具有内部冷却通道的混合部件的制作方法

本发明涉及高温部件并且涉及用于形成高温部件的过程。更具体地，本发明的各方面涉及具有形成在其中的一个或更多个内部冷却通道的混合(陶瓷基复合体(cmc)和金属)部件。

背景技术

燃气轮机包括壳体或气缸，用于容置压缩机部分、燃烧室部分和涡轮部分。供给的空气在压缩机部分中被压缩并且被导引到燃烧室部分中。经压缩的空气进入燃烧室入口并且与燃料混合。然后，空气/燃料混合物燃烧以产生高温高压的气体。然后，该工作气体行进通过燃烧室过渡部并且进入到涡轮机的涡轮部分中。

通常，涡轮部分包括成排的导向叶片，所述导向叶片将工作气体导引至涡轮叶片的翼型件部分。工作气体行进通过涡轮部分，进而使涡轮叶片旋转，从而使转子转动。转子也附接至压缩机部分，从而使压缩机转动并且还使发电机转动以发电。燃气轮机的高效率是通过将流动通过燃烧室部分的气体加热到可行的高的温度来实现的。然而，热气体在流过涡轮机时可能使该热气体经过的各种金属涡轮部件劣化，所述金属涡轮部件比如为燃烧室、过渡管道、导向叶片、环部段以及涡轮叶片。

为此，已经研发了保护涡轮部件免受极端温度的策略，比如研发和选用适于承受这些极端温度的高温材料，以及对在操作期间保持部件充分冷却的冷却策略。现有技术的具有附加保护涂层的高温合金通常用于燃气轮机的热气体路径部件。然而，考虑到在高温合金的领域方面的实质的和长期的发展，进一步提高高温合金的耐温性能是极其困难的。

此外，已经研制了耐温性高达1200℃且在局部非关键区域中具有更高的潜在耐高温性的陶瓷基复合体(cmc)材料。更进一步，尽管存在不同的工程上的挑战、比如环境保护，但是已经研制了具有更高耐温性的其他cmc材料。在任何情况下，cmc材料可以包括陶瓷或陶瓷基材料，陶瓷或陶瓷基材料中的任一种具有多个增强纤维。通常，纤维可以具有预定的取向，以为cmc材料提供额外的机械强度。然而，已经发现的是，由于除了其他因素之外也难以在典型的复杂形状的许多涡轮部件中在部件的边缘处对纤维进行定向，因此由cmc材料形成涡轮部件可能存在挑战。为此，已经研制了由堆叠式cmc层压板所形成的部件。堆叠式cmc层压板包括由具有呈预期取向的纤维的cmc材料所形成的多个层压板。通过包括各自具有期望的纤维取向和形状的多个平的层压板，部件的总体构成和形状可以通过增加的选项进行更好的控制。然而，尽管氧化物cmc材料和非氧化物cmc材料可以经受高温，但是由于外部表面暴露于大致比1200℃还热的气体路径燃烧气体，因此氧化物cmc材料和非氧化物cmc材料在没有进行冷却的情况下仅能够在燃烧环境中经受高温持续有限的时间段。因此，对于全部地或基本上由cmc材料形成的部件进一步需要改进的冷却策略。

技术实现要素：

本发明人已经研发了用于在混合(cmc/金属)堆叠式层压板结构内提供封闭的内部冷却通道的系统和过程，该混合(cmc/金属)堆叠式层压板结构包括一者堆叠在另一者上的多个层压板。如下面将阐述的，混合结构包括围绕金属支承结构件堆叠的多个cmc层压板以及在cmc部分中的嵌入式内部冷却通道。一方面，嵌入式内部冷却通道解决了对于为混合部件提供附加和大幅冷却的需要。另外，嵌入式内部冷却通道减小或消除了混合部件的金属-陶瓷界面处的泄漏。如果仅在堆叠式层压板中的选定的堆叠式层压板中切割通道并且高压冷却流体(其具有比部件的外部部分的压力更高的压力)流入到冷却通道中，则这种泄漏将出现。

根据一方面，提供了一种燃气轮机部件，该燃气轮机部件包括：

多个压层板，所述多个层压板一者堆叠在另一者上以限定堆叠式层压板结构，该堆叠式层压板结构具有前缘和后缘，所述多个层压板中的每个层压板包括陶瓷基复合体材料；

多个内部冷却通道，所述多个内部冷却通道被限定在堆叠式层压板结构的内部内，所述冷却通道中的每个冷却通道在堆叠式层压板结构的前缘与后缘之间纵向地延伸；以及

金属支承结构件，该金属支承结构件布置成延伸穿过层压板中的第一开口并且延伸穿过堆叠式层压板结构。

根据另一方面，提供了一种用于形成部件的过程，该过程包括：

由多个第一层压板和第二层压板围绕金属支承结构件形成在其中限定有多个内部冷却通道的堆叠式层压板结构，第一层压板和第二层压板各自包括陶瓷基复合体材料，第一层压板各自还包括位于其至少一个侧部中的冷却通道，并且该冷却通道在第一层压板的前缘与后缘之间纵向地延伸。

