JP2019007479A - マイクロチャネルを有するｃｍｃ部品およびｃｍｃ部品内にマイクロチャネルを形成するための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロチャネルを有するＣＭＣ部品およびＣＭＣ部品内にマイクロチャネルを形成するための方法を提供する。【解決手段】ＣＭＣ部品の本体を形成するための複数のボディプライ１２０をレイアップするステップと、マイクロチャネル１１６を形成するためにボイドを内部に有する複数のボディプライ上にマイクロチャネルプライ１２４をレイアップするステップと、ＣＭＣ部品の外層を画定するために、マイクロチャネルプライ上にカバープライ１２８をレイアップするステップと、ＣＭＣ部品を形成するために、レイアップされたボディプライ、マイクロチャネルプライ、およびカバープライを処理するステップと、を含む。本方法は、マイクロチャネルを画定するために、ボディプライに付加マトリックスを適用するステップを含むことができる。本方法は、複数のボディプライ内にマイクロチャネルを機械加工するステップを含むことができる。【選択図】図４Ｄ
Description
本主題は、一般的には複合部品に関する。より詳細には、本主題は、冷却機構を有するセラミックマトリックス複合材部品およびそのような冷却機構を形成するための方法に関する。
より一般的には、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料およびポリマーマトリックス複合材（ＰＭＣ）材料などの非伝統的な高温複合材料が、ガスタービンエンジンなどの用途に使用されている。このような材料から製造された部品は、例えば金属部品などの典型的な部品と比べ、優れた部品性能および／または高いエンジン温度を可能にすることができる高い温度性能を有する。しかしながら、複合部品は、一般に、金属部品に比べて著しく少ない冷却でよいか、または全く冷却を必要としないが、複合部品を冷却することは依然として望ましく、例えば部品の寿命を延ばして部品の性能をさらに向上させることなどができる。
ＣＭＣ部品などの複合部品に比較的小さい表面近傍の冷却チャネルを有する改良された部品およびそれを形成するための方法が有用であろう。特に、比較的小さな冷却チャネルを介した、複合部品の外面に近接して冷却流体の流れを導くチャネルなどの表面近傍冷却は、冷却効果を高め、それによって所望の冷却を達成するために必要な冷却流を減少させるのに有益であろう。別の例として、対流および膜冷却の最適な組み合わせを提供するように冷却チャネルのサイズおよび位置を最適化することができる複合部品およびそのような部品を形成するための方法が望ましいであろう。一般に、マイクロチャネルに冷却流体の流れを提供するための少なくとも１つのマイクロチャネルと供給導管とを画定することを含む複合部品を形成するための様々な方法が有利であろう。
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
本主題の１つの例示的な実施形態では、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネルを形成するための方法が提供される。本方法は、ＣＭＣ部品の本体を形成するための複数のボディプライをレイアップするステップと、複数のボディプライ上にマイクロチャネルプライをレイアップするステップであって、マイクロチャネルプライは、少なくとも１つのマイクロチャネルを形成するために少なくとも１つのボイドを内部に有する、ステップと、マイクロチャネルプライ上にカバープライをレイアップするステップであって、カバープライはＣＭＣ部品の外層を画定する、ステップと、ＣＭＣ部品を形成するために、レイアップされたボディプライ、マイクロチャネルプライ、およびカバープライを処理するステップと、を含む。
本主題の別の例示的な実施形態では、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネルを形成するための方法が提供される。本方法は、ＣＭＣ部品の本体を形成するための複数のボディプライをレイアップするステップと、複数のボディプライ内に少なくとも１つの供給導管を機械加工するステップと、少なくとも１つのマイクロチャネルを画定するために、ボディプライに付加マトリックスを適用するステップと、ＣＭＣ部品を形成するために、レイアップされたボディプライおよび付加マトリックスを処理するステップと、を含む。
本主題のさらなる例示的な実施形態では、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネルを形成するための方法が提供される。本方法は、ＣＭＣ部品の本体を形成するための複数のボディプライをレイアップするステップと、複数のボディプライ内に少なくとも１つのマイクロチャネルを機械加工するステップと、複数のボディプライ内に少なくとも１つの供給導管を機械加工するステップと、複数のボディプライ上にカバープライをレイアップするステップであって、カバープライはＣＭＣ部品の外層を画定するステップと、ＣＭＣ部品を形成するために、レイアップされたボディプライおよびカバープライを処理するステップと、を含む。
本発明の、これらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってより良く理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成するが、本発明の実施形態を示しており、本明細書における説明と併せて本発明の原理の説明に役立つ。
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照する。
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を指すために用いている。本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れについての相対的方向を示す。例えば、「上流」は流体がそこから流れる方向を示し、「下流」は流体がそこへ流れる方向を示す。
ここで図面を参照するが、図面全体を通して同一符号は同一要素を示しており、図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略的な断面図である。より具体的には、図１の実施形態では、ガスタービンエンジンは、高バイパスターボファンジェットエンジン１０であり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ぶ。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照のために提供される長手方向中心線１２と平行に延びる）および半径方向Ｒを規定する。一般に、ターボファンエンジン１０は、ファン部１４およびファン部１４の下流に配置されるコアタービンエンジン１６を含む。
図示した例示的なコアタービンエンジン１６は、一般的に、環状入口２０を画定する実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、直列の流れの関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機２２および高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機部と、燃焼部２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８および低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービン部と、ジェット排気ノズル部３２と、を収容する。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動的に連結する。低圧（ＬＰ）シャフトすなわちスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動的に連結する。
