JP2014001723A - 予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティを形成する方法、及びセラミックマトリクス複合材部品を形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予備成形ＣＭＣキャビティ及びセラミックマトリクス部品用の予備成形ＣＭＣキャビティを形成するための方法を提供する。
【解決手段】予備成形ＣＭＣキャビティ及びセラミックマトリクス部品用の予備成形ＣＭＣキャビティを形成するための方法は、マンドレルを用意し、ベースプライをマンドレルに取り付け、１以上のＣＭＣプライをベースプライ上にレイアップし、マンドレルを除去し、ベースプライ及び１以上のＣＭＣプライを緻密化することを含む。緻密化された後のベースプライ及び１以上のＣＭＣプライは、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有するセラミックマトリクス部品を形成する。また、ＣＭＣ部品を形成する方法も提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に発電用のガスタービンに関し、より詳細には、ガスタービン用のセラミックマトリクス複合材部品を形成する方法に関する。

炭化ケイ素（ＳｉＣ）基セラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）の材料が、タービン動翼、静翼、ノズル、バケットなどの、ガスタービンの特定の部品用の材料として提案されてきた。ＳｉＣ基ＣＭＣ部品を作るための様々な方法が知られており、それらの方法には、シリコンプ（Ｓｉｌｉｃｏｍｐ）、溶解浸透（ＭＩ）、化学蒸気浸透（ＣＶＩ）、ポリマー含浸熱分解（ＰＩＰ）、及び酸化／酸化処理が含まれる。ＳｉＣ基ＣＭＣ部品を作るこれらの技術はそれぞれ大きく異なるものであるが、各々の技術は、様々な処理段階における加熱を含む工程を通じてニアネットシェイプの部品を製作する、ハンドレイアップ法、及び、工具又は金型の使用を含む。

より標準的な超合金材料から形成されたタービン動翼及び静翼と同様に、ＣＭＣ動翼及び静翼は、重量を減らし、遠心荷重を減らし、部品の作動温度を下げるように、主にキャビティや冷却通路を備える。これらの特徴は、一般的に、取外し可能かつ使い捨ての工具の組合せを用いて、ＣＭＣ部品で形成される。

キャビティを備えたＣＭＣ部品の形成には、予備成形の使用を含む多くの段階が含まれる。先ず、複数のセラミックプライが、所望の最終形状又はニアネットシェイプ、及び所望の機械的特性を部品に提供するように、マンドレル上又は金型上に所定の方法でレイアップされる。また、セラミックプライの一部は、補強材を含んでいてもよく、或いは、マトリクス材料が予め含浸されている。マンドレルは、一般的に、様々なポリマーその他の溶解可能な材料から選択される。レイアップしたプライは、ＳｉＣなどのマトリクス材料で予備含浸（プリプレグ）してもよく、或いは、プライのレイアップ後にマトリクス材料で含浸されてもよい。ＣＭＣ予備成形の硬化に先立って、マンドレルは燃焼サイクルを通じて除去される。燃焼サイクルでは、様々なポリマーその他の溶解可能な材料などの、マンドレルを形成する材料は溶解される。

燃焼サイクルの後、ＣＭＣ予備成形部品は、複合材中の揮発性物質が焼失してしまうため、非常に脆い。場合によっては、タービンで使用に向けて中空の領域を閉塞するために、ＣＭＣ予備成形の一端は、ガスタービンに使用する前に蓋又は閉止を必要とする。公知の工程では、ＣＭＣ予備成形の開口端部領域を閉じるために、燃焼サイクルの後のＣＭＣ予備成形が最も脆い状態であるときに、蓋又は栓が挿入される。栓は、多数のプライを有するＣＭＣレイアップ部品から形成することができ、ＣＭＣ予備成形の開口端部を埋めるように成形される。個々に形成、切断、レイアップ工程を用いるため、閉塞構造を作り出すためだけに多大な時間及び労力を必要とする。多数のプライを有する予備硬化ＣＭＣレイアップを開口端部内に挿入することにおいても、課題がある。例えば、ＣＭＣレイアップ及び予備成形は共に、緻密化前は脆いため、これらの部品は組立中に簡単に損傷してしまう可能性がある。

