JP2015514026A5 - - Google Patents

Description

セラミック複合材料部品の製造方法

本発明は、一般にセラミック系製品及びその製造方法に関する。具体的には、本発明は、例えば、タービン翼形部品のチップシュラウドのような細かな特徴要素を有するセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）部品の製造方法に関する。

ガスタービンの効率を向上させるため、その作動温度を高めることが絶えず求められている。ニッケル基超合金の進歩を通してタービンを高温で作動させることができるようになったが、現在研究が進められている代替材料には性能の大幅な変化が存在する。セラミック材料が顕著な例であり、それらの高温性能は冷却用空気の必要性を大幅に低減できる。本明細書でいうセラミック系材料には、均質セラミック材料並びにセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）が包含される。ＣＭＣ材料は、一般に、セラミック繊維強化材をセラミックマトリックス材料に埋め込んだものである。強化材には、マトリックス材料中に分散させた不連続短繊維、或いはマトリックス材料中で配向した連続繊維又は繊維束がある。強化材は、マトリックス（母材）が割れたときにＣＭＣの耐荷重成分として機能する。一方、セラミックマトリックスは、強化材を保護し、その繊維の配向を維持し、強化材に加わる荷重を散逸させる働きをする。マトリックス材料及び／又は強化材としての炭化ケイ素（ＳｉＣ）のようなケイ素系複合材料は、高温用途、例えば、航空機用ガスタービンエンジン及び発電産業で用いられる陸用ガスタービンエンジンを始めとするガスタービンの高温部品に対して特に興味深いものである。連続繊維強化セラミック複合材料（ＣＦＣＣ）は、シュラウド、燃焼器ライナ、静翼（ノズル）、動翼（バケット）その他のガスタービンの高温部品を始めとする、様々な高温耐荷重用途に軽量・高強度及び高剛性をもたらすタイプのＣＭＣである。注目すべき例として、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社によって開発されたＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）という名称のＣＦＣＣ材料は、炭化ケイ素及び元素態ケイ素又はケイ素合金のマトリックス中に炭化ケイ素連続繊維を含んでいる。

ＣＭＣ材料、特にＳｉＣ／Ｓｉ−ＳｉＣ（繊維／マトリックス）ＣＦＣＣ材料及び製造方法の例は、米国特許第５０１５５４０号、同第５３３０８５４号、同第５３３６３５０号、同第５６２８９３８号、同第６０２４８９８号、同第６２５８７３７号、同第６４０３１５８号及び同第６５０３４４１号明細書並びに米国特許出願公開第２００４／００６７３１６号明細書に開示されている。そうした方法の１つは「プリプレグ」溶融含浸（ＭＩ）として知られており、広義には、各々、所望の強化材とＣＭＣマトリックス材料の前駆体と１種類以上のバインダーとを含むテープ状構造の形態にある複数のプリプレグ層を用いてＣＭＣを製造することを含む。

説明のため、ガスタービンエンジンの低圧タービン（ＬＰＴ）ブレード１０を図１に示す。ブレード１０は、ＣＭＣ材料を始めとするセラミック系材料から製造できる部品の一例である。図示したブレード１０は、公知のタイプのものであり、航空機用ガスタービンエンジンのタービンセクションのディスク又はロータ（図示せず）に取り付けることができる。そのため、ブレード１０は、ディスクの外周に形成された相補形ダブテールスロットとの係合によってブレード１０をタービンディスクに植設するためのダブテール１２を含むものとして示してある。図１に示すように、その係合特徴要素は、ダブテールスロットによって画成されるくぼみと係合する突出部（タングと呼ばれる）を備えているが、その他の係合特徴要素も使用できる。ブレード１０は、さらに、ダブテール１２が画成されているシャンク１８から翼形部１６を隔てるプラットホーム１４を有するものとして示してある。ブレード１０はさらにブレードチップシュラウド２０を備えており、ブレードチップシュラウド２０は、同じ段落の隣接ブレードのチップシュラウドと共に、ブレードの振動を低減し、気流特性を改善することのできるバンドをブレードの周りに画成する。ブレードチップシュラウド２０にシール歯２２を導入すると、ブレード１０とブレードチップの周囲のシュラウドとの間の燃焼ガスの漏れの低減によって、タービンの効率をさらに向上させることができる。チップシュラウド２０は、エンジン作動時に高温燃焼ガスに直接暴露され、高い遠心荷重を受けるため、非常に厳しい材料要件が課される。