附图说明

在以下描述中根据附图对本发明进行阐述，附图示出了：

图1是根据本发明的另一方面的部件的立体图，该部件由多个第一层压板和第二层压板形成且该部件其中具有嵌入式冷却通道；

图2是图1的部件的截面图，该部件其中具有嵌入式内部冷却通道；

图3是根据本发明的一方面的示例性第一层压板的立体图，该示例性第一层压板具有形成于其中的冷却通道；

图4是根据本发明的一方面的示例性第二层压板的立体图；

图5图示了根据本发明的一方面的冷却通道的横截面；

图6图示了根据本发明的一方面的具有侧壁的冷却通道的横截面，其中，所述侧壁具有粗糙表面；

图7至图8图示了根据本发明的一方面的其中具有对准结构的层压板；

图9图示了根据本发明的一方面的预成型的金属支承结构件；

图10图示了根据本发明的一方面的位于金属支承结构件与cmc材料本体之间的偏置构件；

图11至图17分别图示了根据本发明的一方面的用于制造具有嵌入式冷却通道的混合cmc/金属部件的过程中的步骤；

图18图示了根据本发明的一方面的包括cmc层压板的堆叠式层压板结构，所述cmc层压板与金属支承结构件的部分交叠。

具体实施方式

现在参照附图，图1图示了由多个层压板10、32形成的混合(cmc/金属)部件30，该混合(cmc/金属)部件30例如为燃气轮机叶片44，如本文中描述的，所述多个层压板10、32一者堆叠在一者上以产生堆叠式层压板结构25。一方面，部件30包括合适数目和组合的第一层压板10和第二层压板32，如将参照图3至图4进行阐述的。此外，如示出的，金属支承结构件38径向地延伸穿过cmc层压板10、32，以便为层压板10、32提供附加的机械支承。图2是图1(在图1的线ii-ii处截取)的截面图，并且图2图示了堆叠式层压板结构25内的多个嵌入式冷却通道22。在cmc材料和堆叠式层压板的使用之外，冷却通道22为堆叠式层压板结构25提供附加冷却策略。

图3图示了根据本发明的一方面的示例性第一层压板10，该示例性第一层压板10包括陶瓷基复合体(cmc)材料11，陶瓷基复合体(cmc)材料11可以被用于形成根据本发明的一方面的混合部件。在示出的实施方式中，第一层压板10包括具有顶部表面14和底部表面16的本体12，顶部表面14和底部表面16在前缘18与后缘20之间延伸。另外，第一层压板10包括冷却通道22，该冷却通道22被限定在第一层压板10中且位于本体12的顶部表面14和底部表面16中的一者或两者上或内。每个冷却通道22可以在本体12的内部部分21内并且在层压板的前缘18与后缘20之间纵向地延伸。图示出的实施方式示出了下述冷却通道22：该冷却通道22在冷却通道22与第一层压板10的外表面或外周缘之间具有均匀距离；然而，应理解的是，本发明不限于此。在其他实施方式中，冷却通道22与第一层压板10的外表面或外周缘之间的距离可以根据层压板10的相关联的位置处的冷却需求来改变。

如在图3中示出的，在某些实施方式中，本体12可以包括入口24和出口26，该入口24用于将冷却流体引入到冷却通道22中，该出口26用于使冷却流体从通道22中排出。在实施方式中，入口24可以布置在第一层压板10的前缘18处或者布置成与第一层压板10的前缘18相邻，并且出口26可以布置在第一层压板10的后缘20处或者布置成与第一层压板10的后缘20相邻。入口24与从合适的流体源输送的流体比如空气至少流体连通。另外，第一层压板10还包括一个或更多个开口28，金属支承结构件38可以穿过所述开口28形成或者以其他方式布置以用于为最终混合(cmc/金属)部件30提供机械支承，如下面将阐述的。

第一层压板10的特征在于，第一层压板10包括至少一个冷却通道22，所述冷却通道22形成在(本体的最长尺寸的)顶部表面14或底部表面16中，并且在一些实施方式中所述冷却通道22形成在表面14和表面16二者中。此外，部件30可以包括形成于其中的任何数目的内部冷却通道22。类似地，尽管第一层压板10被示出为具有单个连续冷却通道22，但是应理解的是，本发明不限于此并且每个第一层压板10可以包括在选定的侧部或表面14、16上的两个或更多个间隔开的冷却通道22。另外，尽管每个通道22在本文中被示出为具有遵循相应的层压板的外表面轮廓的可预测的抛物线/直线路径，但是应理解的是，本发明不限于此。通道22可以限定用于冷却流体的任何合适的通路。在实施方式中，特定通道22可以例如限定进出平面的蛇形路径。