米国特許出願公開第２０１０／０１９６６３７号

したがって、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティを形成する方法、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ、及び、上記の難点に影響されないセラミックマトリクス複合材部品を形成する方法が、当技術分野で求められている。

最初に特許請求する発明の範囲に係る特定の実施形態は、以下に置いて簡単に説明される。これらの実施形態は、特許請求する本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明の可能な態様を簡潔にまとめることだけを意図している。事実、本発明は、以下に記載される実施形態と同様であり得る、或いは、異なるであろう様々な態様を包含することができる。

本開示の例示の実施形態によれば、セラミックマトリクス部品用の予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティを形成する方法が提供される。その方法は、マンドレルを用意し、マンドレルにベースプライを取り付けることを含む。方法は、ベースプライに１以上のＣＭＣプライをレイアップし、マンドレルを除去し、ベースプライ及び１以上のＣＭＣプライを緻密化することを含む。緻密化された後のベースプライ及び１以上のＣＭＣプライは、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを備えるセラミックマトリクス部品を形成する。

本開示の別の例示の実施形態によれば、セラミックマトリクス複合材部品用の予備成形セラミックマトリクス複合材が提供される。その予備成形セラミックマトリクス複合材は、マンドレルの形状に一致するキャビティを含む。予備成形セラミックマトリクス複合材は、キャビティを画成する緻密化ベースプライを含む。予備成形セラミックマトリクス複合材は、緻密化ベースプライに付着された１以上の緻密化レイアッププライを含む。予備成形セラミックマトリクス複合材は、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有している。

本開示の別の例示の実施形態によれば、セラミックマトリクス複合材部品を形成する方法が提供される。その方法は、第１の面及び第２の面を有するレイアップ治具を用意することを含む。方法は、レイアップ治具の第１の面に第１のベースプライを取り付けることを含む。方法は、第１のベースプライに隣接して第１の組のＣＭＣプライをレイアップすることを含む。方法は、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティを用意することを含む。予備成形セラミックマトリクス複合材は、マンドレルの形状に一致するキャビティと、キャビティを画成する緻密化ベースプライと、緻密化ベースプライに付着された１以上の緻密化レイアッププライとを含み、予備成形セラミックマトリクス複合材は、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有する。方法は、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティをレイアップ治具内の第１の組のＣＭＣプライに隣接して配置することを含む。方法は、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティに隣接して第２の組のＣＭＣプライをレイアップすることを含む。方法は、第２の組のＣＭＣプライに、レイアップ治具の第２の面に隣接する第２のベースプライを取り付けることを含む。方法は、第１のベースプライ、第１の組のＣＭＣプライ、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ、第２の組のＣＭＣプライ、及び第２のベースプライを緻密化することを含む。セラミックマトリクス複合材は、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有して形成される。

本発明の他の特徴及び利点は、実施例の方法により、本発明の原理を例示する添付の図面と組み合わされて、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかとなるであろう。

本開示のセラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）部品の斜視図である。 本開示の予備成形ＣＭＣキャビティの斜視図である。 本開示の予備成形ＣＭＣキャビティの、図２の方向３−３における断面図である。 マンドレルが除去された後の、本開示の予備成形ＣＭＣキャビティを示す図３の概略図である。 本開示の翼形部シェルプライを含む図４の概略図である。 本開示のレイアップ治具の斜視図である。 本開示の、レイアップ治具内のＣＭＣ部品についての層の概略図である。 本開示のＣＭＣ部品の概略的な断面図である。 本開示の予備成形セラミックマトリクス複合材を製作する方法の流れ図である。 本開示のＣＭＣ部品を製作する方法の流れ図である。