セラミック系タービンブレードを製造するための最先端のアプローチは、製造プロセスにおいて、ダブテール１２、プラットホーム１４、翼形部１６及びチップシュラウド２０を単体として統合・一体化することを含んでおり、金属製のブレードの製造に現在用いられている慣用インベストメント鋳造技術によく似ている。しかし、チップシュラウド２０は（ダブテール１２及びプラットホーム１４と共に）、ブレード１０の細かな幾何学的特徴要素に相当し、ＣＭＣ部品をタービン用途に手頃で生産可能な設計として設計、製造及び一体化する上で課題となる。例えば、ＣＭＣ材料を用いてチップシュラウド２０を翼形部１６と一体化するプロセスは、設計及び製造プロセスに複雑さを生じ、コストがかかりすぎて経済的に実施できなくなるおそれがある。さらに、典型的なＣＭＣ材料の破壊歪み（strain to failure）性能の低さは、ＣＭＣ材料をシュラウド付きブレード設計で実現する上で追加の課題をもたらす。

米国特許出願公開第２０１１／０２９３８２８号明細書

本発明は、セラミック材料を含有する部品の製造方法であって、部品の細かな幾何学的特徴要素もセラミック材料から形成されていて完全に一体化された堅固な部品を与える方法を提供する。

本発明の第１の態様では、第１の領域と、第１の領域よりも第２の領域の幾何学的形状を複雑にする１以上の軸外幾何学的特徴要素を有する１以上の第２の領域とを含む部品の製造方法を提供する。本方法は、部品の第１の領域を、セラミック材料前駆体中に強化材を含有するプライで形成することを含む。プライは、少なくとも第２の組のプライと第３の組のプライの間に少なくとも第１の組のプライを含んでいる。次いで、第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の遠位端部を第１の組のプライから離れるように折り曲げて、第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の折り曲げられた遠位端部を、部品の第１の領域内の第１の組のプライに対して横断方向に配向させる。さらに、第２の組のプライの折り曲げられた遠位端部間及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部間に、第４の組のプライを挟み込む。しかる後、第１、第２、第３及び第４の組のプライを合体、硬化させて、第１の組のプライと第２及び第３の組のプライの折り曲げられなかった部分とで部品の第１の領域を画成し、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部で部品の第２の領域を画成せしめる。

本発明の好ましい態様では、上述の方法で製造される部品は、非限定的な例として、ガスタービンの翼形部品であってもよい。

本発明の別の態様では、翼形部と、翼形部よりもチップシュラウドの幾何学的形状を複雑にする１以上の軸外幾何学的特徴要素を有するチップシュラウドと、１以上のシール歯とを備えるタービンブレードを製造することを含む方法を提供する。本方法は、タービンブレードの翼形部を、セラミック材料前駆体中に強化材を含有するプライで形成することを含む。プライは、少なくとも第２の組のプライと第３の組のプライの間に少なくとも第１の組のプライを含んでいる。次いで、第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の遠位端部を第１の組のプライから離れるように折り曲げて、第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の折り曲げられた遠位端部を、タービンブレードの翼形部内の第１の組のプライに対して横断方向に配向させる。さらに、第２組のプライの折り曲げられた遠位端部間及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部間に、第４の組のプライを挟み込む。少なくともタービンブレードのシール歯は、セラミック材料前駆体中に強化材を含有する第５の組のプライで形成される。第５の組のプライは、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとで画成される表面に適用される。さらに、第５の組のプライは、第２及び第３の組のプライの各々の折り曲げられた遠位端部の上に重なる第１の部分と、翼形部と整列し、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部に対して横断方向に配向した第２の部分をもつように折り曲げられる。しかる後に、第１、第２、第３、第４及び第５の組のプライを合体、硬化させて、第１の組のプライと第２及び第３の組のプライの折り曲げられなかった部分とでタービンブレードの翼形部を画成し、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部でタービンブレードのチップシュラウドを画成し、第５の組のプライでタービンブレードのシール歯を画成せしめる。