图4图示了根据本发明的一方面的示例性第二层压板32，该示例性第二层压板32也包括具有顶部表面14和底部表面16的本体12，顶部表面14和底部表面16在前缘18与后缘20之间延伸。在某些实施方式中，第二层压板32还包括入口24，该入口24置于第一层压板10的入口24上面，使得冷却流体当被提供至部件30时可以径向地流动通过部件30。以这种方式，在堆叠件中的每个层压板10、32的入口24将共同地形成集气室(plenum)29(图1)，冷却流体可以在该集气室29内流动以将冷却流体输送到部件30中的冷却通道22中的每个冷却通道。

在某些实施方式中，第二层压板32可以与第一层压板是相同的。在其他实施方式中，第二层压板32可以特征在于，第二层压板32具有下述至少一个侧部或表面：所述至少一个侧部或表面不具有形成于其中的冷却通道22。在某些实施方式中，不具有冷却通道22的侧部可以被堆叠在第一层压板10上并且被用于封围冷却通道22。然而，本发明不限于此。在一些实施方式中，第一层压板10和第二层压板32可以一者堆叠在一者上，使得第一层压板10的冷却通道22与第二层压板的冷却通道22交叠以形成具有代表第一层压板10和第二层压板32二者的组合深度的深度的冷却通道22。

在一些实施方式中，第二层压板32的两个表面14、16其中不包括冷却通道32，如在图4中示出的。在另一实施方式中，顶部表面14和底部表面16中的至少一者不包括冷却通道。另一方面，第二层压板32可以具有垂直于其最长尺寸且比第一层压板10的高度小的高度。在任何情况下，当第二层压板32被布置在第一层压板10上或者与第一层压板10连结时第二层压板32可以提供合适的结构用以封围相应的冷却通道22并且将冷却通道22嵌入堆叠式层压板结构25的内部内，如在图2中示出的。

应理解的是，被用于形成所需部件30的单独的第一层压板10可以与其他第一层压板10大致相同。这对于第二层压板32也是同样的。然而，在某些实施方式中，至少一个第一层压板10可以与另一第一层压板10不同，并且至少一个第二层压板32可以与另一第二层压板32不同。例如，这种不同性可以包括厚度、大小、形状、密度、纤维取向、冷却通道尺寸、孔隙度等的区别。在某些实施方式中，层压板10、32中的任何一个或更多个层压板可以呈平板的形式、可以具有直的或弯曲的边缘、并且可以具有例如翼型件形状。在其他实施方式中，选定的成对的层压板10、32可以具有非平坦的抵接表面。此外，第一层压板10和第二层压板32可以是相同的或者是彼此不同的(例如，在厚度、大小、形状、密度、纤维取向、孔隙度等方面)。

每个冷却通道22可以具有适于为部件提供所需程度的冷却的任何合适的尺寸(例如，深度和宽度)。仅通过示例的方式，每个冷却通道22可以包括从大约0.25mm至大约5mm的深度和从大约0.25mm至大约5mm的宽度。如本文中使用的，术语“大约”指的是可以在阐述值的±10％的范围内的值。另外，每个冷却通道22可以具有任何期望形状的横截面，比如多边形形状。在实施方式中，如在如5中示出的，多边形形状可以包括梯形形状34的横截面。在更具体的实施方式中，梯形形状34其中可以包括圆形基部部分36，如示出的。在其他实施方式中，冷却通道横截面形状可以是方形的或弯曲的(例如，半圆形或半椭圆形)。此外，冷却通道22的表面可以具有不同程度的粗糙度或光洁度。在某些实施方式中，冷却通道22中的一个或更多个冷却通道可以包括用以增大通道22的热传递机制的翅片、支柱、按钮或类似件。

另外，每个冷却通道22可以利用现有技术中已知的任何合适的设备或过程、比如经由加工设备或合适的激光能源而形成在第一层压板10或第二层压板32的本体12中。在某些实施方式中，当利用激光源来提供冷却通道22时，激光源可以例如包括yag激光或二氧化碳激光源。在操作中，能量可以被从激光源朝向相应的层压板10、32的本体12的选定的顶部表面14或底部表面16导引，以便在局部区域中将cmc材料11加热至下述温度：该温度足以使材料汽化且移除所需深度以形成每个冷却通道22。应理解的是，多于一个的间隔部(通道)可能对于形成期望形状和尺寸的通道22是必要的并且对于在冷却通道22中提供任何其他期望特征——比如限定通道22的侧壁中的附加凹槽——是必要的。