可能な限り、同じ符号が、図面を通して同じ部品を表すのに用いられる。

セラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）部品を形成する経済的で実施可能な方法、具体的には、ＣＭＣ動翼又は静翼を形成する方法が、ＣＭＣ部品が先行技術における工程及び性能上の難点に影響されないようにして提供される。本開示の実施形態の利点の１つは、下方のキャビティに開口を含み、マンドレルの材料が溶け出すことができ、キャビティを清浄することができることである。また別の利点は、緻密化されることで、先端蓋部及びキャビティの組合せが非常に耐久性のあることである。本開示の実施形態の別の利点は、マンドレルの材料が溶け出すときに、動翼シェルのプライの量を減らすことを含み、それによってマンドレルの材料の溶け出しをより良く制御することができる。本実施形態のさらに別の利点は、ＣＭＣ部品を形成するための形成された予備成形ＣＭＣキャビティによって、翼形部にプライをレイアップするのに先立って、キャビティを検査することができ、キャビティの欠陥が発見された場合には、部品全体の損失を防ぐことができることである。別の利点は、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティの先端蓋部が、レイアップ治具における予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティの場所として使用できることである。さらに別の利点は、本方法が、レイアップ治具でのオートクレーブサイクルの間に、より優れた工程管理を可能とし、それによってより優れた寸法の管理を可能とすることである。別の利点は、本方法が、続く工程においてマンドレルのために、溶け出す又は浸出する調整されたポリマーその他のマンドレル材料を使用できることである。

本発明の１以上の特定の実施形態が以下に記載される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する試みにおいて、実際の実施におけるすべての特徴が明細書中に記載されない可能性がある。いずれかのこうした実際の実施における開発においては、何らかの技術的又は設計上の計画のように、実施ごとに変わるであろう、例えばシステム上及び業務上の制約に準拠して、開発者の具体的な目標を達成するために、実施上の多くの具体的な決定が行われなければならないことは理解されるべきである。さらに、このような開発の試みは複雑であり、時間を必要とすることがあるにもかかわらず、本開示の利益を有する通常の当業者にとっては、設計、製作、及び製造において通常のことであることは理解されるべきである。

本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。

動力を発生させるのに使用されるシステムには、特に限定されないが、ガスタービン、蒸気タービン、その他発電用の航空転用型陸用タービン組立体などが上げられる。ある用途においては、内部にターボ機械（例えば、タービン、圧縮機、及びポンプ）や他の機械を含む発電システムは、過酷な条件に曝される構成部品を含むことがある。例えば、動翼、バケット、筺体、回転輪、軸、シュラウド、ノズルなどの、ある発電システムの構成部品は、高温及び高速回転の環境で作用することがある。これらの構成部品は、セラミックマトリクス複合材を用いて製造され、また、冷却用通路を含んでいることがある。本開示は、冷却用通路を含むセラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）の部品を形成する方法を提供する。本開示の例示の実施形態は、タービン動翼として図１〜図８に示されているが、本開示は例示の構造に特に限定されない。

図１は、タービン動翼２０又はタービン静翼などに限定されることのないＣＭＣ部品１０の斜視図である。タービン動翼２０は、セラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）の材料から形成されるのが好ましい。ＣＭＣ部品１０用の材料は、特に限定されないが、アルミナ、ムライト、窒化ホウ素、炭化ホウ素、サイアロン（シリコン、アルミニウム、酸素、及び窒素）、金属間化合物、及びそれらの複合物などの、酸化物系のＣＭＣを含むが、それに特に限定されない。ＣＭＣ部品１０用の材料の適切な例は、特に限定されないが、ＣＯＩ Ｃｅｒａｍｉｃｓ社（米国カリフォルニア州サンディエゴ）から入手可能なＡＮ−７２０（酸化物−酸化物系）、又は混合された酸化物のＣＭＣの材料である。ＣＭＣ部品１０を製作するのに使用される材料の適切な例は、特に限定されないが、ＳｉＣが含浸されたＳｉＣ繊維及び様々な結合剤を含んだ炭素マトリクスを含む。タービン動翼２０は、高温の排気ガスの流れが方向付けられる翼形部２２を含む。タービン動翼２０は、翼形部２２から下方に延びるダブテール２４によって、タービンディスク（図示せず）に取り付けられ、タービンディスク上のスロットと係合する。プラットフォーム２６は、翼形部２２がダブテール２４に連結される領域から外側に向かって側方へと延びる。タービン動翼２０は、図２に示すように、翼形部２２の内部に沿って延びる１つ以上のキャビティ１２０を含む。発電システムの運転中、冷却空気の流れがキャビティ１２０を通して方向付けられ、翼形部２２の温度を低下させる。

