JP2006043771A - 物品ならびにその製造方法、およびインベストメント鋳造用犠牲コアならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔性の網状領域（４２，１４０）を備えた物品の製造方法を提供する。
【解決手段】
ガスタービンエンジンブレード（２０）の形状に少なくとも部分的に対応する形状を有する成形用シェル内に網状コアエレメントを配置して、エンジンブレード（２０）を形成する。少なくとも部分的に網状コアエレメントに浸透させるように溶解金属材料をシェルに鋳込み、溶解金属材料を固化させる。シェルおよび網状コアエレメントは、破壊するように除去され、１つまたは複数のガス透過可能な多孔性の網状領域（４２，１４０）を備えたエンジンブレード（２０）が形成される。これにより、冷却性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インベストメント鋳造に関し、特に被冷却部品のインベストメント鋳造に関する。

インベストメント鋳造法は、特に中空部品など複雑な幾何学形状を有する金属部品を形成する技術として一般的に用いられており、超合金製のガスタービンエンジン部品の製造に用いられている。

ガスタービンエンジンは、航空機の推進、発電、船舶の推進およびポンプにおいて広く利用されている。ガスタービンエンジンの用途において、最も重要な目的は効率性である。ガスタービンエンジン効率の改善は、高温で作動させることにより達成できるが、現在のタービン部内の作動温度は、タービン部品用の超合金材料の融点を超えている。そのため、冷却空気の供給が一般的に行われている。エンジンの圧縮機から相対的に冷たい空気を流し、冷却されるタービン部内の通路を通ることにより冷却が一般的に行われる。このような冷却には、エンジン効率の面において、損失が付随する。したがって、冷却空気の所定量から得られる冷却の利益量を最大限にし、改善された特定の冷却を提供することが強く望まれている。上記の冷却は、精細で、かつ正確に配置された冷却通路を用いることにより達成される。

ブレード／ベーン、シール／シュラウド、および燃焼室の構成部品など内部冷却されるタービンエンジン部品のインベストメント鋳造法に関しては、十分に発展した分野が存在する。例示的な工程では、１つまたは複数の成形用キャビティを有する鋳型が作成され、各キャビティは、鋳造される部品に概ね対応した形状を有する。鋳型を作成する例示的な工程には、部品の１つまたは複数のろう模型を使用することが含まれる。部品内の冷却通路の形状に概ね対応するセラミックコアを覆うようにろうを成形することにより、ろう模型は形成される。シェル作成工程においては、周知の方法で、１つまたは複数の上記模型の周囲にセラミック製シェルが形成される。オートクレーブなどでろうを融解し、除去する。シェルを焼成することにより、シェルは硬化する。これにより、１つまたは複数の部品画定コンパートメントを有するシェルを備えた鋳型が形成される。この部品画定コンパートメントには、冷却通路を画定する１つまたは複数のセラミックコアが含まれる。次に、１つまたは複数の部品を鋳造するため、鋳型に溶融合金が鋳込まれる。合金が冷却し、固化すると、熱的、機械的または化学的に、成形部品からシェルおよびコアが取り除かれる。１つまたは複数の部品は、次いで、１回または複数回の工程において、機械加工、処理加工、あるいはコーティングされる。

セラミックパウダーと結合材料の混合物を成形し、硬化した金属製金型に注入することにより、セラミックコアを形成することができる。金型から取り除いた後、セラミックコアは、結合剤を除去するため熱的な後処理が施され、セラミックパウダーを焼結するために加熱される。冷却用の形状がより精巧になっている傾向のため、コア製造技術に負担がかかり過ぎていた。精巧な形状を製造することは困難であり、また一旦製造すると、壊れやすいことが判明している。シャー（Ｓｈａｈ）らの、同一出願人による特許文献１では、セラミックコアと耐熱金属コアとを組み合わせた例示的な使用が開示されている。他の形態も可能である。通常、１つまたは複数のセラミックコアにより、主要通路部など大きな内部形状が形成され、１つまたは複数の耐熱金属コアにより、出口通路部などより細い形状が形成される。

特許文献２では、超合金の鋳造に対応し得るセラミックフォームろ過材が開示されている。特許文献３では、平滑な内面を有するコアの形成における上記の材料の利用が開示されている。特許文献４では、セラミックフォームを備える先端領域を有するエアフォイルが開示されている。

