где находится прорезь, в том числе по краям указанной прорези. В частности, это обеспечивает лучшее уплотнение на поверхности этого участка заготовки.
В некоторых вариантах осуществления керамический порошок шликера содержит SiC, предпочтительно по меньшей мере 50% SiC и еще предпочтительнее - по меньшей мере 95% SiC. Вместе с тем, можно также использовать любой тип керамического порошка и, в частности, В, В4С, TiC, ZrC, BN, Si3N4 или TiSi2.
В некоторых вариантах осуществления средний диаметр частиц керамического порошка шликера составляет от 0,1 мкм до 10 мкм, предпочтительно от 0,5 мкм до 5 мкм. Выполнение части сырой детали, образованной исключительно керамической матрицей, без волокнистого усиления, является сложным по причине высокой степени пористости, остающейся в этой части сырой детали после удаления растворителя. Таким образом, перед своим уплотнением эта вторая часть сырой детали является очень хрупкой и может легко раскрошиться, растрескаться и даже полностью отделиться от первой части, имеющей волокнистое усиление, в частности, если эта вторая часть расположена не только внутри полости волокнистого усиления, но также на его поверхности. Чтобы снизить риски вышеупомянутых повреждений, предусмотрены различные параметры, позволяющие усилить эту вторую часть сырой детали: среди них можно указать диаметр частиц керамического порошка. Так, авторы изобретения установили, что предложенные выше значения диаметра облегчают осуществление настоящего способа.
В некоторых вариантах осуществления диаметр D50 частиц керамического порошка шликера составляет от 0,5 до 2 мкм. Распределение частиц порошка может быть одномодальным или бимодальным.
В некоторых вариантах осуществления диаметр d10 частиц керамического порошка шликера превышает 0,1 мкм.
В некоторых вариантах осуществления диаметр d90 частиц керамического порошка шликера меньше 4 мкм.
В некоторых вариантах осуществления растворитель шликера является водным растворителем.
В некоторых вариантах осуществления шликер содержит органическое связующее. Это связующее обеспечивает более высокую стойкость шликера и затем второй части сырой детали, полученной после сушки шликера: в частности, это облегчает отделение сырой детали от пресс-формы и затем манипулирование этой деталью без повреждений.
В некоторых вариантах осуществления указанное органическое связующее содержит по меньшей мере одно из следующих соединений: поливиниловый спирт (PVA), поливинилпирролидон (PvP), полиэтиленимин и полиэтиленгликоль (PEG). Действительно, эти различные соединения существенно повышают прочность сырой детали.
В некоторых вариантах осуществления массовая концентрация указанного органического связующего по отношению к массе порошка составляет от 0,5 до 10%, предпочтительно от 1 до 5%. Такие значения концентрации обеспечивают высокую эффективность связующего и, следовательно, высокую прочность сырой детали.
В некоторых вариантах осуществления шликер дополнительно содержит пластификатор и/или диспергатор. В частности, речь может идти о пластификаторе или о связующем типа PVA, PEG или PVP. Пластификатор повышает стойкость керамического сырья после нагнетания: он позволяет снизить вязкость шликера и придает сырьевому материалу мягкость. Что касается диспергаторов, то речь может идти об основаниях, имеющих рН от 8 до 12, предпочтительно от 9 до 11, например, типа гидроксида тетраэтиламмония (ТЕАН), гидроксида тетраметиламмония (ТМАН) или гидроксида натрия (NaOH), или об электростерических системах, например, типа полиэфиримида (PEI). Эти диспергаторы позволяют удерживать частицы во взвеси за счет электростатической дисперсии.
В некоторых вариантах осуществления в ходе этапа нагнетания шликера в инструмент, содержащий волокнистое усиление, помещают расходный материал. Такой расходный материал позволяет получать заранее определенное состояние поверхности в зоне его размещения. Можно использовать различные расходные материалы, например, ткани, эластомеры и/или металлическую фольгу. В зависимости от зоны инструмента расходный материал может быть пористым или может не быть пористым.