ＣＭＣのタービン動翼２０は、図１に示すように、レイアップ技術、及びニアネットシェイプの予備成形ＣＭＣキャビティ１００（図２〜図５参照）を用いて構築される。タービン動翼２０はまた、動翼先端部３０を含む。図２に示すように、予備成形ＣＭＣキャビティ１００は、キャビティ１２０、及び動翼先端部３０に挿入される先端部材１３０を含む。先端部材１３０は、治具又は金型において別に構築される複数のプライ１３２から形成される。プライ１３２は、補強材を含み得るセラミックプライから選ばれるか、或いはマトリクス材料で予め含浸される（図３）。プライ１３２用の材料の例は、特に限定されないが、カーボン、結合材材料、及び被覆ＳｉＣ繊維を含む。図３に示すように、マンドレル１１０は、予備成形ＣＭＣキャビティ１００を形成するように使用される。予備成形ＣＭＣキャビティ１００の形成においては、１つ以上のベースプライ１１２がマンドレル１１０に付着される。代替の一実施形態では、１以上のベースプライ１１２がマンドレルに付着される。ベースプライ１１２用の適切な材料の実施例は、特に限定されないが、カーボン、ＳｉＣ、及び結合剤を含むプライを含む。次に、１つ以上のセラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）プライ１１４が、１つ以上のベースプライ１１２に付着される。ＣＭＣ１１４用の材料の例は、特に限定されないが、カーボン、結合材材料、及び被覆ＳｉＣ繊維を含む。１以上のベースプライ１１２及び１以上のＣＭＣプライ１１４は、マンドレル１１０上で所望の形状又は形に組み立てられ、マンドレル１１０は除去される。マンドレル１１０の材料は、緻密化された構造体から溶解による、又は化学的な除去方法によって除去することができる任意の材料である。マンドレルの材料の適切な例は、特に限定されないが、ポリマー、他の溶解可能な材料、又は浸出可能な材料を含む。マンドレル１１０が除去された後、１以上のベースプライ１１２及び１以上のＣＭＣプライ１１４は緻密化される。緻密化は、特に限定されないが、溶解浸透、化学蒸着、その他の適切な緻密化方法を含む。緻密化の後、緻密化ベースプライ１１２及び１以上のＣＭＣプライ１１４は、図４に示すように、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティ１２０を有する予備成形ＣＭＣキャビティ１００を形成する。

一実施形態では、ベースプライ１１２は、マンドレル１１０に付着されるが、先端部材１３０に隣接しない。次に、１以上のセラミックマトリクス複合材（ＣＭＣ）プライ１１４が、図３に示すように、マンドレル１１０上の１以上のベースプライ１１２及び先端部材１３０に付着される。１以上のベースプライ１１２及び１以上のＣＭＣプライ１１４が、マンドレル１１０上で所望の形状又は形に組み立てられた後、その組立体はオートクレーブ処理され、次いでマンドレル１１０は、特に限定されないが、マンドレルの組成に応じて、溶出処理又は浸出処理などの方法によって除去される。マンドレル１１０が除去された後、１つ以上のベースプライ１１２及び１つ以上のＣＭＣプライ１１４、及び先端部材１３０は緻密化される。緻密化は、特に限定されないが、溶解浸透、化学蒸着、その他の適切な緻密化方法を含む。緻密化ベースプライ１１２及び１以上のＣＭＣプライ１１４、及び先端部材１３０は、図３及び図４に示すように、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティ１２０を有する予備成形ＣＭＣキャビティ１００を形成する。

図４に示すように、マンドレル１１０は除去され、キャビティ１２０は、マンドレル１１０の溶け出した後に残るマンドレル形状１１１によって形成される。図４にさらに示すように、一実施形態では、先端部材１３０の一部１３４は機械加工されて除去され、レイアップ治具２００（図６参照）のための位置形体１３６を作り出す。別の実施形態では、レイアップ治具２００のための位置形体１３６を作り出すように機械加工する必要はない。