本発明の技術的効果は、ＣＭＣタービンブレードのチップシュラウドのように、細かな幾何学的特徴要素が一体形成されたＣＭＣ部品を製造できることであり、その利点としては、強度性能の向上、効果的な荷重伝達が挙げられる。

本発明のその他の特徴及び利点については、以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。

本発明の実施形態によってＣＭＣ材料から形成できるタイプのタービンブレードの概略を示す斜視図である。 タービンブレード（図１のタービンブレードなど）のチップ領域の概略を示す斜視図であり、本発明の実施形態によってプリプレグプライからブレードの翼形部及び一体チップシュラウドの製造を示す。 図２と同様の図であるが、本発明の好ましい態様による一体チップシュラウドの製造の際の最初の工程を分かり易く示すため内部プリプレグプライを省略してある。 図２と同様の図であるが、本発明の好ましい態様による一体チップシュラウドの製造の際の最初の工程を分かり易く示すため内部プリプレグプライを省略してある。 タービンブレードの翼弦長中央部近傍で翼長方向に切り取った一体チップシュラウドの断面図であり、タービンブレードの一体チップシュラウドの製造時にプリプレグ層インサートを翼形部内のプリプレグ層に挟み込むことによって得られる内部積層構造の詳細を示す。 ＣＭＣ材料から形成されたタービンブレードの凸面又は凹面側から見た図であり、本発明の実施形態に係る一体シュラウド及び一体シール歯を備えるブレードを示す。 ＣＭＣ材料から形成されたタービンブレードの凸面又は凹面側から見た図であり、本発明の別の実施形態に係る一体シュラウド及び２つの一体シール歯とを備えるブレードを示す。

以下、ＣＭＣ材料を含有し、１以上の細かな幾何学的特徴要素を有する部品の製造方法に関して本発明を説明する。様々な用途が想定され可能であるが、特に興味深い用途としては、高温用途、例えば、陸用及び航空機用ガスタービンエンジンを始めとするガスタービンの部品がある。特に興味深いのは、チップシュラウドが組み込まれたＣＭＣタービンブレードであり、以下の説明の一例として図１のブレード１０が挙げられる。本発明は多種多様なセラミック系材料に応用できるが、本発明で特に興味深いセラミック系材料はケイ素を含有するＣＭＣ材料であると思料され、強化材及び／又はマトリックス材料として炭化ケイ素を含有するＣＭＣ、例えば、炭化ケイ素マトリックス中の炭化ケイ素連続繊維などである。ただし、その他のセラミック系材料も本発明の技術的範囲に属し、その非限定的な例として、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）及び／又はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる繊維及び強化材が挙げられる。

当技術分野で公知の通り、ブレード１０の翼形部１６は、高温燃焼ガスに直接暴露され、略直線的な幾何学的形状をもつので、セラミック系材料、特にＣＭＣ材料から製造するのに格好の候補である。翼形部１６がその主たる翼長（スパン）方向軸に沿って略直線的な幾何形状を有しているのに対して、チップシュラウド２０はブレード１０の翼長方向に対して横断方向に配向した幾何学的特徴要素を画成しているという点で、チップシュラウド２０はさらに複雑な幾何学的形状を有している。さらに、チップシュラウド２０の軸外幾何学的特徴要素は、エンジンの作動中に高い機械的荷重に付され、そのため完全にＣＭＣ材料からなるブレード１０を設計、製造及び一体化する上で大きな課題となる構造的接合性能（structural interface capabilities）を必要とする。本発明は、ＣＭＣ材料の高温性能の利点を活用しつつ、ＣＭＣ材料から複雑な幾何学的形状を生じさせる問題に対処した方法を提供する。特に、本発明の好ましい態様は、チップシュラウド２０を翼形部１６の少なくとも一部も形成するプリプレグプライで製造することができ、チップシュラウド２０が翼形部１６の完全に一体化された部分であって、翼形部１６と単体部品を形成するように製造することができる。