В некоторых вариантах осуществления этап сушки включает в себя этап лиофилизации. Такой этап лиофилизации позволяет снизить риск растрескивания второй части сырой детали во время этапа сушки. Он обеспечивает также хорошее сцепление между первой и второй частями сырой детали.
В некоторых вариантах осуществления этап сушки включает в себя этап контролируемого испарения с повышением температуры. Такое контролируемое испарение позволяет контролировать удаление растворителя, что снижает риск растрескивания в ходе этапа сушки.
В некоторых вариантах осуществления этап сушки включает в себя этап сушки типа Deliquoring (этап обезвоживания), в ходе которого деталь сушат с применением градиента давления.
В некоторых вариантах осуществления крутизна кривой повышения температуры на этапе контролируемого испарения составляет от 1 до 5°С/мин.
В некоторых вариантах осуществления повышение температуры на этапе контролируемого испарения заканчивается при конечной температуре, составляющей от 100 до 140°С, предпочтительно от 115 до 125°С.
В некоторых вариантах осуществления повышение температуры на этапе контролируемого испарения начинается с исходной температуры, составляющей от 30 до 70°С, предпочтительно от 45 до 65°С.
В некоторых вариантах осуществления степень уплотнения керамического порошка за пределами волокнистого усиления по завершению этапа сушки превышает 50%. Степень уплотнения соответствует содержанию материала по отношению к объему рассматриваемой детали: в частности, она выражает степень пористости детали. Такая степень уплотнения обеспечивает достаточную прочность второй части сырой детали.
В некоторых вариантах осуществления уплотнительный материал содержит Si, предпочтительно по меньшей мере 50 мас. % Si и еще предпочтительнее - по меньшей мере 95 мас. % Si.
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап отжига и предварительного спекания керамического порошка после этапа нагнетания шликера и перед этапом уплотнения. Это позволяет повысить прочность сырой детали за счет получения соединений между частицами керамического порошка.
В некоторых вариантах осуществления этап отжига и предварительного спекания осуществляют при температуре, составляющей от 1200 до 1600°С, предпочтительно от 1300 до 1500°С, в течение времени от 30 минут до 2 часов, предпочтительно от 45 минут до 1 часа 30 минут.
В некоторых вариантах осуществления этап отжига и предварительного спекания осуществляют в атмосфере инертного газа, например, в атмосфере аргона.
В некоторых вариантах осуществления прорезь, выполняемая посредством механической обработки в черновой детали, является пазом. Вместе с тем, разумеется, можно предусмотреть прорезь любого типа и, в частности, отверстия, вырезы, заплечики, полости, метки и т.д. В одной и той же черновой детали можно выполнить несколько прорезей разных типов.
В некоторых вариантах осуществления паз, выполненный посредством механической обработки в черновой детали, имеет ширину менее 1 мм.
В некоторых вариантах осуществления паз, выполненный посредством механической обработки в черновой детали, имеет глубину, по меньшей мере в три раза превышающую его ширину.
В некоторых вариантах осуществления средняя арифметическая шероховатость Ra внутренних стенок прорези, выполненной посредством механической обработки в черновой детали, меньше 5 мкм, предпочтительно меньше 2 мкм. Это позволяет элементу, вставляемому в прорезь, плотнее прижаться к стенке прорези, что обеспечивает более высокий уровень герметичности.
В некоторых вариантах осуществления этап механической обработки осуществляют посредством фрезерования, шлифования и/или электроэрозионной обработки.
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержат этап нанесения защитного покрытия по меньшей мере на одну сторону конечной детали, на которой нет прорези.
В некоторых вариантах осуществления сторона конечной детали, в которой посредством механической обработки была выполнена прорезь, не имеет защитного покрытия. Такое покрытие является, в частности, бесполезным, если шликер нагнетался также на поверхность этой стороны конечного усиления.