特許文献５では、少なくとも連続気泡の固体セラミックフォーム（ｏｐｅｎ−ｃｅｌｌｓｏｌｉｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｆｏａｍ）の部分で製造されたエアフォイルを有するタービンエンジンのブリスクが開示されている。
米国特許第６，６３７，５００号明細書 米国特許第４，７８９，１４０号明細書 米国特許第４，６９７，６３２号明細書 米国特許第６，６４８，５９６号明細書 米国特許第６，５４４，００３号明細書

本発明の一形態は、物品を製造する方法に関する。網状（ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅ）のコアエレメントが、少なくとも部分的に物品の形状に対応する形状を有する成形用シェルに提供される。少なくとも部分的に網状コアエレメントに浸透するように、溶解金属材料がシェルに鋳込まれる。溶解金属材料は、固化される。シェルおよび網状コアエレメントは、破壊するように取り除かれる。網状コアエレメントを取り除くことにより、１つまたは複数のガス透過可能な多孔性領域を備えた物品が残る。

種々の実施態様において、多孔性領域は、化学的に拡張される。固化した金属材料を金属基材と結合してもよい。本発明の方法は、タービンエンジンブレード用外側エアシールを製造するために用いられ、かつ外側表面部分が固化した材料により形成される。本発明の方法は、タービンエンジン用エアフォイルエレメントを製造するため用いられ、かつ固化した材料が、エアフォイルまたはエレメントプラットフォームの外側表面部分を形成する。スラリ（セラミック製あるいは金属製など）で網状の有機材料をコーティングし、焼成する方法、金属層で網状の有機材料をコーティングする方法、スラリで網状の金属材料をコーティングし、網状の金属材料を破壊的に除去する方法のうち、１つまたは複数の上記方法で網状コアエレメントを形成することができる。網状コアエレメントは、基本的に第１ポアサイズ特性（別法として、気孔の体積分率（ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）などの他の気孔特性）の第１領域と、第１ポアサイズ特性より小さな基本的に第２ポアサイズ特性（または、他の気孔特性）の第２領域と、を有する。網状コアエレメントは、非網状コアエレメントと結合され得る。非網状コアエレメントは、１つまたは複数の供給通路を形成する。多孔性領域は、１つまたは複数の供給通路と連通している出口通路であってもよい。この方法は、ガスタービンエンジン部品を製造するために用いられる。

本発明の別形態には、網状の第１部分と、非網状の第２部分とからなるインベストメント鋳造用犠牲コアが含まれる。

種々の実施態様では、上記第２部分は、タービンエアフォイルエレメントに１つまたは複数の供給通路を形成する形状をなしている。上記第１部分は、１つまたは複数の供給通路からの１つまたは複数の出口通路を少なくとも部分的に形成する形状をなしている。第１部分は、第２部分から突き出ていても良い。セラミック層を介して第２部分に第１部分を固定することができる。第１部分は、第２部分に対する第１部分の機械的な背止めロック（ｂａｃｋ−ｌｏｃｋｉｎｇ）を介して第２部分に固定されていても良い。第１部分および第２部分のそれぞれの凹部に嵌合される１つまたは複数のピンを介して、第１部分を第２部分に固定しても良い。第１部分は、第２部分から離れて間隔を開け、互いの間にギャップを備え保持される。

セラミック系接着剤を介して第２部分を第１部分に固定する方法、第２部分を第１部分に溶接する方法、第１部分および第２部分の対応する凹部に嵌合される１つまたは複数のピンを介して第１部分と第２部分を結合する方法、あるいは適切な他の方法のうち、少なくとも一つの方法によりそのようなコアを製造することができる。

本発明の別形態には、基材内に冷却通路システムを備える鋳造金属基材を有する製造物品が含まれる。冷却通路システムには、冷却ガスを受ける１つまたは複数の供給通路が含まれる。冷却通路システムには、１つまたは複数の供給通路から冷却ガスを排出するとともに、網状の通路部分を有する１つまたは複数の出口通路が含まれる。

種々の実施形態において、基材により、質量的に物品の大部分が形成される。基材の金属は、合金からなる連続した単一部品であり、鉄ベース、ニッケルベース、あるいはコバルトベースの超合金からなる。物品は、内側端部と外側端部との間に延在するとともに、正圧側面および不圧側面を備えるエアフォイルを有するタービンエレメントである。網状部分は、エアフォイルの側壁内に位置し得る。網状部分は、エアフォイルの後縁部出口を形成する。網状部分は、タービンエレメントのプラットフォーム内に位置していても良い。複数の上記網状部分が、複数の上記箇所に位置していても良い。