另一方面，冷却通道22还包括任何合适的附加冷却增强特征。仅通过示例的方式，通道22的内部表面35还可以包括如在图6中示出的粗糙表面37。粗糙表面37可以提供用于增强冷却或增强与流动通过通道22的冷却流体的热传递。粗糙表面37可以在成形期间通过激光或铣削来提供。替代性地，粗糙表面37可以通过为通道22附加如本领域中已知的卡扣带(tripstrip)来提供。在另一实施方式中，粗糙表面37可以通过喷砂处理或任何其他合适的过程或设备来提供。在另外的实施方式中，在限定有冷却通道22的任一个侧壁40或两个侧壁40上可以设置有平行于冷却通道22延伸或以与冷却通道22成非平行角度延伸的凹槽。

另一方面，第一层压板10和/或第二层压板32可以具有对准结构，该对准结构有助于第一层压板10和第二层压板32在彼此上的定位。任何合适的结构可以用于该目的。参照图7，示出了根据本发明的一方面的示例性第一层压板10，该示例性第一层压板10包括冷却通道22并且具有凹部31，凹部31定尺寸成接纳从示例性第二层压板32的本体12延伸的相应的突出部33。在某些实施方式中，可以提供相反的布置。如在图8中示出的，正如任何实施方式一样，第一层压板10和第二层压板32可以一者堆叠在另一者上并且经受热处理(烧制或烧结)，以便将冷却通道22嵌入在层压板中并且将第一层压板10连结至第二层压板32以形成层压板组66，该层压板组66其中具有嵌入式冷却通道22。

如上面所阐述的，第一层压板10和第二层压板32中的每一者可以完全地或部分地由cmc材料11形成。cmc材料11可以包括陶瓷或陶瓷基材料，陶瓷或陶瓷基材料中的每一者具有多个增强纤维。在某些实施方式中，cmc材料11至少就cmc材料11可以在不同方向上具有不同强度特性的意义而言可以是各向异性的。应理解的是，包括材料选用和纤维取向的各种因素可能影响cmc材料的强度特性。另外，cmc材料11可以包括氧化性cmc材料以及非氧化性cmc材料。在实施方式中，cmc材料11包括如本领域中已知的氧化物cmc材料。

在某些实施方式中，cmc材料14可以包括陶瓷基体(氧化铝)，并且纤维(比如，3m公司的nextel720耐高温氧化纤维)可以包括由氧化铝和二氧化硅组成的铝硅盐酸成分。纤维可以以各种形式提供，比如机织织物、毯子、单向的线带、以及垫子。用于制造cmc材料的各种技术在本领域中是已知的并且可以使用这些技术来形成用于使用在本文中的cmc材料11。另外，在美国专利no.8,058,191、no.7,745,022、no.7,153,096、no.7,093,359、以及no.6,733,907中描述了示例性cmc材料11，这些申请中的每个申请的全部内容通过参引并入本文。如所提到的，材料的选择可能不是决定cmc材料11的特性的唯一因素，因为纤维方向例如也可能影响材料的机械强度。由此，cmc材料11的纤维可以具有任何合适的取向，比如在美国专利no.7,153,096中描述的那样。

如所提到的，上面所描述的单独的层压板10、32可以被用于形成部件30。在一个实施方式中，由如本文中所描述的一堆层压板10、32所形成的部件30可以包括用于燃气轮机的固定部件，比如固定的导向叶片，该固定部件可以包括上部平台部以及图1中示出的下部平台部42。在另一实施方式中，部件30可以包括用于燃气轮机的旋转部件，比如叶片44(图1)。然而，本发明不限于此并且根据本文中所描述的过程可以形成任何期望的部件。

此外，部件30在形成时将包括金属支承结构件38，该金属支承结构件38径向地延伸穿过层压板10、32中的相应的开口28，例如在图1至图2中示出的。每个金属支承结构件38为部件提供一定程度的机械支承。尽管cmc材料提供了极好的热保护性能，但是cmc材料的机械强度仍然显著地小于相应的耐高温的高温合金材料的机械强度。为此，金属支承结构件38为cmc材料补充具有更大机械强度的材料。在某些实施方式中，层压板10、32可以以如同将环布置在杆上的方式相继地布置在所提供的金属支承结构件34上，如参照图9可以看到的。随后，具有其中形成有内部冷却通道22的层压板10、32可以经由对该堆层压板10、32进行压缩并保持层压板处于压缩状态的保持结构或其他结构而被保持/压缩。

