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1、(10)申请公布号 CN 102428202 A(43)申请公布日 2012.04.25CN102428202A*CN102428202A*(21)申请号 201080021811.X(22)申请日 2010.04.200953415 2009.05.25 FRC22C 47/04(2006.01)C04B 41/88(2006.01)C23C 2/00(2006.01)(71)申请人斯奈克玛地址法国巴黎(72)发明人吉恩-米歇尔帕特里克莫里斯弗朗查特吉勒斯查尔斯卡西米尔克林杰拉德桑切斯(74)专利代理机构中国商标专利事务所有限公司 11234代理人万学堂 曾海艳(54) 发明名称用液体金属涂。
2、覆陶瓷材料纤维的方法和装置(57) 摘要本发明涉及用液体金属涂覆陶瓷材料纤维的方法，该方法包括在坩埚中(12)将熔融金属料(22)以基本球形保持悬浮，以及使张紧的陶瓷材料纤维(24)以预定速度在分别设置于所述坩埚的两侧的底部滑轮(28)和顶部滑轮(26)之间移动，使得纤维的一部分(35)浸入所述料中以在纤维上覆覆金属涂层。在涂覆过程中，根据所述料的剩余体积来移动浸入所述料中的纤维部分，使得浸入所述料中的纤维的瞬时高度(h)在整个涂覆过程中保持基本恒定。本发明还提供实施该方法的装置。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2011.11.17(86)PCT申请的申请数据PCT/FR20。
3、10/050753 2010.04.20(87)PCT申请的公布数据WO2010/136687 FR 2010.12.02(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页CN 102428209 A 1/1页21.通过液体技术用金属涂覆陶瓷材料纤维的方法，该方法包括在坩埚中(12)将熔融金属料(22)以基本球形保持悬浮，以及使张紧的陶瓷材料纤维(24)以预定速度在分别设置于所述坩埚的两侧的底部滑轮(28)和顶部滑轮(26)之间移动，使得纤维的一部分(35)浸入所述料中以在纤维上覆覆金属涂层，所述方法特征在于其还包括在。
4、涂覆过程中根据所述料的剩余体积来移动浸入所述料中的纤维部分，使得浸入所述料中的纤维的瞬时高度(h)在整个涂覆过程中保持基本恒定。2.如权利要求1所述的方法，其中所述浸入所述料(22)中的纤维部分(35)以与纤维移动方向基本垂直的方向移动。3.如权利要求2所述的方法，其中所述浸入所述料(22)中的纤维部分(35)通过至少一个位于所述滑轮(26、28)之一和所述坩埚(12)之间的轮子(36)被移动，并能够以垂直于纤维的移动方向移动。4.如权利要求1至3任意一项所述的方法，其中所述浸入所述料(22)中的纤维部分(35)以一定速度移动，该速度根据纤维部分在所述料中的初始位置，所述料的初始特征，所述纤维。
5、的移动速度，以及所述纤维的涂覆吸收能力进行计算。5.如权利要求1至4任意一项所述的方法，其中所述金属为钛合金。6.如权利要求1至5任意一项所述的方法，其中所述纤维在所述滑轮(26、28)之间的移动速度在整个涂覆过程中保持基本恒定。7.通过液体技术用金属涂覆陶瓷材料纤维的装置，该装置包括：适于熔化金属料(22)并将其以基本球形保持悬浮的坩埚(12)；适于接收张紧陶瓷材料纤维(34)的顶部滑轮(26)和底部滑轮(28)，该顶部滑轮和底部滑轮分别位于所述坩埚的两侧，使得在所述顶部滑轮和底部滑轮之间移动的纤维的一部分(35)浸入所述料中，以获得金属涂层；所述装置特征在于其还包括在涂覆过程中根据所述料的。