図１では、ガスタービンエンジンブレード２０（例えば、エンジンのタービン部の）が図示されている。ブレードは、場合により熱的あるいは化学的保護のためコーティングされる一体形成の金属製鋳造物からなる。この例示的なブレード２０の全体的形態は単に例としてみなされるものである。プラットフォーム２６のルート部２４から先端部２８まで延びているエアフォイル２２を、上記ブレードは備える。前縁部３４と後縁部３６との間に延在する正圧側面３０および負圧側面３２を、エアフォイルは有する。ディスク取付部（いわゆる、モミの木形状のブレード取付根元部分）３８は、プラットフォーム２６の下面から突き出ている（この突出／内側／下面とは、エンジンの中心線に概ね向かっている方向を示す）。前述したように、ブレードは、種々の周知の形態であっても良いし、さらに開発される全体的形態であっても良い。

しかし、例示的なブレード２０には、熱移動または重量を制御するための１つまたは複数の改良形態が含まれる。図１では、熱移動促進領域４２を備えるプラットフォーム２６の前縁部４０を図示している。具体的な実施例において、熱移動促進領域４２は、周方向に細長く、プラットフォーム２６の周方向の第１の側面および第２の側面に近接した第１端部４４と第２端部４６との間、かつプラットフォームの前縁端部５０に近い前縁側４８とエアフォイルに近い後縁側５２（図２）との間、に延びている。熱移動促進領域４２において、鋳造物の金属は、網状（ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄ）になっており、この領域に、ある程度の気孔性および浸透性が与えられる。上記領域４２は、プラットフォーム２６の隣接外側面５６と連続する外側境界５４を有する。上記領域４２は、プラットフォーム２６内に内側境界５８を有する。

具体的な実施例において、上記領域４２は、鋳造物の残りの部分と一体成形されているが、あたかも底部６０および側方外周６２を有する非網状金属のコンパートメント内に取りこまれているようである。代替の実施態様としては、網状金属を別に形成してもよい（例えば、完成あるいはほぼ完成した形状の網状予備成形物を溶浸させ、予備成形物を取り除くことにより、あるいは大きな金属フォームブロックまたは他の部分品から切断／機械加工することによる方法など）。次いで、上記網状金属を溶接あるいは拡散接合などにより非網状金属（鋳造物など）と一体化させる。具体的な実施例において、この仮想のコンパートメントは、封止されたコンパートメントではなく、したがって、上記領域４２は、封止された状態で非網状金属内にあるのではない。外周面６６を有する通路部６４は、上記領域４２からプラットフォーム２６の内側面つまり下面６８まで延びている。上記通路６４により、通路６４および領域４２を通る下面６８からの気体流が、境界５４から流出することが可能となる。圧力勾配によっては、上記の気体流は、逆方向になる場合がある。実質的に冷却空気からなる気体を流すことで、上記領域の高い比表面積により、熱移動が促進され、プラットフォームが冷却される。いつくかの他の代替例において、上記領域４２は、内側プラットフォーム面６８と外側プラットフォーム面５６との間の全体に延びていてもよい。さらに別の代替例では、上記領域４２は、封止されている（例えば、内部の通路と連通しておらず出入口がない）。上記のような出口のない封止状態であっても、上記領域４２と、上記表面５６および境界５４に沿って流れる気体流との間で、ある程度の向上した熱移動が生じる。

以下でより詳細に説明するように、上記領域４２は、網状の鋳造コアエレメントを用いることにより形成される（例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニアあるいはジルコンなどのセラミックフォーム）。シェルで覆われたインベストメント鋳造用模型に組み込まれたエレメント（上記模型は、１つまたは複数の実質的に非網状のセラミックコアあるいは別のコアも含み得る）では、最終的な鋳造において、網状セラミックコアに浸透した材料は、基本的に反対の網状組織を形成する。金属が固化した後、セラミックは、化学的に取り除かれ、多孔性および浸透性の上記領域４２が残る。その後、上記領域４２の鋳放しを化学エッチングすることにより、多孔性および浸透性はさらに向上する。