根据另一方面，金属支承结构件38可以随着将单独的层压板或层压板组附加至一堆cmc层压板10、32而经由增材制造过程以一层接一层的方式穿过该堆cmc层压板10、32中的相应的开口28进行构造。在题目为“hybridceramicmatrixcompositematerials(混合陶瓷基复合材料)”的pct申请no.pct/us2015/023017中阐述了用以形成这种金属支承结构件38的示例性增材制造过程，该申请的全部内容通过参引并入本文。还将在下面对用于经由增材制造来形成每个金属支承结构38的示例性过程进行描述。

随着附加层压板来形成金属支承结构件38提供了若干优点。仅通过示例的方式，以增材的方式制造的金属支承结构件38可以允许用于在堆叠件中的每个层压板高度处在金属与cmc材料之间提供与已知方法相比的优化的界面，或者允许用于同一部件内的不同的cmc/金属构型。该优点可能在更大的部件比如燃气轮机部件的成形中特别关键，这是因为部件越大，期望沿着部件30的整个径向长度在cmc材料与金属之间提供优化界面的难度越大。因此，在某些实施方式中，金属支承结构件38的与一个层压板10、32相关联的部分可以具有相对于金属支承结构件的与另一不同的层压板10、32相关联的部分的不同的组分、形状和尺寸。

在某些实施方式中，金属支承结构件38可以构造成使得允许将来自层压板10的本体12的载荷转移至金属支承结构件38。为了有助于此，在某些实施方式中，金属支承结构件38可以通过下述合适的结构而与层压板10、32中的一个或更多个层压板偏移：所述结构保持金属支承结构件38与包括cmc材料22的本体12之间的支承力且还允许用于在金属支承结构件38与本体12之间进行载荷转移。在pct申请no.pct/us2015/023017中也阐述了实现这种效果的合适的结构。通过示例的方式，如在图10中示出的，提供了偏置构件46，其中，在金属支承结构件38与相应的层压板(例如，层压板)的本体12之间存在间隙48，该偏置构件46用以适应金属支承结构件38与相应的层压板例如层压板10之间的载荷转移。另外，偏置构件46的存在可以允许用于金属支承结构件38与相应的层压板10、32之间的不同的热膨胀。在不限制的情况下，偏置构件46可以包括多个如示出的叶片弹簧50或者包括具有一定程度的弹性的任何其他类型的结构或材料。

在另一实施方式中，偏置构件46可以例如包括附加金属部分，该附加金属部分通过增材制造过程形成以具有为该部分提供相对于金属支承结构件38的更大程度的偏置/弹性的晶格或其他结构。在又一实施方式中，偏置构件46可以包括多个相对刚性的指状部(由金属或类似物形成)，所述指状部使金属支承结构件38与层压板10、32中的相应的一者偏移。在又一实施方式中，金属支承结构件38中的任何金属支承结构件其中还可以包括冷却通道，比如沿着该金属支承结构件的最长的尺寸延伸穿过支承结构件的内部的冷却通道，其中，冷却通道至少与合适的流体源流体连通以用于将流体比如空气输送通过冷却通道。

金属支承结构件38可以包括下述任何合适的金属材料：该金属材料将为层压板和/或部件提供附加强度，并且该金属材料将允许用于通过与cmc材料11接触或者通过紧密靠近cmc材料11使得cmc材料11将热转移至金属支承结构件38来对cmc材料11进行一定程度的冷却。在某些实施方式中，金属材料可以包括如本领域中已知的高温金属材料，比如镍基高温合金材料或钴基高温合金材料。术语“高温合金”可以被理解为指的是即使在高温下仍展示极好的机械强度和耐受蠕变的耐高度腐蚀且耐氧化的合金。示例性高温合金材料是市售可获得的并且商标和品牌名为hastelloy、inconel合金(例如，in738、in792、in939)、rene合金(例如，renen5、rene41、rene80、rene108、rene142、rene220)、haynes合金、marm、cm247、cm247lc、c263、718、x-750、ecy768、262、x45、pwa1483以及cmsx(例如，cmsx-4)单晶合金、gtd111、gtd222、mga1400、mga2400、psm116、cmsx-8、cmsx-10、pwa1484、in713c、mar-m-200、pwa1480、in100、in700、udimet600、udimet500以及铝化钛。

根据另一方面，提出了用于制造本文中所描述的部件的在本文中所描述的过程。以下描述将对用于形成根据本发明的一方面的部件的示例性过程进行描述。在一个实施方式中，该过程可以制造如本领域中已知的燃气轮机部件，该燃气轮机部件可以是旋转部件或固定部件，比如叶片或导向叶片。现在参照图11至图18，固定导向叶片通过图示出的过程形成，不过应理解的是，本发明并不总体上限于本文中所描述的过程或对固定导向叶片或燃气轮机部件的制造。替代性地，部件可以包括任何其他合适的物件。