一体化された翼形部１６とチップシュラウド２０は、公知の方法を用いて製造されたセラミック材料（例えばプリプレグ）から製造することができる。具体例として、一体化された翼形部１６とチップシュラウド２０は上述のプリプレグ溶融含浸（ＭＩ）法によって製造することができ、複数のプリプレグは、１種類以上の所望の強化材と、ＣＭＣマトリックス材料の前駆体と、１種類以上のバインダーとを含むように形成される。プリプレグは、レイアップ後に、デバルクされ、高圧・高温に付しながら硬化され、場合によっては積層プリフォームを形成するための他の様々な処理工程に付される。しかる後、積層プリフォームを真空又は不活性雰囲気中で加熱（焼成）すると、バインダーが分解され、多孔質プリフォームが得られるが、これは次いで溶融含浸処理することができる。ＣＭＣ材料が炭化ケイ素セラミックマトリックス中に炭化ケイ素強化材を含んでいる場合（ＳｉＣ／ＳｉＣＣＭＣ材料）、細孔内に含浸させるのに溶融ケイ素が一般に用いられており、マトリックス中の炭素成分（炭素、炭素源又はカーボンチャー）と反応させて炭化ケイ素を形成し、細孔を満たす。ただし、以下の説明から明らかなように、本発明は、その他の種類及び組合せのＣＭＣ材料にも適用される。さらに、一体化された翼形部１６とチップシュラウド２０をプリプレグ以外の材料（例えば、強化材のプライをレイアップ後に含浸したもの）を使用して製造できることも明らかである。

翼形部１６の略直線的な幾何形状のため、最初のレイアッププロセスは特に複雑ではない。発明の好ましい態様では、チップシュラウド２０の製造には、翼形部１６の直線的幾何形状を画成するプリプレグを利用した追加の工程が含まれる。図２は、製造中の翼形部１６のブレードチップ領域の例を示しており、本発明の好ましい態様では、完全にＣＭＣ材料から形成することができ、上述のＣＭＣ方法で製造できる。図に示すように、翼形部１６及びチップシュラウド２０は複数のプリプレグプライから製造される。図２では、第１の組のプリプレグプライ２４は翼形部１６内の中央に位置するものとして示してあり、便宜上コアプライ２４と呼ぶ。さらに２組のプライ２６，２８が、コアプライ２４の両側、すなわち、それぞれ翼形部１６の凹面（正圧）側と凸面（負圧）側に位置するものとして示してある。最後に、翼形部１６は、翼形部１６の凹面３２及び凸面３４を画成するようにプライ２６及びプライ２８を覆う１以上のプライ３０を備えている。内部プライ２４，２６，２８の各々は、好ましくは、所望の強化材と、所望のセラミックマトリックス材料の適切な前駆体を含んでいるが、追加のプライ３０は好ましくは強化材を含んでいない。無強化材プライ３０で強化材含有プライ２４，２６，２８を包み込むことにより、製造プロセスの完了時に翼形部１６の表面に強化繊維が露出しないようにする。

なお、様々な数のプリプレグプライ２４，２６，２８、３０をブレード１０の翼形部１６の構造に組み込むことができる。図２に示すように、一組のプライ２６と一組のプライ２８は、略同数のプリプレグプライをなす。プライ２６及びプライ２８は、一様に成形された凹面３２及び凸面３４を達成しつつ、翼形部１６に適した厚さを形成するため、略等しい翼長方向長さと、略等しい翼弦方向幅をもつものとして示してあるが、それらの長さ及び幅は変化させてもよく、例えば、コアプライ２４に向かう或いはコアプライ２４から離れる方向に長さ及び／又は幅を増減させていわゆる段階的形成を生じてもよい。したがって、図２に示す特定の形状及び寸法以外のプライ２４，２６，２８の形状及び寸法も想定され、本発明の技術的範囲に属する。

