JP2015502451A - 定方向流での化学気相浸透により緻密化させるために三次元形状をした多孔質基体を装填するための装置 - Google Patents

Abstract

定方向流での化学気相浸透によるプリフォームの緻密化のための浸透炉の反応チャンバに、主として長手方向に延びる三次元形状をした多孔質基体（２０）を装填するための装填装置（１０）であって、該装置は、互いに同心円状に配置されかつ緻密化対象である多孔質基体のための環状装填空間（１３）を互いの間に画定する第１、第２環状垂直壁（１１０、１１１）によって形成される少なくとも１つの環状装填台（１１）を備える。第１、第２プレート（１１２、１１３）がそれぞれ、環状装填空間（１３）の下部および上部を覆う。第１、第２環状垂直壁（１１０、１１１）は、支持要素（１１００、１１１０）を備え、支持要素（１１００、１１１０）は、緻密化対象である各基体をそれぞれ受けるための単位装填セル（１４）が互いの間に画定されるように環状装填空間（１３）に配置される。該装置は、ガス供給オリフィス（１１０２）とガス排出オリフィス（１１１２）とを各単位装填セル（１４）の近傍にさらに備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、特に熱構造複合材料から部品を作る際に用いられる化学気相浸透の技術に関する。本発明は、より詳細には、航空機エンジンブレードの製造に用いられる繊維プリフォームなどの複雑な三次元形状をした多孔質基体を、その内部にマトリックス材を蒸着することによって緻密化することに関する。

複合材料からなる部品、特に、耐火マトリックス材（例えば、炭素および／またはセラミック製）によって緻密化された耐火繊維プリフォーム（例えば、炭素繊維またはセラミック繊維を用いている）により構成された熱構造複合材料からなる部品を製造するためには、化学気相浸透法を用いるのが一般的である。そのような部品の例としては、炭素‐炭素（Ｃ‐Ｃ）複合材料からなる推進ノズル、Ｃ‐Ｃ複合材料からなる、特に航空機ブレーキ用のブレーキディスク、またはセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）からなるブレードが挙げられる。

化学気相浸透を用いた多孔質基体の緻密化は、化学気相浸透設備の反応チャンバに支持具を用いて基体を配置することと、基体を緻密化するために基体の内部に蒸着させる材料の前駆体である１つまたは複数の成分を含む反応ガスを反応チャンバ内に導入することとから成る。基体の内部の到達可能な空孔内にガスを分散させてガスの成分の分解またはガスの複数の成分間で起こる反応により所望の材料を基体の内部に蒸着できるように、浸透条件、特に反応ガスの組成および流量と反応チャンバ内の温度および圧力とが選択される。反応ガスは、反応チャンバに配置されかつ反応ガス入口が開口している予熱領域に通されることによって予熱されるのが一般的である。その方法は自由流れでの化学気相浸透法に相当する。

化学気相浸透用の工業設備では、緻密化法の処理量を向上させ、その結果として反応チャンバの負荷率を向上させるために、緻密化対象である複数の基体またはプリフォームを反応チャンバに同時に装填するのが一般的である。

環状の多孔質基体を化学気相浸透により緻密化するための方法および設備が、特に、文献ＵＳ２００４／２３７８９８およびＵＳ５９０４９５７に記載されている。しかし、それらの方法は実質的に、積層された環状の基体の緻密化に関しており、軸対称ではない形状を呈する基体の緻密化には適しない。

文献ＵＳ２００８／０１５２８０３には、装填器具であって、第１、第２プレートの間に配置されかつその周囲に緻密化対象である薄いプレート状の基体が放射状に配置される筒状のダクトを備える装填器具を用いることが記載されている。このように装填された器具を、上記筒状のダクトに接続される反応ガス導入口を有する浸透炉の反応チャンバ内に設置して反応ガスをダクト内に導入できるようにして、ガスを基体の主面に沿って実質的に放射状の流れ方向に分配させる。

しかし、その装填器具は、薄い矩形のプレートなどの薄くて形状が単純な基体の定方向流れでの緻密化に限られており、その器具では、ブレード用繊維プリフォームなどの複雑な三次元形状をした基体の均一な緻密化を達成できない。複雑な三次元形状をした基体上のガス流れを制御するのはより困難である。緻密化対象である基体群上の反応ガスの流れが制御できないと、基体に緻密化の勾配が発生する。基体の緻密化の均一性は、結果として得られる部品の機械的性能を左右する。

本発明の目的は、多孔質基体、特に主として長手方向に延びる三次元形状をした薄い基体を高い装填容量で緻密化できるようにする装填手段を提供するとともに、基体における緻密化の勾配を最小限に抑えることである。