上記鋳造コアのための網状フォームは、相互接続した細胞状のボイド（つまりフォームの孔）が点在している相互接続した三次元のウェッブと類似している。金属がこのフォーム内に鋳造された時、この金属は、ボイドを備える形状をなす。フォームが取り除かれると、金属中のポアは、フォームの相互接続した細長いウェッブ構造を有する。例示的なフォームは、５０ｐｐｉ （ｐｏｒｅｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ：１インチ（約２．５４ｃｍ）あたりのポア数）から最大５ｐｐｉのポアサイズを有する。より狭い範囲としては、３０ｐｐｉから１０ｐｐｉである。多くの網状フォームでは、ポア間のフォーム材料の厚さは、ポアサイズとともに増減する。したがって、大きいポアサイズを備える材料と比較した場合、小さいポアサイズ（５０ｐｐｉなど）のフォーム材料は、より精巧な通路を備える金属部品となり、より大きい比表面積（ひいては熱移動）が得られ、流れの抵抗は大となる傾向にある。鋳造金属のポア（通路）サイズは、いくつかの点において特徴づけられる。１つのパラメータには、鋳造物を切断し、その断面に亘るポアの直線寸法を測定することが含まれる。ポアの細長い性質のため、通路の長さ方向に対して垂直な方向の最小横方向寸法を寸法特性として見る場合がある。３０ｐｐｉのフォームから作られる鋳造物の例示的な検査において、横方向寸法は、３００〜１１００μｍ、平均すると５５０μｍに近い値であった。２０ｐｐｉのフォームでは、横方向寸法は、３５０〜１３００μｍ、平均すると７６０μｍに近い値であり、１０ｐｐｉのフォームでは、横方向寸法は、８００〜１７００μｍ、平均すると１０００μｍに近い値であった。

しかし、別のパラメータは、気孔の体積分率（ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）である。このパラメータでは、鋳造部品の気孔率は、発泡コアの気孔率と反比例する。したがって、１０％の気孔の体積分率を達成するために、発泡コアは、基本的に９０％の気孔の体積分率を有する。例示的な鋳放しの気孔の体積分率は、１０〜５０％であり、より具体的には１５〜３０％である。

図３では、先端部２８に隣接したエアフォイルの一部分にある網状領域８０の形態のさらなる強化が図示されている。上記領域８０は、外側境界８２と、非網状材料の壁部８６により囲まれた外周８４とを有する。上記領域８０は、ブレード内の内部供給通路９０に隣接した内側境界８８（図４）を有する。運転中、通路９０からの冷却空気は、内側境界８８に流入し、上記領域８０を通り、外側境界８２から流出する。例示的な内側境界８８は、通路９０を隔てている壁部９２の外側端部に続いていても良い。

図４では、通路９０の後縁部からの出口スロットを画定する網状領域１００の形態のさらなる強化が図示されている。例示的な網状領域１００は、プラットフォーム２６に近い内側端部と先端部２８に近い外側端部の間に延びているとともに、前縁側の境界１０２および後縁側の境界１０４と、正圧面側の境界１０６および負圧面側の境界１０８（図５）と、を有する。

上記領域８０，１００は、図１の領域４２と同様の方法で形成される。例えば、対応する形状のセラミックフォームの先行品が初めに製造される。これらの先行品は、供給通路を形成するための非網状セラミックコアおよび付加的な内部セラミック部品に結合される。これらの内部セラミック部品は、模型を形成するためのろう成形の際、網状コアおよび供給コアの位置を合わせるように機能するとともに、塗布されるセラミックシェルに組み込まれる。

図６では、異なった気孔率／透過率の小区域１２０，１２２を有する先端網状領域の代替例が図示されている。具体的な実施例において、網状領域は、通路９０と連通しているエアフォイル先端部を形成する。近接小区域１２０は、正圧側壁１２４および負圧側壁１２６に亘るとともに、その外側境界１３０を遠位／外側小区域１２２の内側境界と共有する。例示的な網状領域には、正圧側面３０および負圧側面３２の残りの部分へと続く表面／境界部が含まれる。具体的な実施例において、内側／近接小区域１２０は、外側／遠位小区域１２２より、高い気孔率（より大きく、あるいはより多くのボイド）を有する。したがって、空気は、内側小区域１２０を経てさらに外側／遠位小区域１２２を通るより、内側／近接小区域１２０を通ってより自由に通路から流出する。ほとんどの空気は、内側／近接小区域１２０の正圧側および負圧側境界部から流出するため、境界１３０を通り抜け、第２小区域１２２の正圧側および負圧側境界部ならびに第２小区域の外側端／境界１３２から流出する空気は少量である。第２小区域１２２の低い気孔率により、第１小区域１２０と比べ、優れた強度および耐磨耗性が第２小区域１２２にもたらされる。したがって、第２小区域１２２の気孔率は、（エンジンへの他の損害を回避するために）摩擦ストリップとの接触により破壊的に変形される程度を所望のレベルにするように最適化される。その一方で、（さらに第２小区域１２２を摩滅させる摩擦ストリップ（ｒｕｂ ｓｔｒｉｐ）との接触の可能性を含んでいる）継続運転が可能であるように適切な強度を実現する。上記の実施例は、非網状コアおよび付加的な内部部品に２つの網状コアを固定することにより作られる。第１小区域１２０を形成するコアは、第２小区域１２２を形成する網状コアより小さい気孔率を有する。

