DD154231A5

DD154231A5 - Verfahren zur herstellung einer turboschaufel mit einem metallkern und keramikblatt

Info

Publication number: DD154231A5
Application number: DD80225024A
Authority: DD
Inventors: Axel Rossmann; Werner Huether
Original assignee: Mtu Muenchen Gmbh
Priority date: 1979-11-10
Filing date: 1980-11-06
Publication date: 1982-03-03
Also published as: DE2945531C2; GB2062530B; JPS5683502A; US4375233A; DE2945531B1; GB2062530A

Abstract

Waehrend es das Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung von Turboschaufeln mit Metallkern und Keramikblatt bereitzustellen, bei dem die Turboschaufeln einfach und wirtschaftlich mit hohen Gebrauchswerteigenschaften herstellbar sind, besteht die Aufgabe darin, den Metallkern unloesbar in das Keramikblatt einzubringen und eine absolut gleichmaessige Auflage des Keramikblattes am Kopf des Metallkerns zu realisieren. Erfindungsgemaess ist nunmehr vorgesehen, dass das fertige Keramikblatt mit einer thermischen Isolierschicht ausgekleidet, der Schaufelhohlraum mit einem Wachsausschmelzkern von der Kontur des Metallkerns versehen, das Keramikblatt mit dem Ausschmelzkern in eine Giessform eingebracht oder eine Giesform durch mehrfaches Tauchen in einem keramischen Schlicker erzeugt, der Ausschmelzkern ausgeschmolzen und der entstehende Hohlraum mit Metall ausgegossen wird. Als Keramikmaterial findet Si tief 3 N tief 4 oder SiC oder Si infiltriertes SiC Anwendung.

Description

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Verfahren zur Herstellung einer Turboschaufel mit Metallkern und Keramikblatt

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel- "\ lung einer Turboschaufel mit Metallkern und Keramikblatt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Metallkerngestützte Keramikschaufeln sind in einer Vielzahl von Bauformen bekannt, wozu beispielsweise auf die DE-PS 736 958 oder die DE-PS 848 883 bzw, die GB-PS 783 710 hingewiesen wird. Üblicherweise stützt sich bei solchen Turboschaufeln das Keramikblatt radial nach außen auf einen innenliegenden Metallkern im Bereich der Schaufelspitze ab, um durch den Metallkern die auftretenden Fliehkräfte in die Rotorscheibe einzuleiten. Da der abstützende Kopf des Metallkerns und üblicherweise auch dessen Fuß einen größeren .-> Querschnitt aufweisen muß als der freie Querschnitt des Keramikschaufelblattes, kann das Keramikschaufelblatt weder von der Kopfseite noch von der Fußseite des Metallkerns her auf diesen aufgeschoben werden. Vielmehr muß entweder der Metallkern zweiteilig ausgeführt sein oder es muß durch nachträgliche Formänderung des Metallkerns der Kopf mit verbreitertem Querschnitt angeformt werden, was z. B. durch nachträgliches Anstauchen, durch einen Schmiedevorgang oder durch Befestigung des einen Kopfteiles mittels eines Fügeverfahrens wie Löten oder Schweißen möglich ist. In allen Fällen entstehen entweder in ihrer Qualität schwer kontrollierbare Verbindungen, die nicht genügend Bruchsicherheit aufweisen oder es muß die Gefahr einer Beschädigung des

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Keramikschatifelblattes bei der Umformung des Metallkernes in Kauf genommen werden.

Ein weiteres Problem bei solchen Turboschaufeln mit Metallkern ist die Erzielung einer absolut gleichmäßigen Auflage des Keramikblattes am Kopf des Metallkerns, die unbedingt gewährleistet sein muß, um örtliche Spannungsspitzen in der Keramik und damit Bruchgefahr zu vermeiden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Turboschaufeln mit Metallkern und Keramikblatt bereitzustellen, bei dem die Turboschaufeln einfach und wirtschaftlich sowie mit hohen Gebrauchswerteigenschaften hergestellt werden können und für höchste thermische und mechanische Belastungen geeignet sind."

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Metallkern unlösbar in das Keramikblatt einzubringen und eine absolut gleichmäßige Auflage des Keramikblattes am Kopf des Metallkerns zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst das fertige Keramikblatt mit einer thermischen Isolierschicht, vorzugsweise aus Material hoher Elastizität, ausgekleidet, anschließend der Schaufelhohlraum mit einem Wachsausschmelzkern von der Kontur des gewünschten Metallkerns versehen und dann das Keramikblatt mit dem Ausschmelzkern in eine Gießform eingebracht oder auf dem Keramikblatt eine Gießform durch mehrfaches Tauchen in einem keramischen

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Schlicker erzeugt sowie der Ausschmelzkern ausgeschmolzen und der entstehende Hohlraum mit Metall ausgegossen wird.

Bevorzugte Keramikwerkstoffe für die Herstellung von Turboschaufeln nach dem erfindungsgemäße: oder SiC oder Si infiltriertes SiC.

schaufeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Si .,EL

Vorzugsweise kann die Isolierschicht auch aus einer filz- artigen Aufschwemmung aus AIpO., oder aus ZrC-Fasern bestehen. Auch Schaumkeramik oder mit kleinen Hohlkugeln gefüllte Keramik ist bevorzugt anwendbar. Schließlich sind ganz allgemein schlecht wärmeleitende Keramiken, wie Aluminiumtitanat, Magnesium-Aluminiumsilikat oder Lithium-Aluminiumsilikat als Isolierschicht geeignet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch Einfachheit und Wirtschaftlichkeit aus. Es gestattet die Herstellung von Turboschaufeln mit hohen Gebrauchswerteigenschaften.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß jegliche Gefahr einer Beschädigung des Keramikblattes im 'Bereich des Schaufelkopfes vermieden wird.