この目的は、
少なくとも１つの環状装填台であって、互いに同心円状に配置されかつ緻密化対象である多孔質基体のための環状装填空間を互いの間に画定する第１環状垂直壁と第２環状垂直壁とによって形成される環状装填台と、
上記環状装填空間の下部および上部をそれぞれ覆う第１プレートおよび第２プレートと、を備え、
上記第１環状垂直壁および上記第２環状垂直壁のそれぞれは、上記環状装填空間に配置された複数の支持要素を備え、上記第１環状垂直壁の上記支持要素と上記第２環状垂直壁の上記支持要素とは、緻密化対象である各基体をそれぞれ受けるための単位装填セルが互いの間に画定されるように径方向に並んで配置され、
少なくとも１つのガス供給オリフィスと少なくとも１つのガス排出オリフィスとを各単位装填セルの近傍にさらに備える装填装置、によって達成される。

本発明の装填装置によれば、所定の設備で同時に緻密化できる基体の数を最適化すると同時に、各基体を均一に緻密化するように各基体における反応ガスの流れ方向を制御することが可能になる。このような多数の基体の緻密化は、流れが方向づけられていない場合のように基体同士が近接していると達成できない。

従って、本発明の方法によれば、薄い多孔質基体の緻密化が可能になるとともに、得られる部品の品質を向上させかつ反応チャンバの装填容積を増大させることが可能になる。

本発明の装填装置が反応チャンバに設置されると、装填装置は、ガスの流れが制御された小型反応器として作動する。この装置を用いれば、基体を装填したものを緻密化設備とは別にあらかじめ準備でき、リスクを伴わずに反応チャンバへ容易に搬送できる。これにより、チャンバの装填・脱装に要する時間が低減される。

本発明の装置の１つの実施形態において、各装填台の上記第１環状垂直壁は、少なくとも１つのガス供給オリフィスを各単位装填セルの近傍に備え、一方、各装填台の上記第２環状垂直壁は、少なくとも１つのガス排出オリフィスを各単位装填セルの近傍に備える。

本発明の１つの側面において、上記装填装置は、互いに積層されかつ上記第１、第２プレートの間に配置された複数の環状装填台を備える。

本発明の装置の別の実施形態において、上記第１プレートは、各単位装填セルに対応する位置にガス供給オリフィスを有し、一方、上記第２プレートは、各単位装填セルに対応する位置にガス排出オリフィスを有する。

本発明の１つの側面において、上記装填装置は、互いに積層されかつ上記第１、第２プレートの間に配置された複数の環状装填台を備える。

本発明の別の側面において、上記装填装置は、径寸法がそれぞれ異なる複数の環状装填台をさらに備え、該装填台が互いに同心円状に配置されている。

本発明はまた、主として長手方向に延びる三次元形状をした多孔質基体を化学気相浸透により緻密化するための設備であって、反応チャンバと、上記チャンバの第１の端部に位置する反応ガス導入管と、上記チャンバの上記第１の端部とは反対側の第２の端部の近傍に位置する排出管と、を備え、上記チャンバは主として長手方向に延びる三次元形状をした複数の多孔質基体を収容し、該基体は複数の装填台を備える本発明の装填装置に配置され、該装置の１つまたは複数の上記ガス供給オリフィスに、上記チャンバの上記反応ガス導入管を介して反応ガスが供給されることを特徴とする設備を提供する。

本発明はまた、主として長手方向に延びる三次元形状をした多孔質基体を化学気相浸透により緻密化するための設備であって、反応チャンバと、上記チャンバの第１の端部に位置する複数の反応ガス導入管と、上記チャンバの上記第１の端部とは反対側の第２の端部の近傍に位置する少なくとも１つの排出管と、を備え、上記チャンバは主として長手方向に延びる三次元形状をした複数の多孔質基体を収容し、該基体は１つまたは複数の装填装置に配置され、各装置は、複数の環状装填台であって、互いに積層されおよび／または同心円状に配置されかつそのガス供給オリフィスおよびガス排出オリフィスがそれぞれ上記第１プレートおよび第２プレートに形成されている複数の環状装填台を備え、各装置の１つまたは複数の上記ガス供給オリフィスに、上記チャンバの上記反応ガス導入管を介して反応ガスが供給されることを特徴とする設備を提供する。

特に、上記複数の装填装置は、同じ直径を有する装填装置であって、上記反応チャンバに並置されてもよく、または順に直径が減少する装填装置であって、ピラミッド構造になるように互いに積層されてもよい。