図７では、代替例として正圧側壁１２４および負圧側壁１２６内の網状領域１４０，１４２が図示されている。これらの網状領域の各々は、対応する正圧側面３０および負圧側面３２の残りの部分へと続く外側境界と、対応する通路９０に沿った内側境界と、を有する。具体的な実施例では、これらの網状領域は、ブレードに沿って翼幅方向に細長い。図１では、ブレード全長の主要部分に沿って延びている各領域１４０が図示されている。より短い領域（例えば、上記翼幅の少なくとも２０％または３０％以上延びている）も可能である。

図８では、ブレード用外側エアシール（ＢＯＡＳ）２００が図示されている。このエアシールは、内側面２０４と、外側面２０６と、周方向に延びる前方および後方端部２０８，２１０と、軸方向に延びる周端部２１２，２１４と、を備えた本体部２０２を有する。一群のＬ字断面の取付ブラケット２１６，２１８は、本体に一体的に成形されるとともに、前方および後方端部に近接した外側面２０６から延びている。具体的な実施例においては、冷却孔２２０の列は、内側面２０４を貫通しており、孔２２２の列は、周端部表面２１２および２１４を貫通している。例示的な孔２２０は、所望のフィルム冷却流を供給するため内側面２０４に対して非垂直（ｏｆｆ−ｎｏｒｍａｌ）に向かう中心線を有する。孔２２０，２２２は、中央プレナム２３０と連通している（図９）。プレナム２３０により、内側本体壁部２３２および外側本体壁部２３４は隔てられている。さらなる冷却のため、外側面２０６の残りの部分へと続いている外側境界を備える網状領域２４０が、外側部分２３４に設けられている。例示的な網状領域２４０は、長方形、円形、正方形、あるいは他の横断面であっても良い。具体的な実施例において、網状領域２４０は、１つまたは複数の通路またはチャネル２４２を介してプレナム２３０に開通している。網状領域２４０および通路２４２により、孔２２０，２２２を介して出口流を供給するためのプレナムに冷却空気の入口流が提供される。製造の改良形態および例示的な方法は、前述したブレードの網状領域のものと同様であってもよい。例として、非網状セラミックコアにより、プレナム２３０が形成される。通路２４２を形成するための支柱は、非網状セラミックコアと一体的に形成されるか、あるいは（セラミック接着剤などで）非網状セラミックコアに固定される。この支柱は、次に、領域２４０を形成するための網状セラミックコアに接続される。通路（孔）２２２，２２０は、同様に、網状セラミックコアの一部もしくはこれに固定された非網状コアの同様の部分により形成することができ、あるいは、鋳造後にドリル加工で形成しても良い。場合により、通路２４２および孔２２０，２２２は、網状であっても良く、網状コアで形成され得る。

図１０では、プレナムを対応する形状／大きさの網状領域２５０に置き換えたブレード用外側エアシール２００の別の実施態様が図示されている。この網状領域は、封止された付加的な網状領域あるいは開通している付加的な網状領域と結合してもよいし、外側面に吸気孔をドリル加工するか、鋳造しても良い。

図１１では、網状領域２５０を形成するための胴体部２６２を有する網状セラミックコア２６０が図示されている。一体成形あるいは一体的に固定された網状または非網状セラミックコアの支柱２６４は、孔２２２などの通路を形成するため、胴体部２６２の周方向あるいは長手方向の端部から突き出ている。付加的な網状コアもしくは非網状コア、またはこれらのコアを組み合わせたものを、胴体部２６２の表面（例えば、入口通路を形成するために外側面に）に固定する場合もある。製造の際には、ＢＯＡＳの内側部分および外側部分を形成するための予備成形ろう模型エレメントにコア２６０を組み付ける。例えば、これらの２つの部分は、ピン／支柱２６４の共通中心平面に沿って突き合わされる。ろうを取り除く時、およびそれに続く溶解金属の鋳込みの際に、シェル内の所定の場所にコア２６０を保持するために、１つまたは複数の支柱２６４の端部の各々は、塗布されたシェル内に入り込むように組立てられたろうから突き出ている。別法として、ろう、あるいはろうの一部分が、コア２６０に、またはコアを覆うように直接形成されても良い。

