陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106968716A(43)申请公布日2017.07.21(21)申请号201611049087.7(22)申请日2016.11.21(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人罗瑞盈邓楚燕(74)专利代理机构北京酷爱智慧知识产权代理有限公司11514代理人赵永辉(51)Int.Cl.F01D5/02(2006.01)F01D5/28(2006.01)C04B35/80(2006.01)C04B35/565(2006.01)C04B35/52(2006.01)C04B35/83(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图8页(54)发明名称陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘(57)摘要本发明涉及一种陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，所述整体涡轮叶盘由碳纤维增强热解碳-碳化硅(C/C-SiC)陶瓷基复合材料制成；其中，所述碳纤维增强热解碳-碳化硅陶瓷基复合材料的基体材料为热解碳和碳化硅，纤维材料选用碳纤维。本发明提供的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，显著提高了整体涡轮叶盘的最大承载能力，同时提高了其耐高温性和循环寿命，从而使其能够更好的满足发动机尤其是高性能航空发动机的需求。CN106968716ACN106968716A权利要求书1/1页1.一种陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，其特征在于：所述整体涡轮叶盘由碳纤维增强热解碳-碳化硅陶瓷基复合材料制成；其中，所述碳纤维增强热解碳-碳化硅陶瓷基复合材料中的基体材料选用热解碳和碳化硅，纤维材料选用碳纤维。2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，其特征在于：所述碳纤维增强热解碳-碳化硅陶瓷基复合材料依次由碳纤维层、第一基体层和第二基体层组成；其中，所述第一基体层由交替沉积的热解碳层和碳化硅层组成，所述第二基体层为碳化硅层。3.根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，其特征在于：所述第一基体层中，交替沉积3次，得到依次由碳纤维层、热解碳层、碳化硅层、热解碳层、碳化硅层、热解碳层、碳化硅层和第二基体层碳化硅层组成的碳纤维增强热解碳-碳化硅陶瓷基复合材料；其中，各所述热解碳层和碳化硅层的厚度均为1μm-2μm。4.根据权利要求3所述的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，其特征在于：所述第一基体层与碳纤维层的厚度比为1:2。5.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，其特征在于：所述碳纤维增强热解碳-碳化硅陶瓷基复合材料的碳纤维层中的碳纤维采用四方排布、六方排布或三角四方交替排布的纤维排布方式。6.根据权利要求5所述的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，其特征在于：所述整体涡轮叶盘中叶片和盘体的连接处采用四方排布、六方排布或三角四方交替排布的纤维排布方式；优选采用四方排布的纤维排布方式。7.根据权利要求6所述的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘，其特征在于：所述整体涡轮叶盘的耐热温度大于等于1600℃，循环寿命大于等于15000次。8.根据权利要求1-7中任一项所述的陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘在发动机尤其是航空发动机中的应用。9.权利要求1-7中任一项所述的碳纤维增强热解碳-碳化硅陶瓷基复合材料在制备整体涡轮叶盘中的应用。2CN106968716A说明书1/6页陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘技术领域[0001]本发明涉及发动机涡轮叶盘技术领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料整体涡轮叶盘。背景技术[0002]航空发动机结构设计领域的“整体叶盘”的结构出现于80年代中期，其将工作叶片和轮盘联成一体，省去了连接用的榫头、榫槽，使叶轮结构大为简化。整体叶盘结构的优点很多，例如：①比现有的焊接结构强度高、可靠性能好；②经过长时间使用不掉叶冠，涡轮效率由50％提高到70％；③使发动机的零件数目大大减少，降低成本；④消除了气流在榫头与榫槽缝隙中逸流所造成的损失，避免由于装配不当后榫头的腐蚀，特别是微动腐蚀、裂纹及锁片损坏等带来的故障。[0003]对于涡轮叶盘，目前国内制备出的多为焊接式的叶盘，如普通发动机的压气机及风扇的转子叶片均用其叶身下的榫头装于涡轮盘轮缘的榫槽中，但该类叶盘焊接口的力学性能差，容易出现断裂。与焊接式的涡轮叶盘相比，整体涡轮盘把叶片和轮盘做成一体，其无需在涡轮盘轮缘加工安装叶片的榫槽，从而可以大大减小轮缘的径向尺寸和减轻转子重量。但现阶段仅存在少数的涡轮整体叶盘,且均采用金属材料制备而成。金属整体涡轮盘存在诸多缺点，例如：目前性能最好的金属涡轮整体叶盘在受绕对称轴旋转的角速度为13200rad/s的旋转载荷下的轮盘和鼓筒连接处的最大应力高达5GPa；此外，金属涡轮整体叶盘的耐高温性和循环寿命等性能均有待提高。基于此，开发一种性能更好的整体涡轮叶盘尤为重要。发明内容[0004]针对现有技术中的缺陷