本發(fā)明涉及層片(plies)、用于制造層片的方法以及用于由層片制造制品的方法。更特別地本發(fā)明涉及層片、用于制造層片的方法以及用于由包括近凈形狀(near net shape，有時稱為近終形狀)和陶瓷基復(fù)合物(ceramic matrix composite，有時稱為陶瓷基(質(zhì))復(fù)合材料)非紡織(nonwoven，有時稱為非織造)材料的層片制造制品的方法。

背景技術(shù)：

燃?xì)廨啓C(jī)持續(xù)地被修改以提供提高的效率和性能。這些修改包括在更高的溫度下和在更惡劣的條件下運(yùn)行的能力，其經(jīng)常需要材料修改和/或覆層以保護(hù)部件免于遭受這樣的溫度和條件。當(dāng)引入更多的修改時，實(shí)現(xiàn)了額外的挑戰(zhàn)。

一種用于提高性能和效率的修改涉及由陶瓷基復(fù)合物(CMC)形成燃?xì)廨啓C(jī)部件，例如但不限于護(hù)罩、渦輪機(jī)支柱、噴嘴/導(dǎo)葉、燃燒襯套、輪葉/葉片，護(hù)罩環(huán)、排氣管道、擴(kuò)大襯套以及噴氣排氣噴嘴。CMC燃?xì)廨啓C(jī)部件可由CMC材料的層片形成。然而CMC材料是昂貴的，并且削減CMC材料片至所需的用于層片的形狀導(dǎo)致產(chǎn)生大量的CMC廢料。另外削減過程可將缺陷引入到層片中，并且可需要多個削減步驟以達(dá)到足夠精確的構(gòu)形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一種示例性的實(shí)施例中，用于制造層片的方法包括打印層片，層片包括近凈形狀和陶瓷基復(fù)合物非紡織材料。

在另一示例性的實(shí)施例中，用于制造制品的方法包括打印第一層片和第二層片。第一層片包括第一近凈形狀和第一陶瓷基復(fù)合物非紡織材料，并且第二層片包括第二近凈形狀和第二陶瓷基復(fù)合物非紡織材料。該方法此外包括將第二層片施加到第一層片上，并且鞏固第一層片和第二層片。

在另一示例性的實(shí)施例中，層片包括近凈形狀和陶瓷基復(fù)合物非紡織材料，其中近凈形狀是制品的預(yù)設(shè)的層。

技術(shù)方案1. 一種用于制造層片(100)的方法，所述方法包含打印層片(100)，所述層片(100)包括近凈形狀(102)和陶瓷基復(fù)合物非紡織材料(104)。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，打印包括通過連續(xù)絲制作過程擠出施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束(300)。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其特征在于，打印包括使用三維連續(xù)纖維布局打印機(jī)(302)。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其特征在于，非紡織材料(104)是單向帶(106)。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其特征在于，所述近凈形狀(102)是渦輪機(jī)部件(400)的預(yù)設(shè)的層(108)。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的方法，其特征在于，所述渦輪機(jī)部件(400)是翼形件(402)。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案6所述的方法，其特征在于，所述渦輪機(jī)部件(400)是噴嘴(404)。

