本發(fā)明涉及渦輪轉(zhuǎn)子葉片，尤其是涉及一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子葉片在高溫高壓環(huán)境中工作，需承受氣動、離心和高溫等復(fù)雜載荷作用。榫頭是葉片與輪盤的連接部位，需確保葉片在高速旋轉(zhuǎn)過程中與渦輪盤的可靠連接，因此是極其關(guān)鍵的部位。

2、陶瓷基復(fù)合材料具有高溫耐受性，輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)異特性，可在高溫環(huán)境下長期穩(wěn)定地工作，并能夠有效減輕渦輪系統(tǒng)的整體質(zhì)量，同時，其靈活的設(shè)計(jì)性，可以根據(jù)力學(xué)需求優(yōu)化榫頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保葉片與渦輪盤之間連接的可靠性。

3、如公開號為cn118008483a的發(fā)明公開了一種組合陶瓷基復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)，包括左、右榫槽接觸組件、榫頭中心組件、楔形增強(qiáng)組件和鉚釘組件，所述左、右榫槽接觸組件通過鉚釘組件連接在榫頭中心組件的上部兩側(cè)，且位于兩個楔形增強(qiáng)組件的上方，所述楔形增強(qiáng)組件通過鉚釘組件連接在榫頭中心組件的下部兩側(cè)。

4、如上述現(xiàn)有技術(shù)，在陶瓷基復(fù)合材料渦輪葉片燕尾形榫頭鋪層設(shè)計(jì)時，由于榫頭寬度變化大，一般采用分片插層方法加寬，而由于材質(zhì)變化、缺陷等問題，插片頂端是開裂易發(fā)生區(qū)域，且受剪切力的作用，裂紋極易直接沿插片方向擴(kuò)展，對榫頭的強(qiáng)度和壽命等性能影響顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在插片受到剪切力時，裂紋容易沿著插片方向擴(kuò)展，導(dǎo)致榫頭強(qiáng)度差且壽命短的缺陷而提供一種承載能力強(qiáng)的交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)及制備方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)，包括左鋪層塊、交錯插片塊和右鋪層塊，

4、所述左鋪層塊和右鋪層塊的一端連接葉身，另一端向相反的方向彎折，并形成v形槽，所述交錯插片塊的兩側(cè)一端與v形槽形狀相配合，所述交錯插片塊為拼接結(jié)構(gòu)，包括多個交錯分布的插片，所述交錯插片塊安裝在v形槽內(nèi)。

5、優(yōu)選地，所述交錯插片塊為楔形結(jié)構(gòu)，所述楔形結(jié)構(gòu)的頂角與v形槽的夾角相等，各個插片依次沿v形槽側(cè)面平行方向左右交錯插入v形槽內(nèi)，形成交錯插片塊。

6、優(yōu)選地，所述左鋪層塊和右鋪層塊與葉身為一體式結(jié)構(gòu)，左鋪層塊和右鋪層塊均為葉身延伸的纖維布。

7、優(yōu)選地，所述交錯插片塊的材質(zhì)為碳化硅纖維布。

8、本方案還提供了一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

9、將左鋪層塊和右鋪層塊遠(yuǎn)離葉身的一端向相反的方向彎折并定形，形成與交錯插片塊形狀相配合的v形槽；

10、將插片依次左右交錯插入到v形槽內(nèi)并進(jìn)行定形；

11、將各個插片遠(yuǎn)離v形槽的一端進(jìn)行裁剪，使各個插片的底端齊平，而后定形，形成交錯插片塊。

12、優(yōu)選地，所述左鋪層塊和右鋪層塊均采用葉身的碳化硅纖維布延伸平鋪構(gòu)成。

13、優(yōu)選地，所述左鋪層塊和右鋪層塊的具體制備步驟包括：

14、將葉身延伸平鋪的碳化硅纖維布置于模具內(nèi)；

15、將左鋪層塊向遠(yuǎn)離右鋪層塊的一側(cè)彎折，并抵靠在模具的對應(yīng)位置，再將右鋪層塊向遠(yuǎn)離左鋪層塊的一側(cè)彎折，并抵靠在模具的對應(yīng)位置；