図５〜図７に示すように、予備成形ＣＭＣキャビティ１００は、レイアップ治具２００（図６参照）で使用され、ＣＭＣ部品１０（図８参照）を形成する。図６に示すように、レイアップ治具２００は、正圧側１２及び負圧側１４、ダブテール２４及びプラットフォーム２６を含むＣＭＣ部品１０を作るため、又は予備成形するために使用することができる。一般的に、レイアップ治具２００は、互いに当接して一体的に締結されるように構成された、第１の組の相対する側部２０２、２０４を含む。図６に示すように、側部２０２、２０４は、ＣＭＣ部品１０用の金型として構成することができる。側部２０２、２０４は、ＣＭＣ部品１０を所望の形状に作ることができるように設計された第１のレイアップ面２０６を含み得る。治具２００はさらに、翼形部及びダブテール２４（或いは、代替の実施形態では動翼代品（ｂｌａｄｅ ｓｕｒｒｏｇａｔｅ））のそれぞれを加圧するように構成された第２の組の相対する側部２０８を含む。治具２００は、ダブテール金型２１２及び／又は橋部２１４、或いは、ベースプライ１１２及びＣＭＣプライ１１４などのレイアッププリフォーム材料を選択的に構成可能な表面を提供する他の構造を含み得る。一実施形態では、ダブテール金型２１２はさらに、例えば、第１のレイアップ面といった、レイアップ面を画成してもよい。別の実施形態では、ダブテール金型２１２は、翼形部、ダブテールプリフォーム、及び一体型プラットフォームプリフォームが共に緻密化されるように構成されている。

図７に示すように、部品１０の形成において、第１のベースプライ６００がレイアップ治具２００の第１の面２０６に付着される。次に、第１の組のＣＭＣプライ６０２が第１のベースプライ６００に隣接して付着される。次に、予備成形ＣＭＣキャビティ１００が第１の組のＣＭＣプライ６０２に隣接して付着される。次に、第２の組のＣＭＣプライ６０４が予備成形ＣＭＣキャビティ１００に隣接して付着される。第２のベースプライ６０６は、第２の組のＣＭＣプライ６０４に隣接し、かつ、レイアップ治具２００の第２の面２０７に隣接して付着される。それらすべて、すなわち第１のベースプライ６００、第１の組のＣＭＣプライ６０２、予備成形ＣＭＣキャビティ１００、第２の組のＣＭＣプライ６０４、及び第２のベースプライ６０６がレイアップ治具２００に据え付けられた後、オートクレーブサイクルが完了する。第１のベースプライ６００、第１の組のＣＭＣプライ６０２、予備成形ＣＭＣキャビティ１００、第２の組のＣＭＣプライ６０４、及び第２のベースプライ６０６を含むレイアップ治具は、複合材料において業界で一般的に使用される、オートクレーブでの圧力及び温度のサイクルに曝される。オートクレーブすることで、プライ内に残っているいずれの揮発性物質も抽出され、また、オートクレーブの条件はプライの材料に依拠して異なっていてもよい。オートクレーブの後、所望の形状を有する予備成形部品が得られる。予備成形部品は、治具から取り外されて燃焼処理が施され、予備成形部品内に残っているマンドレルの材料又は添加された結合剤が除去される。燃焼処理は、通常、約４２６〜６４８℃（約８００〜１２００°Ｆ）の温度で行われる。燃焼の後、予備成形部品は、緻密化するために真空炉に入れられる。緻密化は、シリコンその他の材料が予備成形部品内に溶解浸透することができるように、雰囲気が１２００℃を越える温度で確立された真空炉において実施することができる。緻密化の間、部品１０のような形状を有し、第１のベースプライ６００、第１の組のＣＭＣプライ６０２、予備成形ＣＭＣキャビティ１００、第２の組のＣＭＣプライ６０４、及び第２のベースプライ６０６を含む予備成形部品は、シリコンその他の材料で溶解浸透され、ＣＭＣ部品１０の強度が増すことになる。

予備成形ＣＭＣキャビティ１００を形成する方法９００が図９に示される。方法９００は、レイアップ治具を用意するステップ９０１を含む。方法９００は、マンドレル１１０を用意するステップ９０３を含む（図３参照）。方法９００は、ベースプライ１１２をマンドレル１１０に取り付け、ベースプライ１１２を（存在する場合に）先端部材１３０に適宜取り付けるステップ９０５を含む（図３参照）。方法９００は、レイアップ治具にあるマンドレル１１０上のベースプライ１１２に隣接して１以上のＣＭＣプライ１１４をレイアップするステップ９０７を含む（図３参照）。方法９００は、マンドレル１１０を除去するステップ９０９を含む（図４参照）。マンドレル１１０が除去された後、ベースプライ１１２及び１以上のＣＭＣプライ１１４が緻密化されるステップ９１１がある。方法９００は、特に限定されないが、溶解又は浸出などの任意適切な方法を用いてマンドレル１１０を除去することを含む。緻密化のステップ９１１の後、予備成形ＣＭＣキャビティ１００は、図４に示すように、マンドレルの形状１１１に一致するキャビティ１２０を有した状態で残る。