図２にさらに示すように、プライ２４，２６，２８のみがブレード１０のチップ領域内まで延びており、これらのプライ２４，２６，２８は、チップシュラウド２０を形成するため追加のプリプレグプライ３６と集成される。プライ３６（以下インサートプライ３６という。)の各々は、好ましくは、強化材と、所望のセラミックマトリックス材料に適した前駆体を含有する。インサートプライ３６の強化材及びセラミックマトリックス材料は、必須ではないが、好ましくはプライ２４，２６，２８と同じである。図５でさらに詳しく説明するように、インサートプライ３６は、好ましくは、チップシュラウド２０の製造プロセス時にプライ２６及びプライ２８に挟み込まれるように組み立てられる。特に、プライ２６及びプライ２８は、コアプライ２４から遠ざかるように両側に個別に及び／又は限られた数で折り曲げられ、折り曲げられたプライ２６，２８は、翼形部１６の翼長方向に対して横断方向に配向され、インサートプライ３６は個別に又は限られた数で、折り曲げられたプライ２６，２８と集成される。プライ２６及びプライ２８と集成するため、各インサートプライ３６は、少なくともコアプライ２４によって、場合によってはさらにプライ２６及びプライ２８で画成される外周形状に対応する寸法及び形状の中心開口３８をもつように形成できる。

図２に示すように、プライ２４，２６，２８を折り曲げる前又はインサートプライ３６を追加する前に、まず１以上の保護プライ３６Ａがブレード１０のチップ領域に集成される。プライ３６Ａは、必須ではないが、好ましくはプライ３６のものと同じセラミックマトリックス材料である。プライ３６Ａは強化材を含有しておらず、製造プロセスの完了時にチップシュラウド２０の半径方向内側面に強化繊維を露出させない役割をする。プライ３６Ａはプライ２４，２６，２８，３６を環境から保護するものとして本明細書で説明されているが、同じ結果を達成する他の方法も想定される。例えば、翼形部１６の凹面３２及び凸面３４を画成する無強化材プライ３０が、ブレード１０のチップ領域まで続いていて、翼形部１６の翼長方向に対して横断方向に向くようにコアプライ２４から離れるように折り曲げてもよい。折り曲げられたプライ２６，２８の構成を作るために様々な方法を採用し得るが、図３及び図４は、凸面３４の湾曲に対応するため、プライ２８を折り曲げる前に分断させる特定の方法を表している。一方、プライ２６の端は、凹面３２の湾曲に起因する座屈を避けるために切除される。明確にするため、図３及び図４では、内部プライ２４，２６，２８が省略されている。また、図３及び図４では、最初にプライ２６，２８に所望の向きと形状を付与するとともに、その後の折り曲げ作業時に内部プライ２６，２８を支持するために用いられる工具も省略されている。

折り曲げ後、プライ２６及びプライ２８の形状及び寸法は、チップシュラウド２０の内部で分散される。この折り曲げプロセスの結果、翼形部１６の周囲に折り曲げられたプライ２６，２８の分散によって、不均一な厚さのチップシュラウド２０を生じる。そこで、インサートプライ３６は、折り曲げられたプライ２６，２８のみからチップシュラウド２０が構成された場合に生じる起伏の一部を補償するような寸法、形状及び配置にすることができる。図３及び図４に示すように、追加のインサートプライ断片４０の寸法及び形状は、プライ２６のトリム部分及びプライ２８の分断部分の間のチップシュラウド２０に残る隙間を埋めるように定められる。追加のインサートプライ断片４０の強化材及びセラミックマトリックス材料は、必須ではないが、好ましくはプライ３６と同じである。