本発明の他の特徴および利点が、非限定的な例として添付の図面を参照して提示される本発明の具体的な実施形態に関する以下の説明から明らかになる。
図１は、本発明の一実施形態に係る装填装置の斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る装填装置の斜視図である。 図３は、多孔質基体を緻密化しているときの図１および図２の装置を示す部分断面図である。 図４は、本発明の別の実施形態に係る装填装置の斜視図である。 図５は、多孔質基体を緻密化しているときの図４の装置を示す部分断面図である。 図６は、本発明の別の実施形態に係る、積層された複数の装填台を備える装填装置の斜視図である。 図７は、多孔質基体を緻密化しているときの図６の装置を示す部分断面図である。 図８は、本発明の別の実施形態に係る、積層された複数の装填台を備える装填装置の斜視図である。 図９は、多孔質基体を緻密化しているときの図８の装置を示す部分断面図である。 図１０は、本発明の別の実施形態に係る、同心円状の複数の装填台を備える装填装置の斜視図である。 図１１は、本発明の別の実施形態に係る、同心円状の積層された複数の装填台を備える装填装置の斜視図である。 図１２は、積層された複数の装填台を備える図６に示すタイプの本発明の装填装置を用いて基体を装填した、化学気相浸透による緻密化のための設備を示す概略断面図である。 図１３は、積層された複数の装填台を備える図８に示すタイプの本発明の装填装置を用いて基体を装填した、化学気相浸透による緻密化のための設備を示す概略断面図である。 図１４は、本発明の化学気相浸透による緻密化のための設備における、積層された複数の装填台をそれぞれ備える複数の装填装置のピラミッド状の配置を示す概略断面図である。 図１５は、本発明の化学気相浸透による緻密化のための設備における、積層された複数の装填台を備える複数の装填装置を重ね合わせた配置を示す概略断面図である。

図１〜図３は、装填装置または器具１０を示しており、この装填装置１０は、緻密化対象である基体が装填されると、化学気相浸透用の工業設備の反応チャンバに挿入される。ここで説明する例では、器具１０は航空機エンジンブレード用の繊維プリフォーム２０を収容するように設計されている。

各プリフォーム２０は、両端部２１、２２の間を長手方向に延び、翼形部１２０と根元部１３０とを備え、根元部１３０は、例えば球状の断面を有する厚みの大きい部分により形成され、タング１３２により延長されている（図３）。翼形部１２０は、根元部１３０と先端部１２１との間を長手方向に延び、その断面において、翼形部１２０の吸引側および圧力側にそれぞれ対応する２つの面１２２、１２３を画定する可変厚の湾曲した外形を呈する。ここで説明する例では、翼形部１２０はまた、内側ブレードプラットフォーム１４０と外側ブレードプラットフォーム１６０とを有する。

ここで説明する装填装置１０は、第１内側環状垂直壁１１０と第２外側環状垂直壁１１１とから構成される環状装填台１１（図２）を備える。壁１１０、１１１は、互いの間にプリフォーム２０を装填するための環状空間１３が画定されるように、間隔保持部材１２によって互いに同心円状に保持される。各垂直壁には、ブレードプリフォーム２０の両端部２１、２２の一方を受けるための支持要素が設けられている。より正確に言えば、内側環状垂直壁１１０は、壁１１０の外周に均等に配置された切り欠き１１００を有する。切り欠き１１００は、プリフォーム２０の端部２１を受けるように設計されている。外側環状垂直壁１１１は、間隔保持材１２の下部に固定されるリング１１１０を有する。リング１１１０は、プリフォーム２０の端部２２を支持するためのものである。ここで説明する例では、リング１１１０はまた、隣り合うブレードの端部２２同士を隔離するための複数対の仕切り部材１１１１を備える。仕切り部材１１１１の各対は、プリフォーム２０を受けるための単位装填セル１４（図２）が画定されるように、切り欠き１１００と径方向に並んで配置される。プリフォーム２０が装填装置１０に配置されると、プリフォーム２０は壁１１０、１１１の間を径方向に延び、これにより器具の装填容量が最適化される。さらに、環状垂直壁において支持手段を用いることにより、装填装置と緻密化対象である基体との接触面積を最小限に抑えることができ、その結果反応ガスによる浸透が可能な面積を最適化できる。

本発明の第１実施形態によれば、壁１１０、１１１のそれぞれが複数のガス通気オリフィスを有する。より正確に言えば、内側環状垂直壁１１０は、２つの隣り合う単位装填セル１４に同時にガスが供給されるように２つの隣り合う切り欠きの間にそれぞれ配置されたオリフィス１１０２を有する。外側環状垂直壁１１１は、それぞれ単位装填セルに対応する位置に配置されたオリフィス１１１２を有する。

壁１１０、１１１の間に画定される環状装填空間１３は、その下部が第１プレート１１２によって閉じられ、その上部が第２プレート１１３によって閉じられる。第２プレート１１３は、反応ガスがオリフィス１１０２に供給されるように、緻密化設備または炉の反応チャンバへ反応ガスを供給するための配管に接続するための中央開口１１３０を有する。環状装填空間１３の良好な密閉を確保するために、内側環状垂直壁１１０は、その下端と上端とにそれぞれ配置された２つの環状シール部材１１０３、１１０４を有し、外側環状垂直壁１１１は、同様に、その下端と上端とにそれぞれ配置された２つの環状シール部材１１１３、１１１４を有する。