В некоторых вариантах осуществления перед этапом нагнетания шликера способ дополнительно содержит этап нанесения межфазного слоя, предусмотренный для покрытия волокон волокнистого усиления материалом межфазного слоя.
В некоторых вариантах осуществления этап нанесения межфазного слоя осуществляют газовым способом.
В некоторых вариантах осуществления материал межфазного слоя содержит SiC и/или BN, предпочтительно по меньшей мере 50% SiC и еще предпочтительнее - по меньшей мере 95% SiC.
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап подготовки. В частности, речь может идти об этапе пескоструйной обработки или о любом другом этапе, позволяющим локально увеличить шероховатость поверхности детали.
В некоторых вариантах осуществления упомянутая деталь из CMC является авиационной деталью, например, деталью камеры сгорания или турбины. В частности, речь может идти о секторе турбинного кольца.
Объектом настоящего изобретения является также деталь из CMC, имеющая по меньшей мере одну прорезь и полученная при помощи способа согласно любому из предыдущих вариантов осуществления.
Кроме того, объектом настоящего изобретения является турбина, содержащая кольцо, имеющее по меньшей мере два сектора кольца, каждый из который имеет паз на каждой из своих тангенциальных концевых сторон, и уплотнительную пластинку, вставленную в пазы двух последовательных секторов кольца, при этом по меньшей мере один из секторов кольца является деталью из CMC согласно любому из предыдущих вариантов осуществления.
Объектом настоящего изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере одну деталь из CMC или турбину согласно любому из предыдущих вариантов осуществления.
Вышеупомянутые, а также другие отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего подробного описания примеров осуществления предложенного способа. Это подробное описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи являются схематичными и прежде всего призваны иллюстрировать принципы изобретения.
На этих чертежах от одной фигуры (фиг.) к другой идентичные элементы (или части элемента) имеют одинаковые обозначения. Кроме того, элементы (или части элемента), относящиеся к разным примерам осуществления, но имеющие аналогичную функцию, имеют на фигурах обозначения, увеличенные на 100, 200 и т.д.
На фиг. 1 показан газотурбинный двигатель согласно настоящему изобретению, вид в разрезе;
на фиг. 2 схематично показано разделенное на секторы турбинное кольцо;
на фиг. 3 показан сектор кольца согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 4 представлена последовательность выполнения этапов согласно первому примеру осуществления заявленного способа;
на фиг. 5 представлено изменение вида детали в ходе осуществления этого первого примера способа;
на фиг. 6 представлено изменение вида детали в ходе осуществления второго примера способа.
Осуществление изобретения
Для конкретизации изобретения ниже со ссылками на прилагаемые чертежи представлены примеры осуществления способов. Следует заметить, что изобретение не ограничивается этими примерами.
На фиг. 1 в разрезе по вертикальной плоскости, проходящей через главную ось А, показан двухконтурный турбореактивный двигатель 1 в соответствии с изобретением. От входа к выходу в направлении прохождения воздушного потока он содержит вентилятор 2, компрессор 3 низкого давления, компрессор 4 высокого давления, камеру 5 сгорания, турбину 6 высокого давления и турбину 7 низкого давления.
На фиг. 2 показано кольцо 60 турбины 6 высокого давления, образующее внешнюю границу воздушного проточного тракта внутри турбины 6 высокого давления. Это кольцо 60 разделено на несколько по существу идентичных секторов 61 из CMC, соединенных посредством уплотнительных металлических пластинок 62.
Такой сектор 61 показан на фиг. 3: он содержит стенку 63 проточного тракта, входной фланец 64 и выходной фланец 65. Стенка 63 проточного тракта, имеющая форму сектора цилиндра, выполнена таким образом, что вместе с другими секторами 61 образует цилиндрическое кольцо с осью А. Стенка проточного тракта имеет внутреннюю главную сторону 63р, которая должна ограничивать воздушный проточный тракт, входную концевую сторону 63m, выходную концевую сторону 63v и две промежуточные боковые стороны 63i.