6、剩余体积来移位纤维浸入所述料中的部分，以使浸入所述料中的纤维的瞬时高度在整个涂覆过程中保持基本恒定的装置(36、38、40)。8.如权利要求7所述的装置，该装置还包括在涂覆过程中根据所述料的剩余体积，对纤维浸入所述料中的部分的移动速率进行伺服控制的装置。权 利 要 求 书CN 102428202 ACN 102428209 A 1/4页3用液体金属涂覆陶瓷材料纤维的方法和装置0001 发明背景0002 本发明大致上涉及金属基复合材料。更具体地，本发明涉及通过液体技术用金属涂覆陶瓷材料纤维的方法和装置。0003 本发明的一个应用领域为航空领域，更准确地，本发明应用于涡轮喷气发动机，通过使用金属基。
7、复合材料可以极大地减轻其重量。0004 已经公知，金属基复合材料由基于纤维增强的金属合金的基质组成，举例来说，纤维可以由陶瓷制成。这种材料的刚度和强度性能良好，可以替代整体合金用于制造涡轮喷气发动机部件，如压缩机盘或涡轮盘，轴，驱动器缸体等。0005 有益地，金属基复合材料还可以用于为诸如叶片，壳体，垫片这样的整体合金部件提供局部增强。在这种情况下，上述增强基本上由称为“涂层纤维”的半成品提供，该涂层纤维由涂覆有金属护层的陶瓷芯构成。0006 这种涂覆纤维的陶瓷芯可以通过在电场中使用蒸汽技术进行涂覆，例如电泳，或通过在液体金属浴中使用液体技术进行涂覆。为此，EP0931846描述了一种借助液体。
8、技术用金属涂覆陶瓷材料纤维的方法。该方法基本上包括在坩埚中将熔融金属料保持悬浮，以及使张紧的陶瓷材料纤维移动穿过所述料。在金属浴的出口，纤维被涂覆上金属涂层，该涂层的厚度特别取决于纤维的移动速度。0007 实际上，已经发现通过上述类型的液体涂覆方法获得的涂层的质量很大程度上取决于浸入金属料中的纤维的瞬时高度。如果纤维在坩埚中的位置保持恒定，随着涂覆的进行，所述料的重量减小，由此自动减少了浸入金属料中的纤维的瞬时高度。由此，涂层的厚度沿着涂层纤维不断变化，直到不再符合涂覆所需的标称条件，这意味着涂覆必须中止。这意味着相对于给定的金属料，获得的涂层的质量仅仅在纤维的有限长度上是可接受的，该长度为选。
9、定涂层厚度的函数。例如，就体积为50cm3的料和厚度较小的涂层而言，质量可接受的涂层纤维的长度可能为数百米。相反，就更大厚度(约50m)的涂层而言，质量可接受的涂层纤维的长度不超过数十米。0008 因此，尽管通过液体涂覆方法获得的涂层纤维的质量依然可接受，但是不是最佳，因为涂层的厚度在涂层纤维的整个长度上是不恒定的。相应地，由于涂层纤维的长度有限，上述类型的涂覆方法的产率相对较低。0009 为解决上述问题以及制造更大长度的涂层纤维，曾经提出在进行涂覆时使用粉末、吸管或纤维对熔融金属浴进行再填充。但是，该方案的缺点是相对较昂贵，因为用于输送纤维或粉末的装置本身是昂贵的。此外，在给定浴中引入新物质。
10、可能产生不稳定性，不利于涂覆工艺。0010 发明目的和内容0011 为此，本发明的一个主要目的是提出能够以大长度和适中成本生产涂层纤维的涂覆方法和涂覆装置，以减少上述缺点。0012 该目的由通过液体技术用金属涂覆陶瓷材料纤维的方法实现，该方法包括在坩埚中将熔融金属料以基本球形保持悬浮，以及使张紧的陶瓷材料纤维以预定速度在分别设置说 明 书CN 102428202 ACN 102428209 A 2/4页4于所述坩埚的两侧的底部滑轮和顶部滑轮之间移动，使得纤维的一部分浸入所述料中以在纤维上覆盖金属涂层，所述方法特征在于其还包括在涂覆过程中根据所述料的剩余体积来移动浸入所述料中的纤维部分，使得浸入。
11、所述料中的纤维的瞬时高度在整个涂覆过程中保持基本恒定。0013 相应地，本发明还提供通过液体技术用金属涂覆陶瓷材料纤维的装置，该装置包括：适于熔化金属料并将其以基本球形保持悬浮的坩埚；适于接收张紧陶瓷材料纤维的顶部滑轮和底部滑轮，该顶部滑轮和底部滑轮分别位于所述坩埚的两侧，使得在所述顶部滑轮和底部滑轮之间移动的纤维的一部分浸入所述料中，以获得金属涂层；所述装置特征在于其还包括在涂覆过程中根据所述料的剩余体积移动所述浸入所述料中的所述纤维部分，以使浸入所述料中的纤维的瞬时高度在整个涂覆过程中保持基本恒定的装置。0014 因此，本发明提出根据金属料重量的减少使纤维在金属料中移动，使得浸入料中的纤维。