首先，如在图11中示出的，可以提供包括cmc材料11的大致平的板52。可以从平板52切割出如本文中描述的任何一个或更多个层压板10、32的本体12，以形成具有期望的本体形状(例如，翼型件形状)的层压板，其中，在该期望的本体形状中具有期望的特征。一方面，例如，当要提供第一层压板10时，如本文中所描述的冷却通道22、入口24、出口26以及开口28中的一者或更多者可以形成在本体12中或形成为穿过本体12，或者形成在顶部表面14、底部表面16上，或者形成在顶部表面14和底部表面16二者上。层压板及其特征的形成可以通过机加工、水射流切割、和/或激光切割、或任何其他合适的方法来完成。在某些实施方式中，冷却通道22、入口24、出口26以及开口28中的一者或更多者还可以以与第一层压板10的相同的方式形成为穿过本体、或者形成在第二层压板32的顶部表面14和/或底部表面16上。然而，在一些实施方式中，在第二层压板32中不设置冷却通道22，并且因此，第二层压板32以与不具有冷却通道22的第一层压板10的方式相同的方式形成。形成期望层压板10、32的该过程步骤可以重复，直到形成所需数目的每种类型的层压板10、32为止。当然，可以从合适的来源购买预制的层压板10、32。

由平板52形成层压板10、32可以提供了若干优点。就一个优点而言，平板提供了坚固的可靠的且统计上一致形式的cmc材料11。因此，平板方式可以避免在制造紧密弯曲构型时已经出现的制造困难。例如，平板可以在固化期间不受约束，并且因此平板不受到各向异性的收缩应变。此外，利用平板减小了分层型缺陷的临界性，该分层型缺陷难以识别。此外，由于平板可以利用经济有效的切割方法精确地形成并加工为一定形状，因此更容易实现尺寸控制。平板结构还使得可扩展的且自动化的制造过程成为可能。通过该过程步骤所形成的层压板结构件10、32在如先前所讨论的图3至图4中被示出。

替代性地，层压板10、32可以最初以首先形成代替呈大致平板形式的具有期望形状的大致平的骨架方式来提供，而同时保持坚固的可靠的且统计上一致形式的cmc材料11。平的骨架技术包括拉拔纤维材料或者从市场上购买拉拔的纤维材料，比如nextel610、720和650。根据特定应用和所需部件，拉拔的纤维可以具有一个或更多个确定的预期厚度、大小、形状、密度、纤维取向、纤维架构等。接下来，长形的拉拔的纤维以诸如通过绞合、轧制、定位焊、注塑、喷涂以及类似方式之类的各种方式中的任一种方式起作用，以成形为具有期望形状的大致平的骨架。在平的骨架已经成形后，陶瓷基氧化材料可以沉积在纤维骨架中以及沉积在纤维骨架的周围，从而通过下述多种方式中的任一方式而与纤维骨架互相连接，所述方式比如注塑、喷涂、喷溅、熔化、渗透、熔浆渗透等，其中，陶瓷基氧化材料比如为市场上可买到的陶瓷基氧化材料如pritzkowfw12(其基体为氧化铝氧化锆混合物)、或者为美国专利no.7,153,096、no.7,093,359以及no.6,733,907中描述的陶瓷基氧化材料。根据特定应用和所需部件，在需要的情况下，所产生的包括cmc材料11的层压板10、32可以具有一个或更多个确定的预期厚度、大小、形状、密度、孔隙度、孔隙特征等。在pct申请no.pct/us2015/060053中阐述了用于执行该实施方式的过程，所述申请的全部内容通过参引并入本文中。

另外，上面所描述的大致平的骨架可以进行修改，以形成更厚的形状，而不是大致扁平的形状。如果这样进行修改，则三维骨架形状可以大致上与所需部件、比如燃气轮机导向叶片或叶片的三维形状一致。这种修改包括对拉拔纤维进行堆叠或者使用更厚的拉拔纤维，以成形为更厚的骨架。