図３は、緻密化時の構成における装填装置１０、すなわち、プリフォーム２０が装填され、プレート１１２、１１３が壁１１０、１１１の下端と上端とにそれぞれ装着された状態の装填装置１０を示している。後にさらに詳述するように、装填装置１０は、反応ガス流Ｆｇが導入される化学気相浸透設備または炉の反応チャンバに配置される。反応ガス流Ｆｇは、内側環状垂直壁１１０のオリフィス１１０２を介して、環状装填空間１３に導入される。残留ガスは、外側環状垂直壁１１１のオリフィス１１１２を介して排出される。プリフォーム２０が装填装置１０に放射状に配置されるとともに、ガス通気オリフィス１１０２、１１１２が各単位装填セルに対応する位置に存在しているので、緻密化対象であるプリフォーム２０の全長にわたって可能な限りプリフォーム２０の近くに反応ガス流を導くことができ、これによりプリフォームの均一な緻密化を達成できる。

図４および図５は、装填装置３０を示しており、この装填装置３０は、反応ガス流を環状装填空間に通すためのオリフィスが装填空間を閉じるための環状プレートに設けられている点で上述した装置１０とは異なる。

図１および図２に示した装置１０と同様に、装填装置３０は、互いの間にプリフォーム２０を装填するための環状空間３３が画定されるように間隔保持部材３２によって互いに同心円状に保持された第１内側環状垂直壁３１０と第２外側環状垂直壁３１１とによって形成された環状装填台３１を備える。内側環状垂直壁３１０は切り欠き３１００を有し、一方外側環状垂直壁３１１は、間隔保持部材３２の下部に固定されかつ複数対の仕切り部材３１１１が設けられたリング３１１０を有する。仕切り部材３１１１の各対とそれに対向する切り欠き３１００との間に存在する空間が、プリフォーム２０のための単位装填セル３４を形成する。プリフォーム２０は、単位装填セル３４に配置され、壁３１０、３１１の間を径方向に延びる。

壁３１０、３１１の間に画定される環状装填空間３３は、その下部が第１環状プレート３１２によって閉じられ、その上部が第２環状プレート３１３によって閉じられ、環状シール部材３１０３、３１０４、３１１３、３１１４によってプレート３１２、３１３と壁３１０、３１１との間が良好に密閉される。

ここで説明する実施形態では、プレート３１２、３１３のそれぞれは、反応ガスを環状装填空間３３に通すためのオリフィスを有する。より正確に言えば、環状プレート３１２、３１３のそれぞれは、オリフィス３１２０、３１３２からなる複数の一連なりのオリフィス群であってそれぞれ各単位装填セル３４の下方または上方を径方向に延びるオリフィス群を有する。ここで説明する例では、下部環状プレート３１２は各単位装填セル３４の下方に一連なりの９つのオリフィスを有する。同様に、上部環状プレート３１３は、各単位装填セル３４の上方に一連なりの９つのオリフィスを有する。

装填装置３０では、反応ガス流Ｆｇが、オリフィス３１２０または３１３２から環状装填空間に導入され、その残留分はオリフィス３１３２または３１２０を介して排出される（図５）。これにより、各単位装填セル３４において、当該装填セルに沿って均等に配分された複数の反応ガス流路が生じ、それによってプリフォーム全体にガスを浴びせることができ、プリフォームの均一な緻密化を達成できる。

上述した装填装置は、単一の装填台、すなわち単一の環状装填空間を備える。しかし、本発明の装填装置は、浸透設備内の占有率に関して最適な相対関係で配置された複数の装填台を有してもよい。

本発明の第１の側面において、装填装置は、互いに積層された複数の環状装填台を有する。

図６および図７は、互いに積層された複数の環状装填台２１０、２２０、２３０、２４０、２５０を備える装填装置２００を示しており、互いに積層された複数の環状装填台２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は、それぞれ内側環状垂直壁２１００、２２００、２３００、２４００、２５００と外側環状垂直壁２１０１、２２０１、２３０１、２４０１、２５０１とによって形成され、両壁の間にそれぞれ環状装填空間２１０２、２２０２、２３０２、２４０２、２５０２を画定している。装填台２１０、２２０、２３０、２４０、２５０のそれぞれは、図１および図２を参照して上述した装填台１１の構造と同様の構造を有しており、簡略のためそれについて再度詳述はしない。

環状装填台２１０、２２０、２３０、２４０、２５０の間を密閉するために、環状シール部材２６０が各内側環状垂直壁２２００、２３００、２４００、２５００の上端に配置され、環状シール部材２６１が各外側環状垂直壁２２０１、２３０１、２４０１、２５０１の上端に配置されている。