12、的瞬时高度保持恒定。该方案具有诸多优点。特别是，在使用单一料，即，不需要添加任何新材料的情况下，由上述方法获得的涂层纤维的长度可以增加至少5倍。此外，在不添加任何新材料的情况下，熔融料表现出良好的均匀性，由此涂层的质量得以改善。因此，本发明的方法能够以适中成本获得质量良好，长度“中等”(即，相对于体积为50cm3的料和厚度为50m的涂层而言，长度为200米至600米)的涂层纤维。通过使坩埚的尺寸适配初始料的体积，可以获得更大的长度。因此，使用约150cm3的料可以获得超过1千米的长度。0015 此外，本发明的该方法可以在所有其他参数在涂覆过程中保持恒定的情况下实施。特别地，以及有益地，在整个涂。
13、覆过程中，滑轮之间的纤维的移动速度可以保持基本恒定，由此避免冷却涂层纤维的问题。最后，为了获得长度非常大的涂层纤维，上述方案还可以在上述技术中包括对金属料进行再填充。0016 在有益情况下，浸入料中的纤维部分以与纤维移动方向基本垂直的方向上移动。在这种情况下，浸入料中的纤维部分通过至少一个位于滑轮之一和坩埚之间的轮子移动，并能够垂直于纤维的移动方向移动。0017 在另一有益情况下，浸入料中的纤维部分以一定速度移动，该速度根据纤维部分在料中的初始位置，料的初始特征，纤维的移动速度，以及纤维的涂覆吸收能力进行计算。附图说明0018 本发明的其他特征和优点通过参考下列附图所作的描述得以体现，这些附图。
14、仅示出实施方式，而不具有限制作用。0019 图1为本发明涂覆装置的图解视图；0020 图2A至2C示出了本发明涂覆方法的实施方式。具体实施方式0021 图1示出了本发明的通过液体技术用金属涂覆陶瓷材料纤维的装置10。0022 装置10特别包括冷型坩埚12，也称为“悬浮”坩埚，该坩埚设计为避免熔融金属被构成坩埚壁的材料污染。这种类型的坩埚本身是公知的，在此不再详述。如果需要的话，可以参考EP0931846，其描述了坩埚的实施方式。说 明 书CN 102428202 ACN 102428209 A 3/4页50023 坩埚12的形式为绕垂直轴14环形对称的碗状物。其具有比底部开口18大的顶部开口1。
15、6，这些开口为环形的，且中心位于垂直轴14上。如图1所示，它还包括多个在开口16和18之间延伸的垂直槽19，这些垂直槽19使坩埚的电阻抗匹配，并促进坩埚冷却。0024 坩埚12还被螺旋线圈20环绕，该螺旋线圈的中心也位于垂直轴14上，并适于产生电磁场，该电磁场的特性使得置于坩埚中的液体金属能够保持悬浮。围绕坩埚的壁还设置有冷却回路(未示出)，以对其进行冷却。0025 在坩埚12中，基本为球形的熔融金属(如，钛合金)料22以合适温度被保持悬浮。螺旋线圈20产生的电磁场使料22的表面与坩埚的壁分离。当料被熔化时，将要被涂覆的纤维保持在熔区外面(该阶段未示出)。0026 为达到涂覆目的，陶瓷材料纤维。
16、24先倾斜穿过坩埚12，然后在顶部游滑轮26和底部游滑轮28之间保持张紧，所述滑轮分别位于坩埚两侧，并彼此相对水平设置，使得纤维在滑轮之间张紧的部分30在涂覆过程中沿基本平行于轴14的方向延伸，并浸入熔融金属料22中。游滑轮26和28的作用为对纤维24进行引导。0027 涂覆装置还包括位于坩埚12下面的纤维输送线轴32，位于坩埚上面的接收涂层纤维的线轴34，以及未示出的用于驱动所述线轴运行的装置。0028 根据上面的描述，可以很清楚地理解涂覆装置的运行。线轴32和34的旋转使得将被涂覆的纤维以预定速度在游滑轮26和28之间移动。在涂覆过程中，纤维的一部分30正好(向上)穿过熔融金属料22，由此。
