JP2004269353A - セラミックマトリクス複合材料から多孔性部品を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複合材料のファイバー補強材を構成するファイバープリフォーム20が製造され、次いで、プリフォームを完全に緻密化することなく、ファイバーを相互に結合するに十分なマトリクス相をプリフォーム内に堆積することにより、プリフォームが固結される。剛性材料の複数のピン10が固結したプリフォーム中に挿入され、少なくとも1つのセラミックマトリクス相を堆積することによりピンを備える固結したプリフォームの緻密化が続行される。その後、マトリクスのセラミック材料に影響を与えない処理を施すことにより、少なくとも一部が除去され得る材料からなるピンの少なくとも一部分が、その部分を貫通する調整された孔を残すように、除去される。
【選択図】図2
Description
ガスタービンの燃焼室の壁を製造するためにCMCを用いる試みがなされた。改良された効率及び減少した汚染物質の発生は、そのような燃焼室においてより高温レベルを要求する。これが、伝統的に燃焼室の壁を構成する高融点金属合金をCMCに置換する試みがなされた理由である。特に、壁に冷却膜を形成するために、壁に空気を吹き込むことがやはり必要である。そのような吹き込みは、典型的には0.2ミリ(mm)〜0.8mmの範囲にある径を有する、多数の小径孔を通して行われる。
複合材料のファイバー補強材を構成するファイバープリフォームを製造する工程、
プリフォームを完全に緻密化することなく、ファイバーを相互に結合するに十分なマトリクス相をプリフォーム内に堆積することにより、プリフォームを固結する工程、
剛性材料の複数のピンを固結したプリフォーム中に挿入する工程、
少なくとも1つのセラミックマトリクス相を堆積することによりピンを備える固結したプリフォームの緻密化を続行する工程、及び
マトリクスのセラミック材料に影響を与えない処理を施すことにより、少なくとも一部が除去され得る材料からなるピンの少なくとも一部分を、その部分を貫通する調整された孔を残すように、除去する工程
を具備する方法により達成される。
このように、カーボン補強ファイバーは、かつその界面さえ、孔の近傍においてさえ、セラミックマトリクスにより十分に被覆されているままである。加えて、ピンが固結したプリフォームに挿入される方法は、ファイバーに対する非常に限定された破壊的効果を有する。それは、それらの多くが、ピンが押付けられるときに破壊されるよりも、わきに押されるからである。
日本の供給者である日本カーボンにより「Hi−Nicalon」として供給されたSiCファイバー糸の多層織物により、10層のファイバープリフォームが製造された。このプリフォームの気孔容積分率は、約65%であった。
カーボンファイバー糸の多層織物により、10層のファイバープリフォームが製造された。このプリフォームの気孔容積分率は、約60%であった。
Claims (16)
- セラミックマトリクス複合材料から多孔部品を製造する方法において、
複合材料のファイバー補強材を構成するファイバープリフォームを製造する工程、
プリフォームを完全に緻密化することなく、ファイバーを相互に結合するに十分なマトリクス相をプリフォーム内に堆積することにより、プリフォームを固結する工程、
剛性材料の複数のピンを固結したプリフォーム中に挿入する工程、
少なくとも1つのセラミックマトリクス相を堆積することによりピンを備える固結したプリフォームの緻密化を続行する工程、及び
マトリクスのセラミック材料に影響を与えない処理を施すことにより、少なくとも一部が除去され得る材料からなるピンの少なくとも一部分を、その部分を貫通する調整された孔を残すように、除去する工程
を具備することを特徴とする多孔部品の製造方法。 - 挿入されるピンは、全体が除去され得る材料からなることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 使用されるコアは、除去される材料のコア部と、コア部が除去されたときに除去されないセラミックの周辺部又はシースからなることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 除去され得るピンの材料は、酸化により除去されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 使用されるピンは、マトリクスによりカーボンの糸又はトウを緻密化し、強化することにより製造されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 最初に圧縮性材料のブロックにピンを挿入すること、圧縮性材料のブロックを固結したプリフォームと接触させること、及びピンを固結したプリフォームに突き通すように、圧縮性材料のブロックを圧縮しつつ、ピンに超音波エネルギーを加えることを含むプロセスにより、ピンは所定の場所に挿入されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- ピンは、固結したファイバープリフォームの表面に垂直の方向に対しゼロでない角度を形成する方向に、植え込まれることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- プリフォームの固結は、小さい厚さのセラミックマトリクス相を形成することを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- プリフォームの固結は、小さい厚さのカーボンマトリクス相を形成することを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- プリフォームの固結中、気孔の容積比は、40%以下に減少されることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 気孔の容積比は、50〜70%の範囲にある値を有し、固結は、気孔の容積比が40〜60%の範囲にある値に減少するまで行われることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- プリフォームは、少なくとも1つの自己治癒相を含むセラミックマトリクスにより緻密化されることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- セラミックマトリクス複合材料からガスタービン燃焼室のための多孔壁を形成することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
- 前記ファイバープリフォームは、二次元ファイバー積層体をドレープ成形することにより製造されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記積層体は、相互に接合されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記ファイバープリフォームは、多層織物から作り上げられていることを特徴とする請求項15に記載の方法。
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