図１２では、内側シュラウド３０４と外側シュラウド３０６との間に延びているエアフォイル３０２を有するベーン３００が図示されている。エアフォイルは、上記ブレードエアフォイルの冷却特性と同様の特性を有する。内側または外側シュラウドは、前述したブレードプラットフォームおよびＢＯＡＳの網状領域と同様の領域を有する。例示的な網状領域には、流れ方向かつ翼幅方向の前縁網状領域３２０の列と、流れ方向かつ翼幅方向の正圧側および負圧側の細長い領域３２２の列とが含まれる。例示的な領域３２０は、相対的に細長くない断面（円形など）であり、基本的に一直線になっている。例示的な領域３２２は、対応するエアフォイル表面上で、翼幅方向に細長く図示されているが、屈曲した流れ方向の断面を有する。例えば、キャビティ９０の対応するエアフォイル壁部の内側面から延びているとともに、上記面に対して概ね垂直である第１部分３２４を備えた流れ方向の断面が図１３に図示されている。第２部分３２６は、壁部内で上記面に対し概ね平行に延びている。第３部分３２８は、対応する正圧側あるいは負圧側の表面に延びている。壁部内の部分３２６の改善された長さにより、熱移動が促進される。

網状コアを非網状コアに固定するため種々の取付手段が用いられる。図１４には、非網状セラミックコア４０２に固定された網状セラミックコア４００が図示されている。この網状セラミックコア４００は、非網状セラミックコア４０２の平坦な連続する面４０６上にセラミック接着剤４０４で固定されている。

図１５では、非網状セラミックコア４１０が、所望の位置／方向に網状コア４１４を位置合わせ、および保持するための特徴部４１２を有する別法の実施例が図示されている。例示的な特徴部４１２は、コア４１０の隣接面４１６に凹部を備え、この凹部は、網状コア４１４の相補的な特徴部４１８を受ける。具体的な実施例において、上記特徴部４１８は、コア４１４の本体４２２から突き出た支柱４２０の端部からなり、この支柱４２０は、ギャップ４２６を形成するように上記面４１６を本体の隣接面４２４から離している。セラミック接着剤４２８により、特徴部４１２，４１８は互いに固定される。

図１６では、非網状コアの位置決めおよび固定を行う特徴部が、蟻型（ｄｏｖｅｔａｉｌ）スロット４３０からなり、網状コアの相補的な部分が、蟻型突起部４３２からなるさらなる変形例が図示されている。上記突起部は、上記スロットに滑り嵌合され、コアを組立てる。上記の機械的な背止めロック効果のため、セラミック接着剤４３４は、とりわけ任意で用いる。本体と、非網状コアから本体を離して間隔を開ける複数の突起部とを有する網状コアに関して図示しているが、本体または対応するギャップを備えていない別の実施態様も可能である。

図１７では、別個に形成されたピン４４４およびセラミック接着剤４４６を介した網状コア４４０の非網状コア４４２への取付が図示されている。上記ピンは、一方または両方のコアの相補的特徴部を直接係合するために、あるいは接着剤をより確実に係合するためにまっすぐなものであっても良いし，前述した背止めロックの特徴部を備えていても良い。

代替の実施例においては、取付支柱が、非網状コアまたは網状コアとともに一体的に形成されても良い。例えば、図１８では、単一の非網状コア４５２の残りの部分から突き出るとともに、網状コア４５６の対応する開口部４５４に嵌めこまれている取付支柱４５０が図示されている。セラミック接着剤４５８の層は、上記の２つのコアをさらに結合する。

図１９では、セラミック４７４の鋳造により結合された予備形成の網状コア４７０および非網状コア４７２が図示されている。鋳造されたセラミック４７４により、コアの相補的な背止めロック凹部４７８，４８０を埋める背止めロック突起部４７６が形成される。別法として、背止めロック突起部を、コア４７０，４７２の１つあるいは両方に形成し、対応する凹部を鋳造可能なセラミックにより形成しても良い。例として、コア４７０，４７２を金型内に置き、鋳造可能なセラミック（アルミナベースあるいはシリカベースの自己加水分解性の材料など）を、互いのコアの間に注入し、乾燥、固化させる。