環状装填台２５０によって構成される装填装置２００の下部は、第１環状プレート２７０によって、その環状プレート２７０と装填台２５０の内側外側環状垂直壁２５００、２５０１の下端との間に２つの環状シール部材２６２、２６３を介在させた状態で閉じられ、一方、環状装填台２１０によって構成される装填装置２００の上部は、第２環状プレート２７１によって、その環状プレート２７１と装填台２１０の内側外側環状垂直壁２１００、２１０１の上端との間に２つの環状シール部材２６４、２６５を介在させた状態で閉じられる。

装填台２１０、２２０、２３０、２４０、２５０にブレード繊維プリフォーム４０が装填されると、装填装置２００によって構成される積層体の中心に反応ガスが供給され、それにより、反応ガス流Ｆｇが、装填台２１０、２２０、２３０、２４０、２５０のそれぞれの環状装填空間２１０２、２２０２、２３０２、２４０２、２５０２に、内側環状垂直壁２１００、２２００、２３００、２４００、２５００のオリフィス２１１０、２２１０、２３１０、２４１０、２５１０を介して入り込む。環状装填空間２１０２、２２０２、２３０２、２４０２、２５０２を通過後、反応ガスの残留分は外側環状垂直壁２１０１、２２０１、２３０１、２４０１、２５０１のオリフィス２１１１、２２１１、２３１１、２４１１、２５１１を介して抜き出される。

図８および図９は、互いに積層されかつそれぞれ環状装填空間４１０２、４２０２、４３０２、４４０２、４５０２を画定する複数の環状装填台４１０、４２０、４３０、４４０、４５０を備える装填装置４００を示している。ブレード繊維プリフォーム５０が、これら環状装填空間のそれぞれに上述したように配置される。装填台４１０、４２０、４３０、４４０、４５０のそれぞれは、図４を参照して説明した装填台３１の構造と同様の構造を有しており、簡略のためそれについて再度詳述はしない。

環状装填台４１０、４２０、４３０、４４０、４５０の間を密閉するために、環状シール部材４６０が各内側環状垂直壁４２００、４３００、４４００、４５００の上端に配置され、環状シール部材４６１が各外側環状垂直壁４２０１、４３０１、４４０１、４５０１の上端に配置されている。

環状装填台４５０によって構成される装填装置４００の下部は、第１環状プレート４７０によって、その環状プレート４７０と装填台４１０の内側外側環状垂直壁４５００、４５０１の下端との間に２つの環状シール部材４６２、４６３を介在させた状態で閉じられ、一方、環状装填台４１０によって構成される装填装置４００の上部は、第２環状プレート４７１によって、その環状プレート４７２と装填台４１０の内側外側環状垂直壁４１００、４１０１の上端との間に２つの環状シール部材４６４、４６５を介在させた状態で閉じられる。

各プレート４７０、４７１は、それぞれオリフィス４７０１、４７１１からなる複数の一連なりのオリフィス群であって当該プレートに沿って径方向に延びる複数の一連なりのオリフィス群を有する。装填装置４００における繊維プリフォーム５０の緻密化時には、反応ガス流Ｆｇが、例えばオリフィス４７１１から導入され、環状装填空間４１０２、４２０２、４３０２、４４０２、４５０２を順に通過する。このような場合には、反応ガス残留分は、オリフィス４７０１を介して装填装置４００から排出される。当然ながら、反応ガスは、装置内を逆方向に流通させてもよい。すなわち、反応ガスをオリフィス４７０１を介して装置に導入し、オリフィス４７１１を介して排出してもよい。

装填装置４００のように、密閉プレートのオリフィスを介して反応ガスが供給される複数の環状装填台を備える装填装置を用いてブレード繊維プリフォームを緻密化する場合について、出願人は、ブレードプリフォームの翼部が２つの隣り合う装填台間で異なる方向を向いているとより良好な反応ガス流が得られることを確認した。より正確に言えば、図９に示すように、環状装填台４１０、４３０、４５０に存在するブレードプリフォーム５０が、それらの翼部５２０の吸引側の面５２２が対応する環状装填空間において時計回り方向を向くように配置され、一方、装填台４２０、４４０に存在するブレードプリフォーム５０が、それらの翼部５２０の吸引側の面５２２が対応する環状装填空間において反時計回り方向を向くように配置される。積層体におけるひとつの装填台と別の装填台との間で、ブレードプリフォームの圧力側（または吸引側）の面が時計回り方向と反時計回り方向とを交互に向くようにすることで、装填装置への反応ガス入口の最も近くに位置しているプリフォームと当該入口から最も遠くに位置しているプリフォームとの間でガスがより良好に配分され、その結果、装填装置においてより均一なプリフォームの緻密化を達成できる。