図５は、チップシュラウド２０及びその挟み込まれたプライ２６，２８，３６の構成の別の図を示す。図５は、ブレード１０の翼弦長中央部（mid chordwise span）近傍でブレード１０の翼長方向に切り取った断面として示す、挟み込み技術で得られるチップシュラウド２０の内部積層構造を示す。具体的には、図５は、コアプライ２４（その１つのみを示す。）と、インサートプライ３６が挟み込まれたプライ２６，２８と、無強化材プライ３６Ａを示し、合体（consolidation）して積層プリフォームを形成すれば、焼成によってチップシュラウド２０を生じる。挟み込まれたプライ２６，２８，３６間の隙間及び相対的に大きめの隙間４６を含む、チップシュラウド２０内部の隙間は、ＣＭＣプロセスで用いられるタイプの含浸プロセスの際に埋めることができる。図５から明らかなように、得られるチップシュラウド２０は、別個に製造した後で翼形部１６に取り付けた構造とは対照的に、翼形部１６の完全な一体部分である。

図５は、さらに、チップシュラウド２０に組み込まれたシール歯２２の存在を示している。図６は、翼形部１６の凹面３２又は凸面３４側から見た図を表し、その前の工程で製造されたチップシュラウド２０にシール歯２２を取り付け構成するのに適した方法を示す。図６のシール歯２２を製造するため、プリプレグプライ４２をレイアップし、変形させて、プライ４２の第１の部分がチップシュラウド２０の最外面にならい、プライ４２の第２の部分がチップシュラウド２０と直交して翼形部１６と整列してシール歯２２を形成するものとして示してある。図６は、さらに、シール歯２２を形成するためのプライ４２の集成によって生じる隙間を埋める寸法及び形状のインサート４６の使用を示している。翼形部１６の凹面３２及び凸面３４並びにチップシュラウド２０の半径方向内側面を画成する無強化材プライ３０と同様、少なくとも最外プライ４２は、好ましくは、製造プロセスの完了時に繊維がシール歯２２の外面に露出しないように、強化材を含有せずに製造される。最内プライ４２は、好ましくはシール歯２２の強度を増大させるために強化材を含有する。以上の説明は翼形部１６がシール歯２２を１つしか備えていないものとして記載したがが、複数のシール歯２２を翼形部１６のチップシュラウド２０に導入することも本発明の技術的範囲に属する。例えば、図７は、翼形部１６のチップシュラウド２０に２つのシール歯２２を備える本発明の実施形態を示す。

当業者には明らかであろうが、所望の数のプリプレグプライ２４，２６，２８，３０，３６，３６Ａ，４２からチップシュラウド２０とシール歯２２を構築することに加え、プライ２４，２６，２８，３６，３６Ａ，４２は、翼形部１６、チップシュラウド２０及びシール歯２２の機械的特性を増進させるために望ましい配向を達成するようにレイアップすることができる。具体例として、チップシュラウド２０の形成に使用されるプリプレグプライ２４，２６，２８，３６が一方向整列連続強化材（例えば、一方向トウ及び／又は繊維）を含んでいる実施形態では、プライ２４，２６，２８が異なる繊維配向を有していてもよい。具体例では、プライ２４をレイアップする際に、それらの一方向強化材が、ブレード１０が植設されるタービンの半径方向と一致するブレード１０の翼長方向に配向するようにしてもよい。これは、プライ２６及びプライ２８の大半についてもいえる。さらに、（図５に示すように）２以上のプライ２６又は２８をひとまとめにして一緒に折り曲げ及び／又は２以上のインサートプライ３６をひとまとめにして挟み込む場合、その中の個々のプライ２６，２８又は３６の強化材の配向は異なっていても。同じことはシール歯２２を形成するプライ４２でも行うことができる。０度及び９０度以外の強化材の配向も想定される。