В каждой промежуточной боковой стороне 63i выполнен паз 66. Эти пазы 66, проходящие в осевом направлении практически по всей длине стенки 63 проточного тракта, имеют в этом примере глубину 3 мм и ширину 0,5 мм. Внутренние стенки пазов 66 имеют среднюю арифметическую шероховатость Ra менее 1,6 мкм.
Пластинка 62, выполненная из сплава на основе никеля или кобальта, имеет длину, по существу равную длине паза 66, и толщину, слегка меньшую этого паза, чтобы пластинку 62 можно было вставить в паз 66.
На фиг. 4 и 5 представлены различные этапы примера осуществления заявленного способа, позволяющие изготовить такой сектор 61 кольца из CMC, то есть из композиционного материала с керамической матрицей. В частности, фиг. 5 представляет собой схематичный вид без учета точной формы детали.
Способ начинается с ткачества Е1 волокнистой заготовки 10, которая будет играть роль волокнистого усиления сектора 61. Предпочтительно ткачество этой заготовки 10 производят в соответствии с известной технологией трехмерного ткачества, например, с переплетением типа интерлок. В этом примере ткачество заготовки 10 производят с волокнами карбида кремния SiC.
После завершения изготовления заготовки 10 ей придают форму и на известном этапе Е2 на нее наносят межфазный слой, например, способом химического осаждения из паровой фазы (известным также под названием CVD от "Chemical Vapor Deposition"). В этом примере нанесенным межфазным материалом является карбид кремния SiC. Таким образом, вокруг волокон заготовки 10 образуется оболочка из SiC, что позволяет укрепить заготовку 10 и зафиксировать приданную ей форму при формовании. После этого этапа Е2 нанесения межфазного слоя волокна заготовки 10 оказываются покрытыми межфазной оболочкой, но заготовка 10 все же остается очень пористой.
В ходе этапа Е2' механической обработки в каждой боковой стороне 19 заготовки 10, соответствующей промежуточным сторонам 63i конечного сектора 61, прорезают канавку 18. При этом получают упрочненную и разрезанную заготовку 10'.
После этого упрочненную и разрезанную заготовку 10' помещают в пресс-форму для осуществления этапа Е3 нагнетания керамического шликера. В этом примере шликер содержит растворитель, в данном случае воду, керамический порошок, в данном случае карбид кремния SiC, и органическое связующее, в данном случае поливиниловый спирт.
В этом примере концентрация порошка SiC в шликере составляет около 20% по объему. Концентрация связующего равна 1 мас. % по отношению к массе порошка SiC в шликере.
Пресс-форма выполнена таким образом, чтобы повторять форму заготовки 10', оставляя при этом свободный объем внутри канавок 18. Таким образом, когда шликер нагнетают в пресс-форму, он пропитывает, с одной стороны, заготовку 10' и, с другой стороны, заполняет свободный объем внутри канавок 18 заготовки 10'.
Затем осуществляют этап Е4 сушки для удаления растворителя шликера. В этом примере речь идет об этапе лиофилизации (известной также под английским названием "freeze-drying"), в ходе которого пресс-форму резко охлаждают до отрицательной температуры, чтобы растворитель затвердел, затем постепенно нагревают при очень низком давлении, чтобы достичь сублимации растворителя практически без влияния на окружающие материалы, при этом растворитель в газовой фазе удаляют, например, при помощи холодной ловушки.
Согласно варианту, этап Е4 сушки может содержать этап контролируемого испарения растворителя, в ходе которого температуру камеры постепенно доводят с 50 до 120°С из расчета скорости нагрева от 1 до 5°С/мин., предпочтительно 1°С/мин.
Согласно другому варианту, этап Е4 сушки может содержать этап Deliquoring (этап обезвоживания), осуществляемый под давлением, составляющем от 50 до 100 миллибар, в течение 1-2 часов.
