本發(fā)明針對用于處理現(xiàn)場操作的構(gòu)件的方法，以及處理的構(gòu)件。更具體而言，本發(fā)明針對用于更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的一部分的方法，以及具有更換的部分的處理的構(gòu)件。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪不斷在改變以提供提高的效率和性能。這些改型包括在較高溫度和惡劣條件下操作的能力，這通常需要材料改型和/或涂層以保護(hù)構(gòu)件免受此類溫度和條件。由于引入了更多改型，故實(shí)現(xiàn)了額外的挑戰(zhàn)。

提高性能和效率的一種改型涉及由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)形成燃?xì)鉁u輪構(gòu)件，諸如但不限于護(hù)罩、渦輪支柱、噴嘴/導(dǎo)葉、燃燒襯套、輪葉/葉片、護(hù)罩環(huán)、排氣導(dǎo)管、增強(qiáng)襯套和噴氣排氣噴嘴。由于CMC與包括水的燃燒氣體在升高溫度下的相互作用，CMC渦輪構(gòu)件可經(jīng)歷燃燒流場的退化。CMC渦輪構(gòu)件還可在操作條件下經(jīng)歷機(jī)械或其它破壞。然而，燃?xì)鉁u輪和其它系統(tǒng)的CMC構(gòu)件可能昂貴，且由于局部破壞或磨損和撕裂而更換整個構(gòu)件在經(jīng)濟(jì)上不利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在示例性實(shí)施例中，一種用于處理現(xiàn)場操作的構(gòu)件的方法包括提供包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物的現(xiàn)場操作的構(gòu)件，以及除去現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分，形成現(xiàn)場操作的構(gòu)件上的第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面。該方法還包括提供包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物的第二部分，第二部分具有第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面，其包括適于與第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面匹配的構(gòu)造。第二部分與現(xiàn)場操作的構(gòu)件關(guān)聯(lián)定位以便更換第一部分，且第二部分和現(xiàn)場操作的構(gòu)件接合以形成處理的構(gòu)件。

在另一個示例性實(shí)施例中，一種用于處理選自由護(hù)罩、渦輪支柱、噴嘴、燃燒襯套、輪葉、護(hù)罩環(huán)、排氣導(dǎo)管、增強(qiáng)襯套、噴氣排氣噴嘴和其組合組成的組的現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件的方法包括提供包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物的現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件，從現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件除去第一環(huán)境阻隔涂層，以及除去現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件的第一部分，形成現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件上的第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面。該方法還包括提供包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物的第二部分，第二部分具有第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面，其包括適于與第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面匹配的構(gòu)造。第二部分與現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件關(guān)聯(lián)定位以便更換第一部分。第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面和第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面布置和塑造為限定接頭。第二部分和現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件接合以形成處理的渦輪構(gòu)件，且第二環(huán)境阻隔涂層應(yīng)用至處理的渦輪構(gòu)件。

技術(shù)方案1. 一種用于處理現(xiàn)場操作的構(gòu)件的方法，所述方法包括：

提供包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物的所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件；

除去所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分，形成所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件上的第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面；

提供包括所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物的第二部分，所述第二部分具有第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面，其包括適于與所述第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面匹配的構(gòu)造；

與所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件關(guān)聯(lián)定位所述第二部分以便更換所述第一部分；以及