16、對左鋪層塊和右鋪層塊的彎折結(jié)構(gòu)進(jìn)行定形。

17、優(yōu)選地，所述插片包括補(bǔ)缺插片，所述補(bǔ)缺插片的前端為與v形槽底端形狀相配合的三角形結(jié)構(gòu)，用于填補(bǔ)其它插片排布后的缺口，所述缺口的填補(bǔ)物品還包括碳化硅纖維絲束。

18、優(yōu)選地，所述左鋪層塊、交錯插片塊以及右鋪層塊均采用膠定形。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、(1)本方案將左鋪層塊和右鋪層塊的一端反方向彎折，形成與交錯插片塊形狀相配合的v形槽，并將交錯插片塊安裝在v形槽內(nèi)，且交錯插片塊采用多個交錯分布的插片拼接構(gòu)成，得到基于交錯插片塊的葉片榫頭結(jié)構(gòu)。

21、通過將左鋪層塊和右鋪層塊向兩側(cè)彎折，形成固定交錯插片塊的v形槽，相比于樅樹形金屬榫頭結(jié)構(gòu)，減少了纖維彎折次數(shù)，降低了纖維預(yù)制體斷裂的風(fēng)險。而且交錯插片塊采用多個交錯分布的插片拼接構(gòu)成，插片頂端不連續(xù)區(qū)域的交錯排布，改變了榫頭內(nèi)部的剪切破壞路徑，有效提高了榫頭內(nèi)部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

22、(2)本方案采用左右交錯的方式將插片安裝在v形槽內(nèi)，插片頂端不連續(xù)區(qū)域的交錯排布，改變了榫頭內(nèi)部的剪切破壞路徑，同時還形成了壓應(yīng)力區(qū)，阻止和延緩了裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，相較于分片式插層的結(jié)構(gòu)，降低了層間剪切失效和裂紋擴(kuò)展的風(fēng)險，可以進(jìn)一步提高榫頭的承載能力和使用壽命。

23、(3)本方案將左鋪層塊和右鋪層塊向兩側(cè)彎折，v形槽內(nèi)的交錯插片塊通過交錯分布的碳化硅纖維布構(gòu)成，相較于樅樹形金屬榫頭結(jié)構(gòu)，減少了纖維彎折次數(shù)，降低了纖維預(yù)制體斷裂的風(fēng)險，同時保證了榫頭與榫槽之間的良好配合；且左鋪層塊、交錯插片塊和右鋪層塊分別進(jìn)行鋪設(shè)、彎折、定形以及組合，較為容易實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)鋪放，降低了制備難度。

技術(shù)特征：

1.一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括左鋪層塊(1)、交錯插片塊(2)和右鋪層塊(3)，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述交錯插片塊(2)為楔形結(jié)構(gòu)，所述楔形結(jié)構(gòu)的頂角與v形槽的夾角相等，各個插片依次沿v形側(cè)面平行方向左右交錯插入v形槽內(nèi)，形成交錯插片塊(2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述左鋪層塊(1)和右鋪層塊(3)與葉身為一體式結(jié)構(gòu)，左鋪層塊(1)和右鋪層塊(3)均為葉身延伸的纖維布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述交錯插片塊(2)的材質(zhì)為碳化硅纖維布。

5.一種基于權(quán)利要求1-4任一所述的一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述左鋪層塊(1)和右鋪層塊(3)均采用葉身的碳化硅纖維布延伸平鋪構(gòu)成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述左鋪層塊(1)和右鋪層塊(3)的具體制備步驟包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述插片包括補(bǔ)缺插片，所述補(bǔ)缺插片的前端為與v形槽底端形狀相配合的三角形結(jié)構(gòu)，用于填補(bǔ)其它插片排布后的缺口，所述缺口的填補(bǔ)物品還包括碳化硅纖維絲束。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述左鋪層塊(1)、交錯插片塊(2)以及右鋪層塊(3)均采用膠定形。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種交錯插片的陶瓷復(fù)合材料葉片榫頭結(jié)構(gòu)及制備方法，該榫頭結(jié)構(gòu)包括左鋪層塊、交錯插片塊和右鋪層塊，所述左鋪層塊和右鋪層塊的一端與葉身連接，另一端向相反的方向彎折，并形成V形槽，所述交錯插片塊與V形槽形狀相配合，所述交錯插片塊為拼接結(jié)構(gòu)，包括多個交錯分布的插片安裝在V形槽內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有承載能力強(qiáng)且使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：戴瑛,李婷婷,譚晰文,周洪民,賀鵬飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8