網状のエレメントは、種々の技法により形成されても良い。例えば、有機または無機網状材料（天然海綿、合成（ポリマーなど）海綿、あるいは合成フォームなど）を、セラミックのスラリでコーティングしても良い。１つの例示的な形態では、コーティングされたにもかかわらず、コーティングされたエレメント自体が網状であるように、スラリにより網状エレメントがきれいにコーティングされる。エレメントは、しっかりと分解あるいは溶解され（例えば、スラリの硬化のため焼成する際に）、有機あるいは無機材料が消失したことによるボイド、ならびにコーティングされたエレメント自体のボイド、の双方から形成される網状組織を備えたセラミックコアを残す。別法として、スラリで，網状組織つまりボイドを残さず完全にエレメントをコーティングしても良い。熱的な分解あるいは溶解の後、網状組織は、材料が失われるため完全に網状組織になる。複数の気孔率を備えるコアに関しては、異なった気孔性領域を有する有機あるいは無機材料の部分片が、前述のスラリコーティング工程において用いられる。別法として、（それぞれが対応した気孔率を有する）上記材料の別々の部分片が、スラリコーティング工程に先立って組立てられる。さらに別法として、別々に形成された網状セラミックエレメントが、互いに固定される。

網状セラミック材料の別法としては、網状金属性材料を用いても良い（例えば、耐熱金属ベースの（モリブデンなど）フォームまたは非耐熱金属（ニッケルなど））。上記フォームは、同様の工程により形成できる。溶接、ろう付け、拡散接合およびその他の融合などの工程により、上記コアは互いに固定される。コアはまた、セラミックコアと同様の手段により固定されても良い（特に、セラミックコアに固定する場合）。別法として、金属フォームを、中間体とすることができ、例えば、金属フォームが、セラミック製スラリで満たされ、固化される。金属フォームは分解され（例えば、高温で酸化させる熱分解や他の化学的エッチングなど）、網状セラミックが残る。

カーボンおよび混合物（合金など）フォームを含む他の網状エレメントを、直接コアとして、あるいはコアの先行品として用いることもできる。

本発明の原理に基づいたガスタービンエンジンブレードの図。 線２−２で切断したブレードプラットフォームの断面図。 図１のブレードの先端部分の図。 図３の先端部分の部分断面図。 図１のブレードのエアフォイルの後縁部分の流れに沿った断面図。 別法の先端部分の横断面図。 図１のブレードのエアフォイルの中間部分の部分的に流れに沿った断面図 ブレード用外側エアシールの図。 線９−９で切断した図８のブレード用外側エアシールの断面図。 別法のブレード用外側エアシールの断面図。 図１０のブレード用外側エアシールを形成するコアの図。 ガスタービンエンジンベーンの図。 線１３−１３で切断した図１２のベーンのエアフォイルの部分的に流れに沿った断面図。 第１コアアタッチメントの断面図。 第２コアアタッチメントの断面図。 第３コアアタッチメントの断面図。 第４コアアタッチメントの断面図。 第５コアアタッチメントの断面図。 第６コアアタッチメントの断面図。

Claims (25)