17、吸收液体金属。离开金属浴时，纤维被涂覆上金属涂层，该涂层的厚度特别取决于纤维在滑轮之间移动的预定速度。0029 本发明的装置还包括在涂覆过程中根据料的剩余体积来移动浸入熔融金属料22中的纤维的部分35的装置。举例来说，这些装置的形式可以为设置于坩埚12和底部滑轮28之间的轮子36，在马达40的驱动下，该轮子可以沿与纤维的移动方向垂直的轨道38移位。通过使用这样的轮子，纤维的浸入部分35相对于轴14的位置可以通过在坩埚的一个垂直槽19中移位所述纤维来进行修改(图2A至2C)。当然，(作为替代方式，或补充方式)轮子也可以设置于坩埚和顶部滑轮之间。0030 此外，轮子36沿轨道38移位，使得浸入熔融。
18、金属料22中的纤维的部分35的瞬时高度h在整个涂覆过程中保持基本恒定。如果纤维相对于轴14的位置在涂覆过程中保持不变，由于熔融金属的体积随着涂覆的进行而减少，浸入料中的纤维的瞬时高度必然减小。0031 为使浸入高度h保持恒定，适当的方式是根据涂覆过程中不断变化的熔融金属料22的体积，对轮子36沿着轨道38移动的速率进行伺服控制。涂覆过程中对料的体积的估算可以基于下列条件进行计算：料22的形状在整个涂覆过程中保持球形，并且纤维的穿过料的部分35可以作为金属球的弦。因此，由于知道了涂覆发生时金属球的体积V(t)，可以推断出其半径r(t)以及纤维移动的速率，由此确保瞬时高度h保持恒定(特别地，高度h。
19、是r(t)的函数)。0032 参考图2A至2C，接下来描述计算纤维的移动速率的两个实施方式，所述移动速率应用于纤维以确保浸入纤维的瞬时高度h保持恒定。0033 这两个计算例基于下列条件进行：初始金属料的体积分别为44cm3和120cm3，恒定的瞬时高度h为37.40mm，纤维在线轴之间的移动速度为3m/s，料吸收速率为3.3cm3/min。0034 相对于重量为200克的料，获得如下参数：说 明 书CN 102428202 ACN 102428209 A 4/4页60035 纤维的浸入部分35和轴14之间的初始水平距离d0(t为0秒)(对应于图2A的步骤)为11.53mm；0036 应用于纤维。
20、的初始移动速率V0为3.12mm/min；0037 纤维的浸入部分35和轴14之间的最终水平距离d50(t为50秒)(对应于图2C的步骤)为8.41mm；以及0038 应用于纤维的最终移动速率V50为4.44mm/min。0039 相对于体积为44cm3的料，图1所示轮子36必须能够沿轨道38以3.12mm/min到4.44mm/min之间的速率移位。0040 相对于体积为120cm3的料，获得如下参数：0041 纤维的浸入部分35和轴14之间的初始水平距离d0(t为0秒)为24.10mm；0042 应用于纤维的初始移动速率V0为1.08mm/min；0043 纤维的浸入部分35和轴14之间的。
21、最终水平距离d200(t为200秒)为19.94mm；以及0044 应用于纤维的最终移动速率V200为1.44mm/min。0045 相对于体积为120cm3的料，轮子36必须能够沿轨道38以1.08mm/min到1.44mm/min之间的速率移动。相较体积为44cm3的料而言，体积为120cm3的料的优势为需要对轮子36的移动速率进行调节的范围更小。0046 应该注意到，图2B示出了图2A的初始步骤和图2C的最终步骤之间的中间步骤，其中纤维的浸入部分35和轴14之间的距离写作dt，应用于纤维的移动速率写作Vt。说 明 书CN 102428202 ACN 102428209 A 1/2页7图1说 明 书 附 图CN 102428202 ACN 102428209 A 2/2页8图2A图2B图2C说 明 书 附 图CN 102428202 A。