В ходе этого этапа Е4 сушки внутри заготовки 10' частицы керамики шликера отделаются путем декантации и оседают на волокнах заготовки по мере удаления растворителя, заполняя, таким образом, поры заготовки 10. Кроме того, внутри свободного объема частицы керамики агломерируются и связываются друг с другом, в частности, под действием органического связующего.
Таким образом, после этапа Е4 сушки получают сырую деталь 20, имеющую первую часть 21 с усилением, образованным волокнистой заготовкой 10, и вторую часть 22 внутри канавок 18, не имеющую усиления и состоящую из агломерированного керамического порошка со степенью уплотнения сверх 50%.
Затем полученную таким образом сырую деталь 20 подвергают этапу Е5 отжига и предварительного спекания, позволяющему усилить соединения между частицами керамического порошка и, следовательно, повысить прочность сырой детали 20, особенно в ее второй части 22.
В этом примере отжиг происходит в атмосфере инертного газа, например, аргона, при температуре 1400°С в течение 1 часа.
После завершения этого этапа Е5 сырую деталь 20 отделяют от пресс-формы и перемещают на этап Е6 уплотнения. В ходе этого этапа Е6 уплотнения на сырую деталь 20 выливают жидкий уплотнительный материал, в данном случае кремний Si: при этом уплотнительный материал проникает за счет капиллярности внутрь сырой детали 20, как в ее первую часть 21, так и в ее вторую часть 22, и заполняет остаточные поры сырой детали 20.
После охлаждения и затвердевания уплотнительного материала получают черновую деталь 30, которая больше не имеет или практически не имеет пор. Аналогично сырой детали, черновая деталь 30 имеет первую часть 31 с усилением, образованным волокнистой заготовкой 10 и погруженным в матрицу, и вторую часть 32, находящуюся внутри канавок 18, не имеющую волокнистого усиления 10 и состоящую исключительно из матрицы.
После этого во время этапа Е7 механической обработки, предпочтительно электроэрозионной обработки, можно выполнить пазы 66 внутри второй части 32, не затрагивая волокнистого усиления 10, чтобы получить конечный сектор 61 кольца.
Естественно во второй части 32 черновой детали 30 можно выполнять другие виды механической обработки, не оголяя волокна волокнистого усиления 10. Кроме того, на некоторые стороны сектора 61 кольца и, в частности, на главную внутреннюю сторону 63р, можно термическим способом нанести покрытие. Предпочтительно промежуточные стороны 63i не имеют такого термического покрытия.
На фиг. 6 представлен второй пример осуществления предложенного способа. Ниже будут показаны только отличия от первого примера. В частности, последовательность различных этапов остается такой же, как на фиг. 3, и только этап Е3 нагнетания шликера осуществляют по-другому.
Так, способ начинается с ткачества Е1 волокнистой заготовки 110, аналогичного первому примеру. Ее подвергают этапу Е2 нанесения межфазного слоя аналогично первому примеру, затем этапу Е2' механической обработки аналогично первому примеру и получают упрочненную и разрезанную заготовку 110' с канавками 118, выполненными в каждой из ее боковых сторон 119.
После этого упрочненную и разрезанную заготовку 110' помещают в пресс-форму для осуществления этапа Е3 нагнетания керамического шликера. Аналогично предыдущему примеру, шликер содержит растворитель, в данном случае воду, керамический порошок, в данном случае карбид кремния SiC, и органическое связующее, в данном случае поливиниловый спирт, с такими же значениями концентрации.
Однако, используемая пресс-форма имеет форму, отличную от первого примера. Действительно, она предусмотрена таким образом, чтобы повторять форму заготовки 110', оставляя свободный объем не только внутри канавок 18, но также на поверхности боковых сторон 119 заготовки. Таким образом, когда в пресс-форму нагнетают шликер, он пропитывает заготовку 110', а также заполняет свободный объем, оставшийся внутри канавок 118 и перед боковыми сторонами 119 заготовки 110'.