ブレード１０及びそのチップシュラウド２０の製造を完了するため、レイアップされたプリプレグプライ２４，２６，２８，３０，３６，３６Ａ，４２は、好ましくは、デバルクした後で硬化され、次いで焼成されるが、その際にバインダーは焼尽し、セラミック前駆体は強化材に対する所望のセラミックマトリックス材料へと変換される。適当な適切なデバルク、硬化及び焼成プロセス、並びにブレード１０の所望の最終形状及び特性を達成するために必要な追加のプロセスは、当分野で公知であり、これ以上の説明は不要であろう。

具体的な実施形態に関して本発明を説明したが、当業者であれば他の形態を採用し得ることは明らかである。したがって、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

１０ ブレード
１２ ダブテール
１４ プラットホーム
１６ 翼形部
１８ シャンク
２０ チップシュラウド
２２ シール歯
２４ 第１組の強化材含有プライ
２６ 第２組の強化材含有プライ
２８ 第３組の強化材含有プライ
３０ 無強化材プライ
３２ 凹面
３４ 凸面
３６ インサートプライ
３６Ａ 無強化材プライ
３８ 開口
４０ 追加インサートプライ断片
４２ プリプレグプライ
４６ 隙間

Claims (15)

1. 第１の領域と、第１の領域よりも第２の領域の幾何学的形状を複雑にする１以上の軸外幾何学的特徴要素を有する１以上の第２の領域とを含む部品の製造方法であって、
   部品の第１の領域を、セラミック材料前駆体中に強化材を含有するプライであって、少なくとも第２の組のプライと第３の組のプライの間に少なくとも第１の組のプライを含んでいるプライで形成する工程と、
   第２及び第３の組のプライの少なくとも一部を分断及び／又はトリミングして、第２の領域に隙間を導入する工程と、
   第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の折り曲げられた遠位端部が部品の第１の領域内の第１の組のプライに対して横断方向に配向するように、第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の遠位端部を第１の組のプライから離れるように折り曲げる工程と、
   第２の領域における第２及び第３の組のプライの分断部分及び／又は隣接トリム部分の間の隙間を、隙間を埋める寸法及び形状の追加インサートプライ断片で埋める工程と、
   第２の組のプライの折り曲げられた遠位端部の少なくとも幾つかの間及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部の少なくともいくつかの間に、第４の組のプライを挟み込む工程と、次いで
   第１の組のプライと第２及び第３の組のプライのうち第１の組のプライから離れるように折り曲げられなかった部分とが部品の第１の領域を画成し、かつ第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとが部品の第２の領域を画成するように、第１、第２、第３及び第４の組のプライを合体及び硬化させる工程と
   を含む方法。
2. 部品が、部品の少なくとも第３の領域であって、第１、第２、第３及び第４の組のプライを合体及び硬化させる前に第５の組のプライで形成された少なくとも第３の領域をさらに含むように製造され、当該方法が、
   セラミック材料前駆体中に強化材を含有する第５の組のプライを形成する工程と、
   第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとで画成される部品の第２の領域の表面に第５の組のプライを適用する工程であって、第２及び第３の組のプライの各々の折り曲げられた遠位端部の上に重なる第１の部分と、第１の領域と整列して、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部に対して横断方向に配向した第２の部分とをもつように、第５の組のプライを折り曲げる、工程と
   をさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部によって形成される部品の第２の領域と、第５の組のプライの第１及び第２の部分によって形成される部品の第３の領域との間に画成される隙間を埋めることをさらに含む、請求項２記載の方法。
4. 部品の第１の領域が、部品の第１の領域の第２及び第３の組のプライの最外層で画成される表面に重層された１組以上の無強化材プライをさらに含んでおり、無強化材プライが第２及び第３の組のプライに存在する強化材を含んでいない、請求項１記載の方法。
5. 無強化材プライの遠位端部を第１の領域の第１の組のプライから離れるように折り曲げて、無強化材プライの折り曲げられた遠位端部を第１の組のプライに対して横断方向に配向せしめ、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとで画成される部品の第２の領域の最外面に重層させることをさらに含む、請求項４記載の方法。