现在参照图12，可以提供基部构件54，在该基部构件54上堆叠多个第一层压板10和第二层压板32。在某些实施方式中，层压板10、32单独地布置在基部构件上，以构造堆叠式层压板结构。如所提到的，嵌入式冷却通道22将在堆叠式层压板结构25中形成在堆叠式层压板结构的选定部分处。这可以通过将第一层压板10与第二层压板32堆叠使得第一层压板10和第二层压板32限定在层压板10、32内的一个或更多个封闭的冷却通道22来实现。随后，在某些实施方式中，层压板可以经过热处理、例如烧结过程，以将这两个层压板烧结/熔合到一起。以这种方式，减小或消除了在相邻的层压板之间的冷却流体损失的可能性。在其他实施方式中，形成相应的内部冷却通道22的两个或更多个层压板10、32可以被烧结在单独的位置(远离堆叠)中，以便将层压板熔合到一起作为具有两个或更多个层压板的层压板组66，该层压板组66然后可以布置在层压板上。烧结可以以任何合适的温度进行并且持续适当的持续时间以将两个相邻的层压板连结至彼此，并且在一个实施方式中，烧结可以以大约500℃至1000℃的温度持续1小时至24小时的时间来进行。

在该实施方式中，基部构件54可以包括用于固定导向叶片或叶片的平台，例如径向向内的平台。替代性地，基部构件44可以是任何其他合适的结构件，比如其中未形成有任何开口的第二层压板32。在其他实施方式中，基部构件54还可以例如包括一层金属材料，该层金属材料可以布置在平台上。在任何情况下，选定的层压板10、32或层压板组66以其期望次序被布置在基部构件54上。

在某些实施方式中，提供了一个或更多个金属支承结构件38(或者金属支承结构件38的部分)，所述一个或更多个金属支承结构件38中的每个金属支承结构件从基部构件54径向地延伸，如在图8中示出的。在实施方式中，层压板10、32或层压板对根据需要顺序地堆叠在金属支承结构件38上，直到完整的堆叠式层压板结构25形成为止。因此，在该实施方式中，金属支承结构件38可以被预制并定尺寸，以适应层压板10、32在该金属支承结构件38上的布置。

根据另一方面，金属支承结构件38相反地随着层压板10、32或层压板组66堆叠而经由增材制造在原地构造，以形成完整的堆叠式层压板结构25。例如参照图12，金属源材料58被附加至一个或更多个层压板10、32的开口28内的所需位置。在实施方式中，从合适的金属源56比如料斗或类似件以粉末状的形式以预定体积和进给速度提供金属材料58。

金属材料58沉积之后，能量源60比如激光源根据用于在相应的开口28内形成熔融金属的预定方案而将一定量的能量62聚焦在相应的开口28内的金属材料58上，以熔化呈预定样式的预定量的金属材料58。为了实现这一结果，能量源60可以相对于主体层压板移动，或者主体层压板可以相对于能量源60移动，以将能量源60定位在主体层压板上的所需位置处，进而使金属材料48熔化。将允许熔融金属主动地或被动地冷却，以提供两段间隔开的金属支承结构件38。因此，这些部分可以限定相应的金属支承结构件38的部段64，所述部段64中的每个部段可以延伸穿过位于堆叠件的层压板10、32中的每个层压板中的相应的开口28。

在该实施方式中，为了构造金属支承结构件38并且为了有助于随后形成的部分64a附加在先前形成的部段64的顶部上，附加金属材料58a可以被附加在部段64的顶部上，如在图13中示出的。随后，能量源60(图12)可以再次引导一定量的能量62以熔化附加金属材料64a，并且所产生的熔融材料可以被允许冷却(主动地或被动地)以形成如在图14中示出的随后形成的部段64，所述部段64中的每个部段在那时都可以从堆叠件中的最顶部层压板的顶部表面颀长地(proud)立置。

在实施方式中，随后形成的金属芯部64a可以现在被用作支柱，后续的层压板10、32或层压板组66(如示出的)可以在部段64上方布置到该支柱上，如在图15中示出的。该过程可以一遍又一遍重复，直到整个层压板堆叠件25形成为止，如在图16中示出的。这种设计的一个优点在于，金属支承结构件38的各个部分可以针对对应的层压板10、32或组66特别定制，或者金属支承结构件38的各个部分可以以任何期望的方式(例如，关于载荷或热传递的大小、形状、材料，和/或在cmc材料与金属支承结构件之间具有所需界面)进行定制。

仅通过示例的方式，在二十个层压板的堆叠件的情况下，如果预成型的长的且刚性的杆件从层压板堆叠件的径向外端部至层压板堆叠件的径向内端部延伸穿过层压板堆叠件，则将难以在cmc材料与金属支承结构件38之间沿着整个径向长度具有优选接口。换句话说，正在形成的结构越大，则将越难以在正在形成的部件的每一个径向位置处提供期望规格，比如在cmc材料与金属之间的优化界面。因此，通过利用增材制造来逐层地构造穿过堆叠式层压板结构25的金属支承结构件38，cmc材料和/或金属的尺寸/参数、cmc材料与金属之间的界面以及部件中的任何其他结构件可以沿着部件的径向长度以各种间隔来优化。这种定制例如在长杆件或类似件的情况下是不可能的。

