JP2006193383A - セラミックス基複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 X方向に延在する複数のXセラミック繊維束及びY方向に延在する複数のYセラミック繊維束によって形成された2次元織物をZ方向に複数積層することで得られる積層体が各上記2次元織物における上記Xセラミック繊維束と上記Yセラミック繊維束とで囲まれた領域を通過するZセラミック繊維束23によって締め付けられた3次元織物と、該3次元織物に付着形成されるセラミックマトリックス層3と、を有するセラミックス基複合材料であって、上記セラミックマトリックス層3に、差圧が生じる使用環境下において上記Zセラミック繊維束23の延在方向に沿って冷却ガスがトランスピレーションするリークパスが多数存在する。
【選択図】 図1
Description
セラミックス基複合材料に係る第4の手段として、上記第1〜第3いずれかの手段において、前記セラミックマトリックス層の表面上に、前記冷却ガスをトランスピレーションするリークパスを有するコーティング層が形成されているという構成を採用する。
セラミックス基複合材料の製造方法に係る第4の手段として、上記第1〜第3いずれかの手段において、前記セラミックマトリックス層の表面上に、前記冷却ガスをトランスピレーションするリークパスを有するコーティング層を形成する工程を含むという構成を採用する。
そして、図2の拡大図に示すように、本実施形態のCMC材料1においては、セラミックマトリックス層3に、差圧環境下において高圧側から低圧側に向けてZ糸23に沿って気体(冷却ガス)がトランスピレーションするリークパス31が多数存在している。
したがって、本実施形態のCMC材料1によれば、フィルム冷却と同様の温度にCMC材料1を冷却する場合には、より少ない冷却ガス流量で冷却が可能となり、周辺環境の変化を抑止することが可能となる。
また、本実施形態のCMC材料1においては、CMC材料1が部材を形成するための材料として用いられた場合に、当該部材が他部品と接続される箇所のセラミックマトリックス層3が相対的に密に形成されており、その他の箇所のセラミックマトリックス層3が相対的に粗に形成されている。すなわち、強度を要する箇所のセラミックマトリックス層3が密に形成されており、その他の冷却を要する箇所のセラミックマトリックス層3が粗に形成されている。このため、本実施形態のCMC材料1においては、強度を要する箇所(他部品と接続される箇所)よりも冷却を要する箇所の方に多数のリークパス31が存在している。
このような本実施形態のCMC材料1によれば、CMC材料1によって形成された部材と他部品との接続を強固なものとでき、かつ、少ない冷却ガス流量でCMC材料1によって形成された部材が冷却される。
以下にその理由について説明する。
また、セラミックマトリックス層3の気孔率が20%の場合には、無次元化応力が約1.0となる。CMC材料の強度は、セラミックマトリックス層3の気孔率が20%以上で低下し始めるため、強度の要する箇所においては、セラミックマトリックス層3の気孔率が20%より低いことが好ましい。しかしながら、セラミックマトリックス層3の気孔率が低くなればなるほど、セラミックマトリックス層3の密度が増加し、冷却ガスをトランピレーションさせる場合の差圧を大きくする必要が生じる。したがって、より少ない差圧で必要な量の冷却ガスをトランスピレーションさせるために、冷却を要する箇所においてはセラミックマトリックス層3の気孔率は20%以上であることが好ましい。
以上のことから、本実施形態のCMC材料1においては、セラミックマトリックス層3の気孔率が強度を要求される箇所で20%以内であり、冷却を要求される箇所では20〜35%であることが好ましいと分かる。
この図に示すように、織りピッチが2mmより狭い場合には、リークパスの面積割合は0となり、織りピッチが4mmより広い場合には、リークパスの面積割合は0.06に近づく。
リークパスの面積割合が0であるということは、冷却ガスがトランスピレーションしないことと等しいため、CMC材料1の効率的な冷却が行えない。
また、従来のフィルム冷却方式における貫通孔の面積割合は、約0.06であるため、織りピッチが4mm以上の場合には、フィルム冷却方式と同様の冷却ガスが周囲に拡散されることとなり周囲環境の変化を招く恐れが生じる。
したがって、本実施形態のCMC材料1においては、織りピッチが2〜4mmであることが好ましいと分かる。