接合所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件以形成處理的構(gòu)件。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件為燃?xì)鉁u輪構(gòu)件。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述第二部分選自由以下項(xiàng)組成的組：另一個現(xiàn)場操作的構(gòu)件的改變目的的部分、來自未操作的構(gòu)件的改變目的的部分、未完成的構(gòu)件和其組合。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，接合所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件包括將接合材料應(yīng)用至所述第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面和所述第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面中的至少一者。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其中，所述接合材料包括選自由以下項(xiàng)組成的組：碳源、元素碳、烴、酒精、碳化硅和其組合。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的方法，其中，接合所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件包括在真空下干燥所述接合材料。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，接合所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件包括將至少一個基質(zhì)層加到由所述第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面和所述第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面限定的接頭上。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案7所述的方法，其中，至少一層單向帶設(shè)置在所述至少一個基質(zhì)層與所述接頭之間。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中，所述至少一層單向帶包括多個交錯層的單向陶瓷基質(zhì)復(fù)合物帶，所述多個交錯層中的各個以90°間隔交錯纖維定向。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中，接合所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件包括使所述至少一個基質(zhì)層、所述至少一層單向帶、所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件致密。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的方法，其中，添加所述至少一個基質(zhì)層包括形成大致等于所述至少一個基質(zhì)層和所述至少一層單向帶的高度的嵌入深度。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面和所述第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面布置和塑造為限定接頭。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的方法，其中，所述接頭選自由以下項(xiàng)組成的組：嵌接接頭、平嵌接接頭、尖嵌接接頭、鍵合的尖嵌接接頭和其組合。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案13所述的方法，其中，所述接頭包括在大約0到大約50之間的寬度/厚度比。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，接合所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件包括選自由以下項(xiàng)組成的組的技術(shù)：高壓釜處理、燒除、熔體滲透、局部熱處理、感應(yīng)加熱、激光加熱和其組合。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述方法還包括從所述現(xiàn)場操作的構(gòu)件除去第一環(huán)境阻隔涂層。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述方法還包括將第二環(huán)境結(jié)合涂層應(yīng)用至所述處理的構(gòu)件。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中，所述方法還包括加工所述處理的構(gòu)件的表面。

技術(shù)方案19. 一種用于處理現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件的方法，所述方法包括：

提供所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件，所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件選自由護(hù)罩、渦輪支柱、噴嘴、燃燒襯套、輪葉、護(hù)罩環(huán)、排氣導(dǎo)管、增強(qiáng)襯套、噴氣排氣噴嘴和其組合組成的組，所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物；

從所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件除去第一環(huán)境阻隔涂層；

除去所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件的第一部分，形成所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件上的第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面；

提供包括所述陶瓷基質(zhì)復(fù)合物的第二部分，所述第二部分具有第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面，其包括適于與所述第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面匹配的構(gòu)造；

與所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件關(guān)聯(lián)定位所述第二部分以便更換所述第一部分，所述第一暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面和所述第二暴露的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物表面布置和塑造為限定接頭；

接合所述第二部分和所述現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件以形成處理的渦輪構(gòu)件；以及

將第二環(huán)境阻隔涂層應(yīng)用至所述處理的渦輪構(gòu)件。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其中，所述第二部分選自由以下項(xiàng)組成的組：另一個現(xiàn)場操作的渦輪構(gòu)件的改變目的的部分、來自未操作的渦輪構(gòu)件的改變目的的部分、未完成的渦輪構(gòu)件和其組合。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從連同附圖對優(yōu)選實(shí)施例的以下更詳細(xì)描述清楚，附圖通過舉例說明了本發(fā)明的原理。

附圖說明

圖1為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的現(xiàn)場操作的構(gòu)件的透視圖。

圖2為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的除去第一部分之后以準(zhǔn)備利用第二部分更換第一部分的圖1的現(xiàn)場操作的構(gòu)件的透視圖。

圖3為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的利用圖2的第二部分更換圖1的現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的透視圖。

圖4為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的除去第一部分之后以準(zhǔn)備利用第二部分更換第一部分的現(xiàn)場操作的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖5為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖6為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的通過平嵌接接頭利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖7為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的通過尖嵌接接頭利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖8為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的通過半重疊拼接接頭利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖9為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的通過斜面重疊拼接接頭利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖10為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的通過嵌合拼接接頭利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖11為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的通過榫槽接頭利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

圖12為根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的通過公母榫接頭利用第二部分更換現(xiàn)場操作的構(gòu)件的第一部分之后的處理的構(gòu)件的側(cè)視圖。

只要可能，則相同的參考標(biāo)號將貫穿附圖使用以表示相同的部分。

具體實(shí)施方式

提供了示例性構(gòu)件、燃?xì)鉁u輪構(gòu)件，以及形成構(gòu)件和燃?xì)鉁u輪構(gòu)件的方法。相比于未使用本文公開的一個或多個特征的方法和產(chǎn)品，本公開內(nèi)容的實(shí)施例提供了延長構(gòu)件的使用壽命的更加節(jié)省成本且時間有效的方法。