技術(shù)方案8. 一種用于制造制品的方法，所述方法包含：

打印第一層片(200)，所述第一層片(200)包括第一近凈形狀(202)和第一陶瓷基復(fù)合物非紡織材料(204)；

打印第二層片(206)，所述第二層片(206)包括第二近凈形狀(208)和第二陶瓷基復(fù)合物非紡織材料(210)；

將所述第二層片(206)施加到所述第一層片(200)上；并且

鞏固所述第一層片(200)和所述第二層片(206)。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其特征在于，打印第一層片(200)此外包括將施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束(300)直接地擠出到襯底上。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，通過將施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束(300)直接地擠出到所述第一層片(200)上使得打印所述第二層片(206)和將所述第二層片(206)施加到所述第一層片(200)上同時地發(fā)生。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其特征在于，所述第一近凈形狀(202)和所述第二近凈形狀(208)是制品的鄰近的預(yù)設(shè)的層(108)。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案15所述的方法，其特征在于，所述制品是渦輪機(jī)部件(400)。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的方法，其特征在于，所述渦輪機(jī)部件(400)是翼形件(402)。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，其特征在于，所述渦輪機(jī)部件(400)是噴嘴(404)。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其特征在于，鞏固所述第一層片(200)和所述第二層片(206)包括從包括在高壓釜中處理、燒盡、局部熱處理、感應(yīng)加熱及其組合的組群中所選擇的技術(shù)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將可從下文結(jié)合借助于示例闡明了本發(fā)明的原理的附圖對優(yōu)選的實(shí)施例所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述中看出。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的層片的透視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的第一層片和第二層片的透視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的第一層片和第二層片的透視圖，其中第二層片在正直接地形成到第一層片上的過程中。

圖4是根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的正被施加以形成渦輪機(jī)噴嘴的層片的透視圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的正被施加以形成渦輪機(jī)噴嘴的層片的透視圖。

只要有可能，將貫穿所有附圖使用相同的參考標(biāo)號以代表相同的零件。

具體實(shí)施方式

提供了示例性的層片、用于制造層片的方法以及用于由層片制造制品的方法。與未利用一個或多個在此所公開的特征的方法和產(chǎn)品相比，本發(fā)明公開內(nèi)容的實(shí)施例提供了成本效率和時間效率更高的用于制造層片和由層片所形成的制品的方法并且提供了用于非紡織纖維的定向(directionalization)能力以在任何點(diǎn)處跟隨在層片內(nèi)部中的預(yù)設(shè)的纖維路徑選擇線路。

參考圖1，層片100包括近凈形狀102和陶瓷基復(fù)合物(CMC)非紡織材料104。近凈形狀102是制品的預(yù)設(shè)的層108。預(yù)設(shè)的層108可為任何合適的拓?fù)錁?gòu)造(topological construct)，包括但不限于制品的橫截面層，制品的曲形層、制品的成角度的層或其組合，其中預(yù)設(shè)的層108適合于構(gòu)成更大的制品的一部分。

陶瓷基復(fù)合物非紡織材料104可為任何合適的材料，包括但不限于單向帶106、包括了隨機(jī)地排列的纖維的帶、包括了非連續(xù)纖維的帶、包括了圓形的纖維的帶或其組合。在一個實(shí)施例中，非連續(xù)纖維包括任何合適的纖維長度，包括但不限于，小于約0.15英寸、備選地小于約0.1英寸、備選地小于約0.05英寸、備選地約0.01英寸到約0.15英寸，備選地約0.02英寸到約0.12英寸、備選地約0.05英寸到約0.1英寸的纖維長度。在另一實(shí)施例中，在單向帶106中纖維相對彼此的定向可改變。在另一實(shí)施例中，在單向帶106中纖維相對彼此的定向改變了約90°。CMCs的示例包括但不限于SiC、SiN、氧化鋁、基于氧化物的復(fù)合陶瓷以及其組合。

用于制造層片的方法100包括打印層片100。在一個實(shí)施例中，層片100如打印的那樣且在沒有進(jìn)一步修改的情況下包括近凈形狀102。打印層片100可包括通過連續(xù)絲(continuous filament，有時稱為長絲)制作過程擠出施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束(tow)300(在圖3中示出)。在另一實(shí)施例中，連續(xù)纖維包括任何合適的纖維長度，包括但不限于至少約0.05英寸、備選地至少約0.1英寸、備選地至少約0.15英寸、備選地約0.05英寸到約0.5英寸、備選地約0.1英寸到約0.3英寸、備選地約0.15英寸到約0.25英寸的纖維長度。

打印層片100可此外包括使用三維連續(xù)纖維布局打印機(jī)302(在圖3中示出)以通過連續(xù)絲制作過程擠出施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束300。在一個實(shí)施例中，加熱預(yù)浸漬絲束300，當(dāng)層片100被擠出時部分地固化層片100。在另一實(shí)施例中，加熱器元件包含在擠出機(jī)或打印機(jī)302的印床中。