После этого, аналогично первому примеру, осуществляют этап Е4 сушки. Таким образом, после этапа Е4 сушки получают сырую деталь 120, имеющую первую часть 121 с усилением, образованным волокнистой заготовкой 110, и вторую часть 122, не имеющую волокнистого усиления 110 и состоящую из агломерированного керамического порошка со степенью уплотнения сверх 50%. Главные поверхности 119 заготовки 110 оказываются при этом на границе раздела между этими первой и второй частями 121, 122 сырой детали 120.
Полученную сырую деталь 120 подвергают этапу Е5 отжига и предварительного спекания, аналогично первому примеру. После завершения этого этапа Е5 сырую деталь 120 отделяют от пресс-формы и перемещают на этап Е6 уплотнения, аналогичный первому примеру.
После охлаждения и затвердевания уплотнительного материала получают черновую деталь 130, которая больше не имеет или практически не имеет пор. Аналогично сырой детали, черновая деталь 130 имеет первую часть 131 с усилением, образованным волокнистой заготовкой 110 и погруженным в матрицу, и вторую часть 132, не имеющую волокнистого усиления 110 и состоящую исключительно из матрицы.
В частности, поскольку главные поверхности 119 заготовки 110 расположены внутри сырой детали 120, уплотнение на уровне этих боковых поверхностей 119 является полным и однородным, без краевого эффекта.
После этого во время этапа Е7 механической обработки, предпочтительно электроискровой обработки, можно выполнить пазы 166 внутри второй части 132, не затрагивая волокнистого усиления 110, чтобы получить конечный сектор 161 кольца.
В этом втором примере слои не имеющей волокнистого усиления матрицы, полученные на поверхности боковых сторон 119 заготовки 110, обеспечивают защиту промежуточных поверхностей 163i конечного сектора 161, что позволяет отказаться от нанесения на них специального термического покрытия.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на конкретные примеры осуществления, разумеется, в эти примеры можно вносить различные изменения, не выходя за рамки общего объема изобретения, определенного формулой изобретения. В частности, отдельные признаки различных показанных/описанных вариантов осуществления можно комбинировать в дополнительных вариантах осуществления. Следовательно, описание и чертежи можно рассматривать только иллюстративно, но неограничительно.
Очевидно также, что все признаки, описанные со ссылками на способ, можно транспонировать отдельно или в комбинации на устройство, и, наоборот, все признаки, описанные со ссылками на устройство, можно транспонировать отдельно или в комбинации на способ.
1. Способ изготовления детали из композиционного материала с керамической матрицей, имеющей по меньшей мере одну прорезь, содержащий следующие этапы, на которых:
- получают (Е1) волокнистое усиление (10, 110),
- формируют (Е2’) полость (18, 118) в участке волокнистого усиления (10, 110),
- нагнетают (Е3) шликер, содержащий, по меньшей мере, керамический порошок и растворитель, при этом шликер нагнетают так, чтобы пропитать волокнистое усиление (10', 110') и заполнить полость (18, 118) волокнистого усиления (10', 110'),
- сушат (Е4) полученный комплекс,
- производят уплотнение (Е6) посредством пропитки жидким кремнием и за счет его затвердевания,
- выполняют (Е7) посредством механической обработки по меньшей мере одну прорезь (66) в полученной черновой детали (30, 130) внутри объема, соответствующего полости (18, 118) волокнистого усиления (10, 110).
2. Способ по п. 1, в котором волокнистое усиление (10, 110) выполняют посредством трехмерного ткачества (Е1).
3. Способ по п. 1 или 2, в котором в ходе этапа (Е3) нагнетания шликера шликер нагнетают так, чтобы заполнить также объем, находящийся на поверхности участка (119) волокнистого усиления (110’), в котором выполнена полость (118).
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором прорезь (66, 166), выполняемая посредством механической обработки в черновой детали (30, 130), является пазом, имеющим ширину менее 1 мм.