參看圖1，現(xiàn)場操作的構(gòu)件100包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)102?，F(xiàn)場操作的構(gòu)件100還包括位于現(xiàn)場操作的構(gòu)件100的第一部分106上的現(xiàn)場操作的條件104。

現(xiàn)場操作的構(gòu)件100可為包括CMC 102的任何構(gòu)件。在一個實(shí)施例中，現(xiàn)場操作的構(gòu)件100為燃?xì)鉁u輪構(gòu)件。在另一個實(shí)施例中，現(xiàn)場操作的構(gòu)件100為燃?xì)鉁u輪構(gòu)件，諸如但不限于護(hù)罩、渦輪支柱、噴嘴(或?qū)~)、燃燒襯套、輪葉(或葉片)、護(hù)罩環(huán)、排氣導(dǎo)管、增強(qiáng)襯套、噴氣排氣噴嘴，或它們的組合。

CMC 102的示例包括但不限于碳纖維增強(qiáng)的碳(C/C)、碳纖維增強(qiáng)的碳化硅(C/SiC)、碳化硅纖維增強(qiáng)的碳化硅(SiC/SiC)，以及氧化鋁纖維增強(qiáng)的氧化鋁(Al₂O₃/Al₂O₃)，以及它們的組合。相比于整體陶瓷結(jié)構(gòu)，CMC 102可具有增大的延伸率、斷裂韌性、熱沖擊、動態(tài)負(fù)載能力，以及各向異性性質(zhì)。

現(xiàn)場操作的條件104可包括任何非期望或不利的條件，包括但不限于破壞、開裂、侵蝕、腐蝕、凹陷、磨損、分層、氧化、應(yīng)變、疲勞、化學(xué)沖擊、退化、剝落、破碎、弱化或它們的組合。

參看圖2，用于處理現(xiàn)場操作的構(gòu)件100的方法包括除去現(xiàn)場操作的構(gòu)件100的第一部分106(見圖1)，形成現(xiàn)場操作的構(gòu)件100上的第一暴露的CMC表面200。提供了第二部分202，第二部分202也包括CMC 102。第二部分202包括第二暴露的CMC表面204，其具有適于與第一暴露的CMC表面202匹配的構(gòu)造206。第二部分200可從另一個現(xiàn)場操作的構(gòu)件改變目的，可從之前未操作的構(gòu)件改變目的，或可為未完成的構(gòu)件，其特別制造成用于更換第一部分106或條件性地用于更換第一部分106。第二部分202與現(xiàn)場操作構(gòu)件100關(guān)聯(lián)定位以便更換第一部分106。

參看圖3，第二部分202在接頭302處接合至現(xiàn)場操作的構(gòu)件100以形成處理的構(gòu)件300，其中現(xiàn)場操作的構(gòu)件100和第二部分202中的每一者均包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物102。

參看圖4，在現(xiàn)場操作的構(gòu)件100接合至第二部分202期間，接合材料400可應(yīng)用至第一暴露的CMC表面200和第二暴露的CMC表面204中的至少一者。接合材料400可包括任何適合的成分，包括但不限于接合漿料、纖維增強(qiáng)的接合漿料、基質(zhì)層500(見圖5)、至少一層單向帶502(見圖5)，或它們的組合。在一個實(shí)施例中，接合材料400包括任何適合的材料，包括但不限于碳源、元素碳、烴、酒精、碳化硅或它們的組合。在另一個實(shí)施例中，接合第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件100包括將現(xiàn)場操作的構(gòu)件100和第二部分202置于夾具中，將接合材料400應(yīng)用至第一暴露的CMC表面200和第二暴露的CMC表面204中的至少一者，以及在真空下干燥接合材料400。

參看圖5，接合第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件100可包括將至少一個基質(zhì)層500添加到接頭302上，接頭302由第一暴露的CMC表面200和第二暴露的CMC表面204限定。接合第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件106還可包括使至少一個纖維增強(qiáng)層500、第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件100致密。致密可包括但不限于將硅熔化到該至少一個基質(zhì)層500、第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件100中的一部分中，以及使硅與碳源反應(yīng)來形成碳化硅，因此固化該至少一個基質(zhì)層500、第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件100。

