新型陶瓷基复合材料叶片气膜孔激光-高温化学复合加工技术研究

Aiming at the problem that the existing processing methods are not suitable for processing the air film hole of new ceramic matrix composite blades, a new method of laser-high temperature chemical hybrid processing is provided in this project. The research object is the processing of the air film hole on new ceramic matrix composite blades. The main research contents are including that research of laser-high temperature hybrid processing method and mechanism, research of forming mechanism and modeling technology of key processing quality characteristics, experimental platform set up and research of comprehensive experimental technology, and research of the evaluation of key processing quality characteristics and its predictive control technology. Research methods and technical routes of theoretical research, simulation analysis, experimental platform set up and comprehensive experimental verification are used to solve the following key science problems: ① A new method of laser-high temperature chemical hybrid processing suitable for processing the air film hole on new ceramic matrix composite blades is realized and its processing mechanism is revealed. ② Formation mechanism, influencing factors and influence mechanism of key quality characteristics of laser-high temperature chemical hybrid processing is ascertained. ③ Prediction and control of key quality characteristics of laser-high temperature chemical hybrid processing the air film hole is come true. Theoretical and technical support is provided essentially for the laser-high temperature chemical hybrid processing the air film hole on the new ceramic matrix composite blades. The purpose of improving the overall manufacturing technology of turbine blades of our country is achieved finally.

针对现有的加工方法不适合加工新型陶瓷基复合材料叶片气膜孔的问题，本项目提出一种激光-高温化学复合加工新方法，以新型陶瓷基复合材料叶片气膜孔的加工为研究对象，主要研究内容包括：激光-高温化学复合加工方法及机理研究；关键加工质量特性的形成机理及建模技术研究；试验平台的搭建与综合试验技术研究；关键加工质量特性的评估及其预测控制技术研究。采用理论研究、仿真分析、加工试验平台搭建、综合试验验证等研究方法和技术路线，解决如下关键科学问题：①实现一种适合新型陶瓷基复合材料叶片气膜孔的激光-高温化学复合加工方法并揭示其加工机理；②探明气膜孔激光-高温化学复合加工关键质量特性的形成机理、影响因素及其影响机制；③实现气膜孔激光-高温化学复合加工关键质量特性的预测控制。为从本质上保障新型陶瓷基复合材料叶片气膜孔的激光-高温化学复合加工提供理论和技术支撑，最终达到提升我国航空发动机涡轮叶片整体制造技术水平的目的。

航空发动机被称为飞机的心脏，它直接影响飞机性能，是一个国家综合国力的重要体现。提高推重比是航空发动机的重要发展趋势之一，然而要提高推重比，就必须提高燃烧室温度，对涡轮叶片和燃烧室的耐高温性能提出更高要求。叶片不仅采用耐高温材料，而且采用气膜冷却技术，因此气膜孔加工技术是叶片制造关键之一。.本项目以目前广泛使用的高温合金和未来有望使用的CMC-SiC陶瓷基复合材料气膜孔为研究对象，研发形成了一种激光-高温化学复合加工新方法，即在激光加工微细气膜孔的同时，激光的热效应使得微孔局部区域的化学液温度升高，加速溶解激光加工留下的重铸层、微裂纹和热影响区等缺陷层，提高了气膜孔的加工精度与质量。面向微细气膜孔加工需求，研制了一种激光-高温化学复合加工新装置，进行了激光-高温化学复合加工气膜孔的综合试验研究。探明了激光-高温化学复合加工气膜孔的影响因素及其影响机制，对关键质量进行科学评估和有效预测控制研究。研发形成了一套系统的高温化学加工液配置技术，能够根据工件材料元素构成配置高温化学加工液，满足激光-高温化学复合加工需要，并研究了化学液在静态和高速喷射动态时的加工质量。最终形成了能够指导实际工程应用的激光-高温化学复合加工新工艺，实现了微细气膜孔的高效高质量加工。.本项目揭示了激光-高温化学复合加工机理，初步建立一套激光-高温化学复合加工理论体系，为高温合金和新型陶瓷基复合材料叶片气膜孔的加工提供了一种新方法。该方法也可以推广应用于其他高端装备关键核心器件的加工。