在一個實(shí)施例中，施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束300包括施覆有覆層的CMC纖維、CMC粒子以及碳微粒。施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束300可此外包括溶劑、樹脂、酒精或其混合物。CMC粒子可為亞微米大小的粒子。在另一實(shí)施例中，CMC粒子包括不超過約1微米、備選地不超過約10微米、備選地不超過約20微米的最大尺寸。碳微粒可包括但不限于元素碳、碳?xì)浠衔?、任何包含碳的有機(jī)材料或其組合。元素碳可呈現(xiàn)為一種或多種形式。

參考圖2，在一個實(shí)施例中，用于制造制品的方法包括打印第一層片200和第二層片206。第一層片200包括第一近凈形狀202和第一CMC非紡織材料204。第一層片200可通過將施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束300直接擠出到襯底上或通過無襯底地打印層片來打印。第一層片200可機(jī)械地或手動地轉(zhuǎn)移到襯底上以用于進(jìn)一步加工。襯底可為任何合適的物體，包括但不限于制品表面、中間物表面、工具作業(yè)(tooling)表面，渦輪機(jī)部件表面或其組合。第二層片206包括第二近凈形狀208和第二CMC非紡織材料210，其中第一近凈形狀202和第二近凈形狀208是制品的鄰近的預(yù)設(shè)的層108。該方法此外包括將第二層片206施加到第一層片200上并且鞏固第一層片200和第二層片206。通過這種方法可施加任何數(shù)量的層片100。鞏固第一層片200和第二層片206(以及任何額外的層片100)可包括任何合適的技術(shù)，包括但不限于在高壓釜中處理、燒盡(burn out，有時稱為燒除)、局部熱處理、感應(yīng)加熱或其組合。

在一個實(shí)施例中，用于制造的方法還包括致密化第一層片200和第二層片206。致密化可包括任何合適的技術(shù)，包括但不限于熔體滲入或汽相沉積。汽相沉積可包括純硅、任何合適的氧化物(包括但不限于氧化硅)或其組合的沉積。熔體滲入可包括但不限于將硅熔化進(jìn)入到第一層片200和第二層片206中并且使硅與碳微粒反應(yīng)以形成碳化硅，從而鞏固了第一層片200和第二層片206。

第二層片206可通過將施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束300直接地擠出到襯底上或通過無襯底地打印層片來打印。在一個實(shí)施例中，第二層片206手動地或機(jī)械地轉(zhuǎn)移到襯底上以用于進(jìn)一步加工。在另一實(shí)施例中，第二層片206手動地或機(jī)械地轉(zhuǎn)移到第一層片200上，該第一層片200位于襯底上以用于進(jìn)一步加工。

參考圖3，在另一實(shí)施例中，通過將施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束300直接地擠出到第一層片200上而使得打印第二層片206和將第二層片206施加到第一層片200上同時地發(fā)生。同時的擠出可包括打印第一層片200的一部分，并且然后在形成第二層片206的同等的部分并且同時地施加第二層片206的同等的部分之前將施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束300直接地擠出到第一層片200的這一部分上。在另一實(shí)施例中，將施覆有覆層的預(yù)浸漬絲束直接地擠出到第一層片200上包括使用三維連續(xù)纖維布局打印機(jī)302。

參考圖4和5，近凈形狀102是渦輪機(jī)部件400的預(yù)設(shè)的層108。渦輪機(jī)部件可為任何適合適的部件，包括但不限于護(hù)罩、渦輪機(jī)支柱、翼形件402、噴嘴404(導(dǎo)葉)、燃燒襯套、輪葉(葉片)、護(hù)罩環(huán)、排氣管道、擴(kuò)大襯套、噴氣排氣噴嘴或其組合。在一個實(shí)施例中(圖4)層片100是具有橫截面拓?fù)涞念A(yù)設(shè)的層108，并且在另一實(shí)施例中(圖5)層片100是具有曲形拓?fù)涞念A(yù)設(shè)的層108。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可做出各種改變并且可用等同物代替其元件。此外可做出一些修改以使得特定情況或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離本發(fā)明的本質(zhì)范圍。因此，意圖本發(fā)明不受限于作為預(yù)期用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。