5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором прорезь (66, 166), выполняемая посредством механической обработки в черновой детали (30, 130), является пазом, имеющим глубину, по меньшей мере в три раза превышающую его ширину.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором средняя арифметическая шероховатость Ra внутренних стенок прорези (66, 166), выполненной посредством механической обработки в черновой детали (30, 130), меньше 5 мкм.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором этап (Е7) механической обработки осуществляют посредством фрезерования, шлифования и/или электроэрозионной обработки.
8. Способ по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащий этап нанесения защитного покрытия по меньшей мере на одну сторону (63р, 136р) конечной детали (61, 161), на которой нет прорези (66, 166), при этом на стороне (63i, 163i) конечной детали (61, 161), в которой посредством механической обработки была выполнена прорезь (66, 166), отсутствует защитное покрытие.
9. Способ изготовления детали из композиционного материала с керамической матрицей, имеющей по меньшей мере одну прорезь, содержащий следующие этапы, на которых:
- получают (Е1) волокнистое усиление (10, 110),
- формируют (Е2’) полость (18, 118) в участке волокнистого усиления (10, 110),
- нагнетают (Е3) шликер, содержащий, по меньшей мере, керамический порошок и растворитель, при этом шликер нагнетают так, чтобы пропитать волокнистое усиление (10', 110') и заполнить полость (18, 118) волокнистого усиления (10', 110'),
- сушат (Е4) полученный комплекс,
- производят (Е5) предварительное спекание при температуре 1200-1600°C,
- производят уплотнение (Е6) посредством пропитки жидким уплотнительным материалом и за счет затвердевания указанного уплотнительного материала,
- выполняют (Е7) посредством механической обработки по меньшей мере одну прорезь (66) в полученной черновой детали (30, 130) внутри объема, соответствующего полости (18, 118) волокнистого усиления (10, 110).
10. Способ по п. 9, в котором волокнистое усиление (10, 110) выполняют посредством трехмерного ткачества (Е1).
11. Способ по п. 9 или 10, в котором в ходе этапа (Е3) нагнетания шликера шликер нагнетают так, чтобы заполнить также объем, находящийся на поверхности участка (119) волокнистого усиления (110’), в котором выполнена полость (118).
12. Способ по любому из пп. 9-11, в котором прорезь (66, 166), выполняемая посредством механической обработки в черновой детали (30, 130), является пазом, имеющим ширину менее 1 мм.
13. Способ по любому из пп. 9-12, в котором прорезь (66, 166), выполняемая посредством механической обработки в черновой детали (30, 130), является пазом, имеющим глубину, по меньшей мере в три раза превышающую его ширину.
14. Способ по любому из пп. 9-13, в котором средняя арифметическая шероховатость Ra внутренних стенок прорези (66, 166), выполненной посредством механической обработки в черновой детали (30, 130), меньше 5 мкм.
15. Способ по любому из пп. 9-14, в котором этап (Е7) механической обработки осуществляют посредством фрезерования, шлифования и/или электроэрозионной обработки.
16. Способ по любому из пп. 9-15, дополнительно содержащий этап нанесения защитного покрытия по меньшей мере на одну сторону (63р, 136р) конечной детали (61, 161), на которой нет прорези (66, 166), при этом на стороне (63i, 163i) конечной детали (61, 161), в которой посредством механической обработки была выполнена прорезь (66, 166), отсутствует защитное покрытие.
17. Турбина, содержащая кольцо (60), имеющее по меньшей мере два сектора (61) кольца, каждый из который имеет паз (66) на каждой из своих тангенциальных концевых сторон (63i), и уплотнительную пластинку (62), вставленную в пазы (66) двух последовательных секторов (61) кольца, при этом по меньшей мере один из указанных секторов (61) кольца является деталью из композиционного материала с керамической матрицей, полученной способом по одному из пп. 1-16.
18. Газотурбинный двигатель, содержащий турбину по п. 17.