本発明の第２の側面において、装填装置は、互いに同心円状に配置された複数の環状装填台を備える。

図１０は、異なる直径を有しかつ互いに同心円状に配置された複数の環状装填台５１０、５２０、５３０を備える装填装置５００を示している。装填台５１０、５２０、５３０のそれぞれは、図４を参照して上述した装填台３１の構造と同様の構造を有しており、簡略のためそれについて再度詳述はしない。ここで説明する例では、装填装置は、順に直径が減少する４つの環状垂直壁５１００、５２００、５３００、５３０１を有する。装填台５１０は、環状垂直壁５１００、５２００によって画定される環状装填空間５１３を備える。装填台５２０は、環状垂直壁５２００、５３００によって画定される環状装填空間５２３を備える。最後に、装填台５３０は、環状垂直壁５３００、５３０１によって画定される環状装填空間５３３を備える。ブレード繊維プリフォーム６０は、各装填台５１０、５２０、５３０の環状装填空間５１３、５２３、５３３のそれぞれに装填される。

装填装置５００の下部は第１プレート５０２によって閉じられ、一方、装填装置５００の上部は環状の第２プレート５０３によって閉じられる。図４の装填装置３０について上述したように、プレート５０２、５０３のそれぞれは、反応ガスを環状装填空間に通すためのオリフィスを有する。

より正確に言えば、図１０に示すように、プレート５０３は、装填台５１０の環状装填空間５１３の全周にわたって配置された、オリフィス５０３０からなる複数の一連なりの第１オリフィス群を有し、各オリフィス群は各単位装填セル５１４の上方を径方向に延びている。同様に、プレート５０３は、装填台５２０の環状装填空間５２３の全周にわたって配置された、オリフィス５０３１からなる複数の一連なりの第２オリフィス群を有し、各オリフィス群は各単位装填セル５２４の上方を径方向に延びている。最後に、プレート５０３は、装填台５２０の環状装填空間５２３の全周にわたって配置された、オリフィス５０３２からなる複数の一連なりの第３オリフィス群を有し、各オリフィス群は各単位装填セル５３４の上方を径方向に延びている。第１、第２、第３のガス流通オリフィス群は、プレート５０２（図１０には図示せず）においても同様の仕方で形成されている。

装填装置５００の場合、反応ガスは、プレート５０２またはプレート５０３に形成されたガス流通オリフィスを介して環状装填空間５１３、５２３、５３３に導入され、その残留分は、プレート５０３またはプレート５０２に形成されたガス流通オリフィスを介して排出される。

異なる実施形態では、装填装置は、図１０に示すように異なる直径を有しかつ互いに同心円状に配置された複数の環状装填台であって、それぞれが図２を参照して上述した装填台１１の構造と同様の構造を有する複数の同心円状の環状装填台を備える。このような場合には、２つの隣り合う装填台に共通する環状垂直壁のガス流通オリフィスが、２つの隣り合う装填台の単位装填セルに開口するように配置される。このような場合には、第１装填台に導入される反応ガスの量が増し、それにより、反応ガスが流れるべき他の同心円状の装填台の全てに対して十分な量のガスが残存する。

本発明の装填装置はまた、複数の環状装填台であって、図１１に示すようにそのうちのいくつかが互いに同心円状に配置されその他が互いに積層された複数の環状装填台を備えてもよく、図１１は、図１０の装填装置５００と同様の、すなわちそれぞれが少なくとも３つの互いに同心円状に配置された装填台によって構成された５つのサブ装填装置６１０、６２０、６３０、６４０、６５０を備える装填装置６００を示している。５つのサブ装填装置６１０、６２０、６３０、６４０、６５０も互いに積層され、装填台６５０によって構成される積層体の下部がプレート６０２によって閉じられ、プレート６０２は、それぞれガス流通オリフィス６０２０、６０２１、６０２２からなる３種の一連なりのオリフィス群であって装填台６５０の環状装填空間の全周にわたって配置されたオリフィス群を有し、各オリフィス群は各単位装填セルの上方を径方向に延びている。同様に、装填台６１０によって構成される積層体の上部はプレート６０３によって閉じられ、プレート６０３は、それぞれガス流通オリフィス６０３０、６０３１、６０３２からなる３種の一連なりのオリフィス群であって装填台６１０の環状装填空間の全周にわたって配置されたオリフィス群を有し、各オリフィス群は各単位装填セルの上方を径方向に延びている。

本発明の装填装置は、１つの環状装填台を有するか、互いに積層されたまたは互いに同心円状に配置された複数の環状装填台を有するかに関わらず、収容した基体を独立して緻密化できる小型反応器として機能する。従って、緻密化炉または設備の反応チャンバの容量が許す場合には、複数の装置を単一のチャンバに配置してもよい。それゆえ、多数の装填構成を構想できる。

図１２は、緻密化対象である基体が装填された、化学気相浸透設備または炉の反応チャンバ７０を示す概略図である。チャンバ７０は、概ね円筒形状である。

基体を緻密化するために、蒸着すべきマトリックス材料の前駆体を１つまたは複数含む反応ガスがチャンバ７０に導入される。例えば、その材料が炭素である場合には、気体状の炭化水素化合物、典型的にはプロパン、メタン、または双方の混合物が使用される。材料が、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのセラミックである場合には、公知の方法でメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）をＳｉＣの前駆体として使用できる。