6. 第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとで画成される部品の第２の領域の最外面に重層された１組以上の保護プライをさらに含んでおり、保護プライが第２及び第３の組のプライに存在する強化材を含んでいない、請求項１記載の方法。
7. 第１の組のプライの遠位端部が、第２の組のプライ、第３の組のプライ又はそれらの組合せと同じ配向で折り曲げられる、請求項１記載の方法。
8. 第４の組のプライが、部品の第１の領域で画成される外周形状と対応する寸法及び形状の開口を含む、請求項１記載の方法。
9. 第２及び第３の組のプライが、部品の第１の領域に凹面及び凸面を画成するように形成される、請求項１記載の方法。
10. 第１、第２、第３及び第４の組のプライが、布材料の溶融含浸を含むプリプレグ法で形成されたプリプレグプライである、請求項１記載の方法。
11. 部品が翼形部品であり、翼形部品の第１の領域が翼形部であり、翼形部品の第２の領域がチップシュラウドである、請求項１記載の方法。
12. 翼形部と、翼形部よりもチップシュラウドの幾何学的形状を複雑にする１以上の軸外幾何学的特徴要素を有するチップシュラウドと、１以上のシール歯とを備えるタービンブレードの製造方法であって、
    タービンブレードの翼形部を、セラミック材料前駆体中に強化材を含有するプライであって、少なくとも第２の組のプライと第３の組のプライの間に少なくとも第１の組のプライを含んでいるプライで形成する工程と、
    第２及び第３の組のプライの層の少なくとも一部を分断及び／又はトリミングしてチップシュラウドに隙間を導入する工程と、
    第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の折り曲げられた遠位端部がタービンブレードの翼形部内の第１の組のプライに対して横断方向に配向するように、第２の組のプライ及び第３の組のプライの各々の遠位端部を第１の組のプライから離れるように折り曲げる工程と、
    チップシュラウドにおける第２及び第３の組のプライの分断部分及び／又は隣接トリム部分の間の隙間を、隙間を埋める寸法及び形状の追加インサートプライ断片で埋める工程と、
    第２の組のプライの折り曲げられた遠位端部間及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部間に第４の組のプライを挟み込む工程と、
    タービンブレードの少なくともシール歯を、セラミック材料前駆体中に強化材を含有する第５の組のプライで形成する工程であって、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとで画成される表面に第５の組のプライを適用して、第２及び第３の組のプライの各々の折り曲げられた遠位端部の上に重なる第１の部分と、翼形部と整列して第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部に対して横断方向に配向した第２の部分とをもつように、第５の組のプライを折り曲げる工程と、次いで
    第１の組のプライと第２及び第３の組のプライのうち第１の組のプライから離れるように折り曲げられなかった部分とがタービンブレードの翼形部を画成し、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとがタービンブレードのチップシュラウドを画成し、かつ第５の組のプライがタービンブレードのシール歯を画成するように、第１、第２、第３、第４及び第５の組のプライを合体及び硬化させる工程と
    を含む方法。
13. タービンブレードの翼形部が、第２及び第３の組のプライの最外層で画成されるタービンブレードの翼形部の表面に重層された１組以上の無強化材プライをさらに含んでおり、無強化材プライが第２及び第３の組のプライに存在する強化材を含んでいない、請求項１２記載の方法。
14. 無強化材プライの遠位端部を翼形部の第１の組のプライから離れるように折り曲げて、無強化材プライの折り曲げられた遠位端部を第１の組のプライに対して横断方向に配向せしめ、第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとで画成されるタービンブレードのチップシュラウドの最外面に重層させることをさらに含む、請求項１３記載の方法。
15. 第２及び第３の組のプライの折り曲げられた遠位端部とそれらの間に挟み込まれた第４の組のプライとで画成されるタービンブレードのチップシュラウドの最外面に重層された１組以上の保護プライをさらに含んでおり、保護プライが第２及び第３の組のプライに存在する強化材を含んでいない、請求項１２記載の方法。