Es wird die erprobte und bekannte Gießtechnologie in unveränderter Form eingesetzt, was herstellungstechnisch von entscheidendem Vorteil ist.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt einen Längsschnitt einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Turboschaufel.

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In der Feingußform 2 ist die komplette Schaufel eingebettet. Das Keramikblatt 1 stützt sich radial nach außen am Kopf des Metallkernes 3 ab, der einen verbreiterten Kopf und einen Tannenbaumfuß aufweist. In den Metallkern sind Kühlkanäle 4 eingearbeitet. Zwischen dem Keramikblatt 1 und dem Metallkern 3 ist eine Isolierschicht 5 eingefügt.

Die Herstellung des fertigen Keramikblattes 1 erfolgt in der Weise, daß das Keramikblatt zunächst als Hohlkörper vorhanden ist, in den der Ausschmelzwerkstoff in einer geeigneten Vorform eingegossen wird. Es kann jedoch auch der umgekehrte Weg gewählt werden, in dem zunächst der Ausschmelzkern hergestellt v/ird und auf diesem dann etwa im Schlickergußverfahren das Keramikblatt 1.

Das mit einer thermischen Isolierschicht 5 ausgekleidete fertige Keramikblatt 1 nimmt in seinem Hohlraum einen Wachsausschmelzkern von der Kontur des gewünschten Metallkerns 3 auf. Anschließend v/ird das Keramikblatt 1 mit dem Ausschmelzkern in eine Gießform eingebracht oder auf dem Keramikblatt 1 wird eine Gießform durch mehrfaches Tauchen in einem keramischen Schlicker erzeugt.

Darauf folgt das Ausschmelzen des Ausschmelzkernes, wobei die Isolierschicht 5 an der Innenwandung des Keramikblattes 1 haften bleibt. Der beim Ausschmelzen entstehende Hohlraum v/ird mit Metall ausgegossen, so daß die Isolierschicht 5 zwischen Metallkern 3 und Keramikblatt 1 fest eingefügt ist.« Die thermische Isolierschicht 5 besteht vorzugsweise aus Material hoher Elastizität. Sie vermindert die Wärmeübertragung vom Keramikblatt 1 auf den Metallkern 3, indem vorzugsweise die Wärmestrahlung vom Keramikblatt 1 zum Metallkern 3 verhindert v/ird und zusätzlich eine verschlechterte Wärmeleitung stattfindet.

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Die hohe Elastizität der Isolierschicht 5 dient dazu, Stoßbelastungen zwischen Keramikblatt 1 und Metallkern 3 aufzufangen.

Schließlich ist es möglich, einfache Kühlkanäle 4 in den Metallkern 3 einzugießen, so daß die gesamte Kühlkonfiguration einer Turboschaufel ohne zusätzlichen Aufwand herstellbar ist.

Als Keramikwerkstoffe finden .heißgepreßtes oder reaktionsgesintertes SiJ^j SiC oder Si infiltriertes SiC Anwendung,

Bei der Auswahl des Materials für die Isolierschicht 5 muß darauf geachtet werden, daß zwischen der Isolierschicht 5 und dem Keramikblatt 1 oder dem Metallkern 3 während des Gießprozesses oder auch bei Betriebstemperatur keine chemischen Reaktionen auftreten. Deshalb soll die Isolierschicht 5 eine filzartige Aufschwemmung aus Al_?0_ oder aus ZrO-Pasern sein. Es ist aber auch Schaumkeramik oder mit kleinen Hohlkugeln gefüllte Keramik bzw, schlecht wärmeleitende Keramik, wie Aluminiumtitanat, Magnesium-Aluminiumsilikat oder Lithium-Aluminiumsilikat als Isoliermaterial einsetzbar.

Claims

10, 2. 1981 AP P 01 D / 225 024 225024 Erfindungsanspruch

1. Verfahren'zur Herstellung einer Turboschaufel mit Metallkern und Keramikblatt, gekennzeichnet dadurch, daß zunächst das fertige Keramikblatt mit einer thermischen Isolierschicht, vorzugsweise aus Material hoher Elastizität, ausgekleidet, anschließend der Schaufelhohlraum mit einem Wachsauschmelzkern von der Kontur des gewünschten Metallkerns versehen und das Keramikblatt mit dem Ausschmelzkern in eine Gießform eingebracht oder auf dem Keramikblatt eine Gießform durch mehrfaches Tauchen in einem keramischen Schlicker erzeugt sowie der Ausschmelzkern ausgeschmolzen und der entstehende Hohlraum mit Metall ausgegossen wird.

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2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß SiJtf/ oder SiC oder Si infiltriertes SiC als Keramikwerkstoff verwendet wird.

3« Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine filzartige Aufschwemmung a sehe Isolierschicht verwendet wird.

daß eine filzartige Aufschwemmung aus Al_?0„ als thermi-

4, Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine filzartige Aufschwemmung aus ZrO-Fasern als

··· ' thermische Isolierschicht verwendet ,wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß Schaumkeramik oder mit kleinen Hohlkugeln gefüllte Keramik als thermische Isolierschicht verwendet wird.

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6. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß schlecht wärmeleitende Keramik, wie Aluminiumtitanat, Magnesium-Aluminiumsilikat oder Lithium-Aluminiumsilikat als thermische Isolierschicht verwendet wird.

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