ＣＭＣ部品１０を形成する方法１０００が図１０に示される。方法１０００は、レイアップ治具２００を用意するステップ１００１を含む（図６参照）。方法１０００は、レイアップ治具２００の第１の面２０６に第１のベースプライ６００を取り付けるステップ１００３を含む（図７参照）。方法１０００は、レイアップ治具の第１の面２０６上の第１のベースプライ６００に隣接して第１の組のＣＭＣプライ６０２をレイアップするステップ１００５を含む（図７参照）。方法１０００は、予備成形ＣＭＣキャビティ１００を用意するステップ１００７を含む（図５参照）。予備成形ＣＭＣキャビティ１００は、マンドレルの形状１１１に一致するキャビティ１２０を含み、緻密化ベースプライ１１２はキャビティ１２０を画成し、１以上の緻密化されたレイアップが緻密化ベースプライ１１２に付着される（図４参照）。方法１０００は、レイアップ治具２００の第１の組のＣＭＣプライ６０２に隣接して予備成形ＣＭＣキャビティ１００を配置するステップ１００９を含む（図７参照）。方法１０００は、レイアップ治具２００の予備成形ＣＭＣキャビティ１００に隣接して第２の組のＣＭＣプライ６０４をレイアップするステップ１０１１を含む（図７参照）。方法１０００は、第２の組のＣＭＣプライ６０４に、レイアップ治具２００の第２の面２０７に隣接する第２のベースプライ６０６を取り付けるステップ１０１３を含む（図７参照）。方法１０００は、ＣＭＣ部品１０を形成するため、第１のベースプライ６００、第１の組のＣＭＣプライ６０２、予備成形ＣＭＣキャビティ１００、第２の組のＣＭＣプライ６０４、及び第２のベースプライ６０６を緻密化するステップ１０１５を含む（図７参照）。緻密化するステップ１０１５の前に、それらすべてがレイアップ治具２００に据え付けられた後、第１のベースプライ６００、第１の組のＣＭＣプライ６０２、予備成形ＣＭＣキャビティ１００、第２の組のＣＭＣプライ６０４、及び第２のベースプライ６０６はオートクレーブされる。オートクレーブした後、所望の形状を有する予備成形部品がレイアップ治具２００から取り外され、燃焼サイクルが施される。燃焼の後、予備成形部品は、緻密化するために真空炉に入れられる。緻密化の後、形成されたＣＭＣ部品１０（図１参照）はそれの内部に形成されたキャビティ１２０を含む（図８参照）。形成の後、部品１０は機械加工され、付加的な材料を先端部材１３０から除去して先端蓋部１３８を形成することができる（図８参照）。

本発明について、好ましい実施形態を参照しつつ説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加え、均等物を本発明の構成要素に代えることができることを当業者なら理解するであろう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合するように多数の修正を加えることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するための企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲内にあるすべての実施形態を含むものとする。

１０ ＣＭＣ部品
２０ タービン動翼
２２ 翼形部
３０ 動翼先端部
１００ 予備成形ＣＭＣキャビティ
１３０ 先端部材
１３２ プライ
１１２ ベースプライ
１１０ マンドレル
１１４ ＣＭＣプライ
２００ レイアップ治具
２０２ 側部
２０４ 側部
２０６ 第１の面
２０７ 第２の面
６００ 第１のベースプライ
６０２ 第１の組のＣＭＣプライ
６０４ 第２の組のＣＭＣプライ
６０６ 第２のベースプライ

Claims (20)

