專利名稱：鍍覆陶瓷基質(zhì)復(fù)合物部件作為燃?xì)廨啓C(jī)硬件中的連結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)連結(jié)到金屬構(gòu)件上，例如燃?xì)廨啓C(jī)的金屬部件。更具體而言，本發(fā)明提供了可將金屬連結(jié)到CMC上然后可用來將CMC附連到金屬結(jié)構(gòu)上的技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，該技術(shù)提供了金屬與CMC的以化學(xué)的方式結(jié)合的接頭來減小與不同的熱膨脹速率有關(guān)的問題，以及緩解對制造極度精密的公差的機(jī)械接頭的需要。
背景技術(shù)：
已知在燃?xì)廨啓C(jī)中可在比金屬高得多的溫度處使用陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)。用CMC代替諸如輪葉、噴嘴、護(hù)罩、襯套和過渡件(TP)的金屬部件可允許在較高的溫度處運(yùn)行，以及/或者降低冷卻要求，因而提高渦輪效率。但是，CMC在某種程度上必須安裝到渦輪的金屬結(jié)構(gòu)上。這個(gè)安裝是困難的，不僅因?yàn)镃MC是不同的材料，以及因此可能無法容易地焊接到金屬上，而且還因?yàn)镃MC與金屬具有不同的熱膨脹系統(tǒng)，所以在CMC變熱時(shí)，CMC以比金屬更慢的速率膨脹，從而使得其難以安裝到金屬上。US 7，249，462論述了用機(jī)械式接頭來進(jìn)行CMC-CMC銅焊。US6，709, 230論述了使用粘結(jié)性結(jié)合接頭或燒結(jié)結(jié)合接頭。US 4，643，648論述了使用燒結(jié)氮化硅或碳化硅和金屬粉末的熱等靜壓來形成接頭。US 2009/0010755A1論述了將CMC栓接到金屬上的方法。將CMC連結(jié)到金屬部件(例如燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件中采用的金屬部件)上的改進(jìn)的方式可為期望的。本發(fā)明設(shè)法滿足那個(gè)期望。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用銅焊、氣相淀積、焊接、鍍覆(電鍍或無電鍍覆)或它們的組合以將結(jié)合金屬粘合到CMC上來將CMC有效地連結(jié)到結(jié)合金屬上是可行的。然后可將金屬安裝結(jié)構(gòu)銅焊或焊接到該結(jié)合金屬上。為了最大程度地減小熱膨脹，可將窄的金屬條或金屬圓形件、金屬長方形件或金屬正方形件鍍覆到CMC上，然后可將該CMC焊接或銅焊到膨脹接頭上，以處理熱膨脹的差異。在第一方面，提供了一種通過這樣的方式來將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品連結(jié)到金屬構(gòu)件上的方法對陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品提供結(jié)合到金屬構(gòu)件上的金屬區(qū)，從而將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品連結(jié)到該金屬構(gòu)件上。在第二方面，提供了一種包括安裝區(qū)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品，該安裝區(qū)設(shè)有金屬區(qū)，以幫助將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物結(jié)合到金屬構(gòu)件上。本發(fā)明允許較容易地將CMC部件集成到燃?xì)廨啓C(jī)中，并且消除對復(fù)雜的機(jī)械安裝件的需要。本發(fā)明允許擴(kuò)大其中可成功地使用CMC的區(qū)的數(shù)量，并且還可允許用于其它裝置中，諸如例如，火箭、蒸汽輪機(jī)和核裝備。


圖I是金屬條已經(jīng)在期望的附連位置處施用到其上的CMC物品；圖2是沿箭頭2-2的方向的、圖I的CMC物品的側(cè)視圖，其中金屬柔性接頭件已經(jīng)焊接或銅焊到金屬條上；圖3顯示了插入金屬保持器中的圖2的CMC物品，金屬柔性接頭件在一側(cè)上或者銅焊或者焊接到金屬保持器上，而在另一側(cè)上或者銅焊或者焊接到金屬條上，從而在CMC物品和金屬保持器之間提供結(jié)合；圖4顯示了一個(gè)備選的CMC-金屬組件；圖5是沿圖4中的箭頭5-5的方向的視圖；
圖6顯示了安裝在金屬保持器中的CMC物品的一個(gè)備選實(shí)施例，金屬柔性接頭件如所顯示的那樣或者銅焊或者焊接到金屬保持器上。部件列表2CMC 物品4金屬條6附連位置8柔性接頭件10金屬保持器14CMC 構(gòu)件16金屬條18金屬構(gòu)件20柔性條22非結(jié)合區(qū)30金屬蛤殼裝置28CMC 導(dǎo)葉28CMC 構(gòu)件32金屬條34柔性金屬條
具體實(shí)施例方式參看圖1，顯示了 CMC物品2 (在這個(gè)情況下為渦輪輪葉)，其中呈金屬條4的形式的金屬板已經(jīng)在期望附連位置6處銅焊到、氣相淀積到、焊接到、電鍍到、通過無電鍍覆而結(jié)合到或以它們的任何組合的方式連結(jié)到CMC物品2上。金屬條通常為鎳?？蓪⑤^多的金屬鍍層結(jié)合到CMC物品2上，但是在這種情形下，僅使用金屬條，以減小條的金屬和CMC物品之間的不同的熱膨脹速率的影響。作為金屬條的備選方案，可使用盤形、正方形或其它金屬形狀。圖2顯示了 CMC物品2的側(cè)視圖，其中金屬柔性接頭件8已經(jīng)焊接或銅焊到金屬條4上。如果需要的話，這會適應(yīng)CMC物品和金屬構(gòu)件(金屬保持器)之間的不同的膨脹速率。