公知の方法で、多孔質基体の内部にマトリックス材料を蒸着することによって多孔質基体を緻密化するが、この材料は、多孔質基体の到達可能な内部空孔に分散する反応ガスに含まれている前駆体が分解して生成する。様々なマトリックス蒸着物を化学気相浸透によって得るために必要な温度圧力条件は公知である。

図示した例では、チャンバの上部に通じている導入管７１によって反応ガスが送られる。残留ガスは、吸引手段（図示せず）に接続された排出管７２を介してチャンバの下部から抜き出される。

誘導コイル（図示せず）に電磁気的に結合した二次回路を形成している黒鉛サセプタ７３によって、チャンバの内部が加熱される。サセプタ７３は、管７１が貫通している蓋７０ａと管７２が貫通している底部７０ｂとともに、チャンバの内部容積７４を画定している。底部と蓋も同様に黒鉛製である。

例えばブレード繊維プリフォームなどの多孔質基体を緻密化するために、下部プレート７５２と上部プレート７５３との間に配置された複数の装填台７５１からなる装填装置７５を用いて、チャンバ７０の内部容積７４にプリフォームを装填する。装填装置７５の構造および機能は図６および図７を参照して説明した装置２００の構造および機能と同様である。装置７５の装填台７５１に当該装填台の内壁７５１０に存在するガス供給オリフィス７５１１を介してガスが供給されるように、上部プレート７５３の中央開口７５３０が反応ガス導入管７１に接続される。装置７５の装填台７５１の外壁７５１２に存在する排出オリフィス７５１３を介して排出される残留ガスは、排出管７２を介してチャンバから抜き出される。装填装置７５での反応ガス流の流通は図７に示す通りである。

図１３は、化学気相浸透設備または炉の反応チャンバ８０の概略図であり、反応チャンバ８０の内部容積８４は、サセプタ８３と、複数の反応ガス供給管８１が貫通している蓋８０ａと、排出管８２が貫通している底部８０ｂとによって画定されている。例えばブレード繊維プリフォームなどの多孔質基体が、下部プレート８５２と上部プレート８５３との間に配置された複数の装填台８５１からなる装填装置８５を用いて、チャンバ８０内に装填される。装填装置８５の構造および機能は図８および図９を参照して説明した装置４００の構造および機能と同様である。装置８５の装填台８５１にガスを供給するために、上部プレート８５３の供給オリフィスが反応ガス導入管８１に接続される。下部プレート８５２に存在する排出オリフィス（図１３には図示せず）を介して排出される残留ガスは、排出管８２を介してチャンバから抜き出される。装填装置８５での反応ガス流の流通は図９に示す通りに行われる。

反応チャンバ８０には、例えばブレード繊維プリフォームなどの多孔質基体を、図１１のものと同様の装填装置を用いることによっても装填できる。

図１４は、ピラミッド構造を用いた、別の可能な装填構成を示している。この構成は、化学気相浸透設備または炉の反応チャンバ９０に、複数の装填装置、この例では直径が順に減少する３つの装填装置９１、９２、９３を積層してなる。装填装置９１、９２、９３の構造および機能は図８および図９を参照して説明した装置４００の構造および機能と同様である。反応ガスが装填装置９１、９２、９３に、各導入管９５ａ、９６ａ、９７ａを介して導入される。装填装置９１、９２、９３に生じる残留ガスは、各排出管９５ｂ、９６ｂ、９７ｂを介して排出される。

図１５に示すようなさらに別の可能な装填構成では、化学気相浸透設備または炉の反応チャンバ８００に、複数の装填装置、この例では同じ直径の４つの装填装置８０１〜８０４が積層される。装填装置８０１〜８０４の構造および機能は図８および図９を参照して説明した装置４００の構造および機能と同様である。反応ガスが装填装置８０１〜８０４に、各導入管８０５ａ、８０６ａ、８０７ａ、８０８ａを介して導入される。装填装置８０１〜８０４に生じる残留ガスは、各排出管８０５ｂ、８０６ｂ、８０７ｂ、８０８ｂを介して排出される。

例えば、本発明の装填装置の全ての構成要素（壁、プレート、基体支持要素など）は、黒鉛製であってもよく、膨張黒鉛製であってもよく、またはＣ／Ｃ複合材料製であってもよい。

それぞれ複数の装填台を備えうる複数の装填装置により構成される多重装填の場合、緻密化設備の調整は、１つ１つの装置により構成される各小型反応器に反応ガスを供給するようにするだけである。反応ガス流量は、供給対象である装置の数と装置１つあたりの装填台の数だけ単に倍増される。さらに、本発明の装填装置を用いることによって、大きなサイズの反応チャンバにおいて自由流れによる方法を用いる際に生じるようなデッドゾーンの流れの問題が解消される。