在一個實(shí)施例中，至少一層單向帶502設(shè)置在該至少一個基質(zhì)層500和接頭302之間。在另一個實(shí)施例中，該至少一層單向帶502包括單向陶瓷基質(zhì)復(fù)合物帶的多個交錯層，該多個交錯層中的各個以90°間隔交錯纖維定向。在另一個實(shí)施例中，該至少一層單向帶502包括單向陶瓷基質(zhì)復(fù)合物帶的多個交錯層，該多個交錯層中的各個以45°間隔交錯纖維定向。在還有另一個實(shí)施例中，添加該至少一個基質(zhì)層500和該至少一層單向帶502包括形成大致等于該至少一個纖維增強(qiáng)板層500和該至少一層單向帶502的高度504的現(xiàn)場操作的構(gòu)件100和第二部分202中的插入深度506。致密還可包括使該至少一層單向帶502致密。

在一個實(shí)施例中，接合第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件100包括將接合材料400應(yīng)用至第一暴露的CMC表面200和第二暴露的CMC表面204中的至少一者，以及將至少一個纖維基質(zhì)層500和至少一個單向帶502加在由第一暴露的CMC表面200和第二暴露的CMC表面204限定的接頭302上。

接合第二部分202和現(xiàn)場操作的構(gòu)件100可包括任何適合的技術(shù)，諸如但不限于高壓釜處理、燒除、熔體滲透、局部熱處理、感應(yīng)加熱、激光加熱，或它們的組合。在一個實(shí)施例中，在接合之后，處理的構(gòu)件300經(jīng)歷任何適合的精整過程，包括但不限于加工、拋光、涂布或它們的組合。

在一個實(shí)施例中，處理現(xiàn)場操作的構(gòu)件100包括從現(xiàn)場操作的構(gòu)件100除去第一環(huán)境阻隔涂層。在另一個實(shí)施例中，處理現(xiàn)場操作的構(gòu)件100包括將第二環(huán)境結(jié)合涂層應(yīng)用至處理的構(gòu)件300。

參看圖6-圖12，第一暴露的CMC表面200和第二暴露的CMC表面204布置且塑造為限定接頭302。接頭可為任何適合的接頭，包括但不限于對接接頭、嚙接接頭、暗榫接頭、斜角接頭、指形接頭、燕尾接頭、槽接接頭、凹槽接頭、榫槽接頭、公母榫接頭、錘頭榫接頭、承接角口接頭、搭接接頭、端搭接接頭、半搭接接頭、交叉搭接接頭、燕尾搭接接頭、燕尾交叉搭接、斜接半搭接接頭、相嵌接頭、拼接接頭、半搭接拼接接頭、斜面搭接拼接接頭、嵌合拼接接頭、錐形指拼接接頭、楔入嵌合拼接接頭、鞍形接頭、刺尖冠部的接頭、嵌接接頭、平嵌接接頭、尖嵌接接頭、鍵合尖嵌接接頭，或它們的組合。參看圖6，在一個實(shí)施例中，接頭302為平嵌接接頭600。參看圖7，在另一個實(shí)施例中，接頭302為尖嵌接接頭700。參看圖8，接頭302可為半搭接拼接接頭800。參看圖9，在另一個實(shí)施例中，接頭302為斜面搭接拼接接頭900。參看圖10，在還有另一個實(shí)施例中，接頭302為嵌合拼接接頭1000。參看圖11，接頭302可為榫槽接頭1100。參看圖12，在另一個實(shí)施例中，接頭302為公母榫接頭1200。

參看圖6-圖10，在一個實(shí)施例中，接頭302為嵌接接頭、平嵌接接頭、尖嵌接接頭、鍵合的尖嵌接接頭、拼接接頭、半搭接拼接接頭、斜面搭接拼接接頭、嵌合拼接接頭、錐形指拼接接頭、楔形嵌合拼接接頭，或它們的組合。接頭302包括在0和大約50之間的接頭寬度602與接頭厚度604比率(w/t比)，備選地大約10到大約20，備選地大約12到大約18，備選地大約10到大約14，備選地大約13到大約17，備選地大約16到大約20，備選地大約15。

盡管已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出各種改變且對于其元件可替代等同物。另外，在不脫離其實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以做出很多修改以適應(yīng)根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的特殊情況或材料。因此，意在使本發(fā)明不限于如用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所構(gòu)思的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。