なお、本CVI処理工程(ステップS4)の前に、セラミック織物2の表層にカーボンまたはBN等のコーティング層を形成する工程を行っても良い。このようにセラミック織物2の表層にカーボンまたはBN等のコーティング層を形成することによって、セラミック繊維束のじん性を強化することができる。そして、当該コーティング層の厚さは、0.1〜1.0μm程度であることが好ましい。
また、機械加工後に必要に応じて最終CVI処理工程(ステップS7)を実施する。このような最終CVI処理工程を行うことによって、セラミックマトリックス層3の表面上に、冷却ガスをトランスピレーションするリークパスを有するコーティング層(不図示)を形成することができる。よって、CMC材料1を腐食等の劣化から守ることが可能となる。なお、上記コーディング層は、ムライト等によって形成することができる。
2……セラミック織物(3次元織物)
21……X糸(Xセラミック繊維束)
22……Y糸(Yセラミック繊維束)
23……Z糸(Zセラミック繊維束)
24……2次元織物
3……セラミックマトリックス層
31……リークパス
Claims (8)
- X方向に延在する複数のXセラミック繊維束及びY方向に延在する複数のYセラミック繊維束によって形成された2次元織物をZ方向に複数積層することで得られる積層体が各前記2次元織物における前記Xセラミック繊維束と前記Yセラミック繊維束とで囲まれた領域を通過するZセラミック繊維束によって締め付けられた3次元織物と、該3次元織物に付着形成されるセラミックマトリックス層と、を有するセラミックス基複合材料であって、
前記セラミックマトリックス層の強度を要する箇所である他部品との接合箇所が相対的に気孔率が低されることによって密に付着形成されており、前記セラミックマトリックス層の冷却を要する箇所が差圧環境下において前記Zセラミック繊維束の延在方向に沿って冷却ガスがトランスピレーションするリークパスが前記強度を要する箇所よりも多数存在するように相対的に気孔率が高くされることによって粗に形成されており、前記セラミックマトリックス層が機械加工による冷却ガス通路を持たないことを特徴とするセラミックス基複合材料。 - 前記セラミックマトリクス層の気孔率が、前記強度を要する箇所において20%より低く、前記冷却を要する箇所において20〜35%であることを特徴とする請求項1記載のセラミックス基複合材料。
- 同一方向に延在する前記セラミック繊維束中心間距離である織りピッチが2〜4mmであることを特徴とする請求項1または2記載のセラミックス基複合材料。
- 前記セラミックマトリックス層の表面上に、前記冷却ガスをトランスピレーションするリークパスを有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のセラミックス基複合材料。
- X方向に延在する複数のXセラミック繊維束及びY方向に延在する複数のYセラミック繊維束によって形成された2次元織物をZ方向に複数積層することで得られる積層体が各前記2次元織物における前記Xセラミック繊維束と前記Yセラミック繊維束とで囲まれた領域を通過するZセラミック繊維束によって締め付けられた3次元織物と、該3次元織物に付着形成されるセラミックマトリックス層と、を有するセラミックス基複合材料の製造方法であって、
強度を要する箇所である他部品との接合箇所を相対的に気孔率を低くすることによって密に付着形成し、冷却を要する箇所を差圧環境下において前記Zセラミック繊維束の延在方向に沿って冷却ガスがトランスピレーションするリークパスが前記強度を要する箇所によりも多数存在するように相対的に気孔率を高くすることによって粗に付着形成する前記セラミックマトリックス層形成工程を有することを特徴とするセラミックス基複合材料の製造方法。 - 前記セラミックマトリクス層の気孔率を、前記強度を要する箇所において20%より低くし、前記冷却を要する箇所において20〜35%とすることを特徴とする請求項5記載のセラミックス基複合材料の製造方法。
- 同一方向に延在する前記セラミック繊維束中心間距離である織りピッチを2〜4mmとすることを特徴とする請求項5または6記載のセラミックス基複合材料の製造方法。
- 前記セラミックマトリックス層の表面上に、前記冷却ガスをトランスピレーションするリークパスを有するコーティング層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項5〜7いずれかに記載のセラミックス基複合材料の製造方法。
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