1. 物品を製造する方法であって、
   上記物品の形状に少なくとも部分的に対応する形状を有する成形用シェルに少なくとも１つの網状コアエレメントを供給するステップと、
   上記網状コアエレメントに少なくとも部分的に浸透するように溶解金属をシェルに鋳込むステップと、
   溶解金属材料を固化させるステップと、
   上記シェルおよび上記網状コアエレメントを破壊的に除去するステップと、
   を備え、
   上記網状コアエレメントの上記除去によって、１つまたは複数のガス透過可能な多孔性領域を物品に残すようにした物品製造方法。
2. 上記の破壊的な除去の後、上記の固化した金属材料に残った上記多孔性領域を化学的に拡張するステップをさらに備える請求項１に記載の製造方法。
3. 上記の固化した金属材料を金属基材と結合するステップをさらに備える請求項１に記載の製造方法。
4. タービンエンジンブレード用外側エアシールを製造するために用いられ、かつ上記の固化した材料が、上記シールの外面部分を形成する請求項３に記載の製造方法。
5. タービンエンジンエアフォイルエレメントを製造するために用いられ、かつ上記の固化した材料が、上記エアフォイルエレメントの上記エアフォイルもしくはプラットフォームの外面部分を形成する請求項１に記載の製造方法。
6. スラリで網状有機材料をコーティングし、次いで焼成する方法、
   金属層で網状有機材料をコーティングする方法、
   スラリで網状金属材料をコーティングし、次いで上記網状金属材料を破壊的に除去する方法、
   の内１つまたは複数のコーティング方法により上記網状コアエレメントを形成するステップをさらに備える請求項１に記載の製造方法。
7. 上記網状コアエレメントが、実質的に第１ポアサイズ特性の第１区域と、上記第１ポアサイズ特性より小さな第２ポアサイズ特性を実質的に有する第２区域と、を有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
8. 上記網状コアエレメントが、非網状コアエレメントと結合していることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
9. 上記非網状コアエレメントが、１つまたは複数の供給通路を形成し、上記多孔性領域が、上記の１つまたは複数の供給通路と連通している出口通路であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. ガスタービンエンジン部品を製造するために用いられる請求項１に記載の製造方法。
11. 網状第１部分と、
    非網状第２部分と、
    を備えるインベストメント鋳造用犠牲コア。
12. 上記第２部分が、タービンエンジンエレメントの１つまたは複数の供給通路を形成する形状をなしており、上記第１部分が、上記１つまたは複数の供給通路からの１つまたは複数の出口通路を少なくとも部分的に形成する形状をなしていることを特徴とする請求項１１に記載のコア。
13. 上記第２部分が、タービンエアフォイルエレメントの１つまたは複数の供給通路を形成する形状をなしており、上記第１部分が上記１つまたは複数の供給通路から上記エアフォイルの正圧側面および負圧側面の少なくとも一方に至る複数の出口通路を少なくとも部分的に形成する形状をなしていることを特徴とする請求項１１に記載のコア。
14. 上記第１部分が、上記第２部分から突き出ること、
    上記第１部分が、セラミック層を介して上記第２部分に固定されること、
    上記第１部分が、上記第２部分に対する上記第１部分の背止めロックを介して上記第２部分に固定されること、
    上記第１部分が、上記第１部分および第２部分の各々の凹部に嵌めこまれる部分を有する１つまたは複数のピンを介して上記第２部分に固定されること、
    上記第１部分が、第１、第２部分間にギャップを備えるように上記第２部分から離れて保持されること、
    のうち少なくとも１つを特徴とする請求項１１に記載のコア。
15. セラミック接着剤を介して上記第２部分を上記第１部分に固定すること、
    上記第２部分を上記第１部分に融合、接合または溶接すること、
    上記第１部分および上記第２部分の対応する凹部に嵌められる１つまたは複数のピンを介して上記第１部分と上記第２部分とを結合すること、
    のうち少なくとも１つを備える請求項１１に記載のコアの製造方法。
16. 鋳造金属基材と、
    上記基材内の冷却通路システムと、
    を備える製造された物品であって、
    上記冷却通路システムが、
    冷却ガスを受ける１つまたは複数の供給通路と、
    上記の１つまたは複数の供給通路から上記冷却ガスを排出するとともに、網状通路部分を有する１つまたは複数の出口通路と、
    を備える製造された物品。
17. 上記基材が、質量的に上記物品の大部分を形成することを特徴とする請求項１６に記載の物品。
18. 上記基材の上記金属が、合金の連続する単一品であることを特徴とする請求項１６に記載の物品。
19. 上記基材の上記金属が、鉄ベース、ニッケルベース、あるいはコバルトベースの超合金であることを特徴とする請求項１６に記載の物品。
20. 内側端部と外側端部との間に延びているとともに、正圧側面および負圧側面を備えるエアフォイルを有するタービンエレメントである請求項１６に記載の物品。
21. 上記網状部分が、上記エアフォイルの側壁内に位置していることを特徴とする請求項２０に記載の物品。
22. 上記網状部分が、上記タービンエレメントのプラットフォーム内に位置していることを特徴とする請求項２０に記載の物品。
23. 上記網状部分が、上記エアフォイルの先端部内に位置していることを特徴とする請求項２０に記載の物品。
24. 上記網状部分が、上記エアフォイルの後縁部分内に位置していることを特徴とする請求項２０に記載の物品。
25. 上記網状部分が、上記エアフォイルの前縁部分内に位置していることを特徴とする請求項２０に記載の物品。

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