本発明の装填装置はまた、従来自由流れと併用される通常の器具とは対照的に、あらかじめ、すなわち浸透炉の技術的前提に関わりなく装填しておくことを可能にするとともに、緻密化対象である基体をより低いリスクで反応チャンバへ搬送できるという利点を有する。これにより、化学気相浸透炉の装填・脱装に要する時間が短縮され、取扱いがより容易になる。

Claims (12)

1. 定方向流での化学気相浸透によるプリフォームの緻密化のための浸透炉の反応チャンバに、主として長手方向に延びる三次元形状をした複数の多孔質基体（２０）を装填するための装填装置（１０）であって、
   少なくとも１つの環状装填台（１１）であって、互いに同心円状に配置されかつ緻密化対象である前記多孔質基体のための環状装填空間（１３）を互いの間に画定する第１環状垂直壁（１１０）と第２環状垂直壁（１１１）とによって形成される環状装填台（１１）と、
   前記環状装填空間（１３）の下部および上部をそれぞれ覆う第１プレート（１１２）および第２プレート（１１３）と、を備え、
   前記第１環状垂直壁（１１０）および前記第２環状垂直壁（１１１）のそれぞれは、前記環状装填空間（１３）に配置された複数の支持要素（１１００、１１１０）を備え、前記第１環状垂直壁の前記支持要素と前記第２環状垂直壁の前記支持要素とは、緻密化対象である各基体をそれぞれ受けるための単位装填セル（１４）が互いの間に画定されるように径方向に並んで配置され、
   少なくとも１つのガス供給オリフィス（１１０２）と少なくとも１つのガス排出オリフィス（１１１２）とを各単位装填セルの近傍にさらに備えることを特徴とする、装填装置。
2. 各装填台（１１）の前記第１環状垂直壁（１１０）は、少なくとも１つのガス供給オリフィス（１１０２）を各単位装填セル（１４）の近傍に備え、
   各装填台の前記第２環状垂直壁（１１１）は、少なくとも１つのガス排出オリフィス（１１１２）を各単位装填セル（１４）の近傍に備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 互いに積層されかつ前記第１、第２プレート（２７０、２７１）の間に配置された複数の環状装填台（２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１プレート（３１３）は、各単位装填セル（３４）に対応する位置にガス供給オリフィス（３１３２）を有し、
   前記第２プレート（３１２）は、各単位装填セル（３４）に対応する位置にガス供給オリフィス（３１２０）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 互いに積層されかつ前記第１、第２プレート（４７０、４７２）の間に配置された複数の環状装填台（４１０、４２０、４３０、４４０、４５０）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 径寸法がそれぞれ異なる複数の環状装填台（５１０、５２０、５３０）をさらに備え、該装填台が互いに同心円状に配置されていることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の装置。
7. 主として長手方向に延びる三次元形状をした多孔質基体を化学気相浸透により緻密化するための設備であって、
   反応チャンバ（７０）と、
   前記チャンバの第１の端部に位置する反応ガス導入管（７１）と、
   前記チャンバの前記第１の端部とは反対側の第２の端部の近傍に位置する排出管（７２）と、を備え、
   前記チャンバは、主として長手方向に延びる三次元形状をした複数の多孔質基体を収容し、
   前記基体は、請求項３、５、６のいずれか一項に記載の装填装置（７５）に配置され、
   前記装置の１つまたは複数の前記ガス供給オリフィスに、前記チャンバの前記反応ガス導入管を介して反応ガスが供給されることを特徴とする、設備。
8. 前記多孔質基体は、航空機エンジンブレード用の繊維プリフォームであることを特徴とする、請求項７に記載の設備。
9. 主として長手方向に延びる三次元形状をした多孔質基体を化学気相浸透により緻密化するための設備であって、
   反応チャンバ（８０）と、
   前記チャンバの第１の端部に位置する複数の反応ガス導入管（８１）と、
   前記チャンバの前記第１の端部とは反対側の第２の端部の近傍に位置する少なくとも１つの排出管（８２）と、を備え、
   前記チャンバは、主として長手方向に延びる三次元形状をした複数の多孔質基体を収容し、
   前記基体は、請求項５または請求項６に記載の少なくとも１つの装填装置（８５）に配置され、
   各装置の１つまたは複数の前記ガス供給オリフィスに、前記チャンバの前記反応ガス導入管（８１）を介して反応ガスが供給されることを特徴とする、設備。
10. 前記チャンバは、互いに積層された順に直径が減少する複数の装填装置（９１、９２、９３）を収容することを特徴とする、請求項９に記載の設備。
11. 前記チャンバは、互いに積層された同じ直径の複数の装填装置（８０１、８０２、８０３、８０４）を収容することを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の設備。
12. 前記多孔質基体は、航空機エンジンブレード用の繊維プリフォームであることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の設備。

Images