圖3顯示了插入金屬構(gòu)件中(在這種情況下是金屬保持器10)的CMC物品2。金屬柔性接頭件8可在一側(cè)上或者銅焊或者焊接到金屬保持器10上，而在另一側(cè)上或者銅焊或者焊接到金屬條4上，從而在CMC物品2和金屬保持器10之間提供結(jié)合。如果期望的話，金屬柔性接頭件8可鎖緊到金屬保持器10中，而非焊接/銅焊到金屬保持器10上。圖4顯示了金屬/CMC組件，其中CMC構(gòu)件14設(shè)有金屬條16，而金屬構(gòu)件18設(shè)有柔性條20，柔性條20通過任何傳統(tǒng)方法(例如銅焊或焊接)來結(jié)合到金屬條上。如圖4中顯示的那樣，柔性條 20的中間非結(jié)合區(qū)22輪廓設(shè)置成使得它們在24處顯示的金屬條之間接觸CMC構(gòu)件14的表面，以提供密封作用。柔性條因而在其輪廓方面可從正弦波變成鋸齒波，變成方波。波的幅度可有所變化，并且一些波峰可不與或者CMC物品或者金屬進(jìn)行實(shí)際接觸，而仍然可提供密封作用。在圖4中，柔性條20沿著接頭的線呈帶狀，并且在CMC14和金屬構(gòu)件18之間的區(qū)中提供密封。圖5是沿著圖4中的箭頭線5-5的視圖。在圖5中，CMC顯示在右邊，而金屬構(gòu)件顯示在左邊。金屬條16安裝到CMC14上，而柔性條20結(jié)合到金屬條16上。如果期望改進(jìn)遠(yuǎn)離條的密封，則柔性條20可比金屬條更寬。圖6是顯示了呈具有金屬蛤殼裝置30的輪葉的CMC物品的一個(gè)備選實(shí)施例，金屬蛤殼裝置30夾在CMC導(dǎo)葉28的周圍，使得接頭件可類似于金屬輪葉那樣附連到轉(zhuǎn)子上。CMC構(gòu)件28設(shè)有通過任何適當(dāng)?shù)姆椒?例如銅焊或焊接)結(jié)合到其上的金屬條32，而柔性金屬條34如本文描述的那樣結(jié)合到金屬條32的頂部上，以適應(yīng)CMC 28和金屬保持器30之間的膨脹和收縮。如將從圖6中看出的那樣，接頭的定向可有所變化，即接頭可水平地而非豎直地設(shè)置。此外，渦輪輪葉只是其中可使用本發(fā)明的接頭的熱氣路徑構(gòu)件的一個(gè)實(shí)例?？深愃频剡B結(jié)CMC護(hù)罩、噴嘴、密封件和葉片或它們的零件。雖然結(jié)合目前認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例來描述本發(fā)明，但是要理解，本發(fā)明不應(yīng)限于公開的實(shí)施例，而是相反，意圖覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品連結(jié)到金屬構(gòu)件上的方法，包括對所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品提供結(jié)合到所述金屬構(gòu)件上的金屬區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬區(qū)包括金屬條系列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，金屬柔性接頭件結(jié)合到所述金屬條系列上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括通過銅焊、氣相淀積、焊接、電鍍、無電鍍覆或它們的任何組合來將所述金屬區(qū)結(jié)合到所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬區(qū)是鎳。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬構(gòu)件是燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括通過銅焊或焊接來將所述金屬區(qū)連結(jié)到所述金屬構(gòu)件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括通過銅焊或焊接來將所述金屬柔性接頭件連結(jié)到所述金屬區(qū)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括通過銅焊或焊接來將所述金屬柔性接頭件連結(jié)到所述金屬構(gòu)件上。
10.一種將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品連結(jié)到金屬構(gòu)件上的方法，包括將鎳層施用到所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品上，以及通過在所述鎳層和所述金屬構(gòu)件之間產(chǎn)生結(jié)合以從而將所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物連結(jié)到所述金屬構(gòu)件上來將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物結(jié)合到所述金屬構(gòu)件上。
11.一種包括安裝區(qū)的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品，所述安裝區(qū)設(shè)有金屬區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品，其特征在于，所述金屬區(qū)包括金屬條系列。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品，其特征在于，金屬柔性接頭件結(jié)合到所述金屬條系列上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品，其特征在于，所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品選自渦輪輪葉、噴嘴、護(hù)罩、襯套以及將所述襯套匹配到噴嘴上的過渡件。
全文摘要
本發(fā)明涉及鍍覆陶瓷基質(zhì)復(fù)合物部件作為燃?xì)廨啓C(jī)硬件中的連結(jié)方法。一種通過對陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品提供結(jié)合到金屬構(gòu)件上的金屬區(qū)來將陶瓷基質(zhì)復(fù)合物物品連結(jié)到金屬構(gòu)件上的方法。
文檔編號F01D9/02GK102642093SQ201110461560
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者A·加西亞-克雷斯波, B·P·萊西 申請人:通用電氣公司