根据另一方面，在适用的情况下，在金属支承结构件38的形成期间，间隙48、偏置构件46或本文中所描述的任何其他期望特征也可以在增材制造过程期间结合在开口28内或以其他方式形成在开口28内。还应理解的是，间隙48的形成可以通过使用可移除的间隔件和/或通过对增材制造参数比如激光强度、持续时间、能量源与部件之间的间距等进行控制而进行。

如在图16中示出的，当最后的层压板10、32或组66被附加至堆叠件时，其中形成有多个冷却通道22的层压板堆叠件25的形成完成。随后，如果必要或在需要的情况下，可以提供顶部构件68来限定部件30的顶部表面，部件30的顶部表面在这种情况下可以限定如在图17中示出的固定导向叶片70。在所示出的实施方式中，顶部构件68可以在固定导向叶片的情况中包括外径向平台。在其他实施方式中，比如在叶片的形成的情况下，顶部构件58可以包括已经形成的层压板或者甚至是如本文中所描述的包括cmc材料但不具有金属芯部或开口的层压板。

一旦所有的所需层压板一者堆叠在另一者上并且(如果存在顶部构件的情况下)施加了顶部构件，则部件的制造可以以任一所需过程或任何所需过程比如机加工、涂覆和热处理而完成。在某些实施方式中，可能期望的是，为部件提供更大的热保护，特别是为将暴露于高温的部分提供更大的热保护。在这种情况下，在需要时，一层或更多层的绝热材料或热障涂层可以被施加到部件30的周边表面。在一个实施方式中，热障涂层可以包括易碎的分段绝缘层(fgi)，分段绝缘层(fgi)在本领域中是已知的、比如美国专利no.6,670,046和no.6,235,370中的那样，这两个专利通过参引并入本文中。在其他实施方式中，这种热障涂层可以在层压板10、32进行堆叠之前被施加到每个层压板10、32的外周缘。

上面段落阐述了用于通过多个层压板10、32形成部件30同时在部件30内形成嵌入式内部冷却通道22的一个示例性过程。然而，应理解的是，本发明不限于此。可以利用用于形成本文中所描述的部件30同时无论以何种方式封围冷却通道的任何其他合适的方法。例如，金属支承结构件不需要颀长地立置在堆叠件中的最新放置的层压板的顶部表面上。在某些实施方式中，最新形成的金属部分例如64或64a可以成形为使得该最新形成的金属部分的至少一个部段与在当前堆叠件中的最新放置的层压板10、32或层压板组66齐平。在其他一些实施方式中，最新形成的金属部分例如64或64a可以成形成使得至少一部分将被布置在当前堆叠件中的最新放置的层压板10、32或层压板组66的顶部表面下方。重申一下，用于通过多个堆叠式层压板形成部件的这些方法以及其他方法可以被用在该过程中，并且在pct申请no.pct/us2015/023017中阐述了用于从多个堆叠式层压板形成部件的这些方法以及其他方法，所述申请的全部内容在此通过参引并入。

在某些实施方式中，金属支承结构件38包括相对对称的形式，使得相邻的层压板的开口和周围本体的尺寸在整个部件中相对而言是相同的或类似的。在另一实施方式中，如在图18中示出的，金属支承结构件38可以通过增材制造来形成，使得cmc层压板10、32的部分与金属支承结构件38的部分叠搭，以便使cmc层压板10、32(其嵌入有冷却通道22)与金属支承结构件38在堆叠件25中互锁。以这种方式，金属支承结构件38的大部分可以与相应的cmc层压板10、32叠搭，从而通过金属支承结构件38比如沿竖向或发动机径向方向对cmc层压板10、32进行夹持。这种结构可能对于在特定载荷条件下或在单独的层压板特征的事件中提供单独的层压板支承件以避免分离及泄漏路径(内部冷却空气泄漏出或热气体漏入)是有用的。这种限制还可以应用在旋转翼型件的情况中，以将来自每个层压板的离心载荷分配至金属支承结构件38。在叶片的情况下，这种方法具有优于下述传统翼梁外壳概念的优点：该传统翼梁外壳概念将翼型件外壳载荷聚集于叶片梢部，从而通过将重心朝向叶片梢部布置而增大总叶片载荷。在本发明的一个方面中，载荷传递在堆叠件中的每个层压板处进行，并且因此，载荷传递可以减小离心载荷。

尽管已经在本文中示出并描述了本发明的各种实施方式，但是将明显的是，仅以示例的方式提供这些实施方式。在本文中，在不背离本发明的情况下可以做出各种变化、改变以及替换。因此，意在的是，本发明仅受所附权利要求的精神和范围的限制。