1. セラミックマトリクス部品用の予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティを形成する方法であって、
   マンドレルを用意し、
   マンドレルにベースプライを取り付け、
   ベースプライに１以上のＣＭＣプライをレイアップし、
   マンドレルを除去し、
   ベースプライ及び１以上のＣＭＣプライを緻密化する
   ことを含んでなり、緻密化された後のベースプライ及び１以上のＣＭＣプライは、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有する、方法。
2. マンドレルにベースプライを取り付ける前に、先端部材をマンドレルに隣接して配列する追加の段階を含む、請求項１記載の方法。
3. マンドレルを除去した後に、先端部材を機械加工して付加的な材料を除去する追加の段階を含む、請求項２記載の方法。
4. マンドレルを除去した後に、第１の組のＣＭＣプライをレイアップ治具内でレイアップし、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティを、レイアップ治具内の第１の組のＣＭＣプライに適用する追加の段階を含む、請求項１記載の方法。
5. 予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティを適用した後に、第２の組のＣＭＣプライを予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティにレイアップする追加の段階を含む、請求項４記載の方法。
6. 第２の組のＣＭＣプライをレイアップした後に、レイアップ治具内の第１の組のＣＭＣプライ、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ、及び第２の組のＣＭＣプライを処理してセラミックマトリクス複合材部品を形成する追加の段階を含む、請求項５記載の方法。
7. 緻密化は、溶解浸透又は化学蒸着を含む、請求項１記載の方法。
8. マンドレルを除去することは、熱的又は化学的除去方法を含む、請求項１記載の方法。
9. セラミックマトリクス複合材部品用の予備成形セラミックマトリクス複合材であって、
   マンドレルの形状に一致するキャビティと、
   キャビティを画成する緻密化ベースプライと、
   緻密化ベースプライに付着された１以上の緻密化レイアッププライと
   を備えており、予備成形セラミックマトリクス複合材は、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有する、予備成形セラミックマトリクス複合材。
10. キャビティに先端部材を含む、請求項９記載の予備成形セラミックマトリクス複合材。
11. 先端部材は予備成形される、請求項９記載の予備成形セラミックマトリクス複合材。
12. セラミックマトリクス複合材部品は、タービン動翼、タービンノズル、タービンバケット、及びそれらの組合せである、請求項９記載の予備成形セラミックマトリクス複合材。
13. セラミックマトリクス複合材部品を形成する方法であって、
    第１の面及び第２の面を有するレイアップ治具を用意し、
    レイアップ治具の第１の面に第１のベースプライを取り付け、
    第１のベースプライに隣接して第１の組のＣＭＣプライをレイアップし、
    マンドレルの形状に一致するキャビティと、キャビティを画成する緻密化ベースプライと緻密化ベースプライに付着された１以上の緻密化されたレイアップとを備え、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有する予備成形セラミックマトリクス複合材を用意し、
    予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティをレイアップ治具内の第１の組のＣＭＣプライに隣接して配置し、
    予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティに隣接して第２の組のＣＭＣプライをレイアップし、
    第２の組のＣＭＣプライに、レイアップ治具の第２の面に隣接する第２のベースプライを取り付け、
    第１のベースプライ、第１の組のＣＭＣプライ、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ、第２の組のＣＭＣプライ、及び第２のベースプライを緻密化する
    ことを含んでなり、セラミックマトリクス複合材は、所望の形状及びその内部に形成されたキャビティを有して形成される、方法。
14. セラミックマトリクス複合材キャビティは先端部材を含む、請求項１３記載の方法。
15. 緻密化の後に、先端部材を予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ内に挿入する追加の段階を含む、請求項１３記載の方法。
16. 緻密化の後に、セラミックマトリクス複合材を所望の形状に機械加工する追加の段階を含む、請求項１３記載の方法。
17. 緻密化は、溶解浸透又は化学蒸着を含む、請求項１３記載の方法。
18. 第２のベースプライを取り付けた後に、第１のベースプライ、第１の組のＣＭＣプライ、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ、第２の組のＣＭＣプライ、及び第２のベースプライをオートクレーブする追加の段階を含む、請求項１３記載の方法。
19. オートクレーブした後に、治具を除去する追加の段階を含む、請求項１８記載の方法。
20. 治具を除去した後に、第１のベースプライ、第１の組のＣＭＣプライ、予備成形セラミックマトリクス複合材キャビティ、第２の組のＣＭＣプライ、及び第２のベースプライを燃焼する追加の段階を含む、請求項１９記載の方法。