図示する実施形態では、ファン部１４は、ディスク４２に間隔を空けて結合された複数のファンブレード４０を有するファン３８を含む。図示するように、ファンブレード４０は、ほぼ半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延在する。ファンブレード４０およびディスク４２はともに、ＬＰシャフト３６によって長手方向軸１２の周りに回転可能である。いくつかの実施形態では、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的な回転ファン速度に下げるために、複数のギヤを有する動力ギヤボックスを含むことができる。
さらに図１の例示的な実施形態を参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭づけされた回転可能なフロントナセル４８で覆われている。さらに、例示的なファン部１４は、ファン３８および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向に取り囲む環状のファンケーシングまたは外側のナセル５０を含む。ナセル５０は、円周方向に離間して配置された複数の出口ガイドベーン５２により、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。さらに、ナセル５０の下流部５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分を覆うように延在してもよく、それらの間にバイパス空気流路５６を画定することができる。
ターボファンエンジン１０の動作時には、ある量の空気５８が、ナセル５０および／またはファン部１４の関連する入口６０を通ってターボファン１０に入る。ある量の空気５８がファンブレード４０を通過する際に、空気５８の第１の部分は、矢印６２で示すように、バイパス空気流路５６内に導かれまたは送られ、空気５８の第２の部分は、矢印６４で示すように、ＬＰ圧縮機２２内に導かれまたは送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比は、バイパス比として一般に知られている。空気の第２の部分６４の圧力は、その後に、空気の第２の部分６４が高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼部２６に送られるにつれて増加し、燃焼部２６では、燃料と混合され、燃焼されて燃焼ガス６６を供給する。
燃焼ガス６６はＨＰタービン２８を通って送られ、そこで燃焼ガス６６からの熱および／または運動エネルギーの一部は、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービンステータベーン６８と、ＨＰシャフトすなわちスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７０と、の連続段を通して抽出され、ＨＰシャフトすなわちスプール３４を回転させ、それによってＨＰ圧縮機２４の動作を支援する。その後に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、ＬＰタービン３０において、熱および運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合したＬＰタービンステータベーン７２とＬＰシャフトまたはスプール３６に結合したＬＰタービンロータブレード７４とからなる順次の段によって燃焼ガス６６から抽出されて、ＬＰシャフトまたはスプール３６を回転させ、したがってＬＰ圧縮機２２の動作および／またはファン３８の回転を支援する。
燃焼ガス６６は、続いてコアタービンエンジン１６のジェット排気ノズル部３２を通って送られて、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分６２がターボファン１０のファンノズル排気部７６から排出される前にバイパス空気流路５６を通って送られる際に、空気の第１の部分６２の圧力が実質的に増加し、また推進力を提供する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズル部３２は、コアタービンエンジン１６を通って燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を少なくとも部分的に画定する。
いくつかの実施形態では、ターボファンエンジン１０の部品、特に高温ガス経路７８内の部品は、高温性能を有する非金属材料であるセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料を含むことができる。このような部品に使用される例示的なＣＭＣ材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素、シリカ、もしくはアルミナマトリックス材料およびこれらの組み合わせを含むことができる。セラミック繊維は、母材内に埋め込むことができ、それは例えば、サファイアおよび炭化ケイ素などのモノフィラメント（例えば、Ｔｅｘｔｒｏｎ社のＳＣＳ−６）、ならびに、炭化ケイ素（例えば、日本カーボンのＮＩＣＡＬＯＮ（登録商標）、宇部興産のＴＹＲＡＮＮＯ（登録商標）、ダウコーニング社のＳＹＬＲＡＭＩＣ（登録商標））、アルミナケイ酸塩（例えば、Ｎｅｘｔｅｌ社の４４０および４８０）、およびチョップされたホイスカーと繊維（例えば、Ｎｅｘｔｅｌ社の４４０およびＳＡＦＦＩＬ（登録商標））を含むロービングと糸、ならびに任意選択的にセラミック粒子（例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、およびこれらの組み合わせの酸化物）および無機充填剤（例えば、パイロフィライト、ウォラストナイト、マイカ、タルク、カイヤナイト、およびモンモリロナイト）を含む酸化安定強化繊維などのセラミック繊維である。例えば、特定の実施形態では、セラミック耐火材料コーティングを含むことができる繊維の束が、一方向性強化テープなどの強化テープとして形成される。複数のテープを、（例えば、プライとして）互いにレイアップし、プリフォーム部品を形成することができる。繊維の束は、プリフォームを形成する前に、またはプリフォームの形成後にスラリー組成物を含浸させることができる。次いで、プリフォームに、硬化またはバーンアウトなどの熱処理を施して、プリフォーム中に多くの炭化物を残し、その後のケイ素による溶融浸透などの化学処理により、所望の化学組成を有するＣＭＣ材料で形成された部品を得ることができる。他の実施形態では、ＣＭＣ材料を、テープとしてではなく、例えば炭素繊維布として形成してもよい。
上述したように、ＣＭＣ材料を含む部品は、エンジン１０の燃焼部および／またはタービン部などの高温ガス経路７８内で使用することができる。しかしながら、ＣＭＣ部品は、圧縮機部および／またはファン部などの他の部分でも使用することができる。さらに、ＣＭＣ部品は、他の用途、例えば、部品が比較的高温にさらされている場合にも使用することができる。
図２は、本主題の例示的な実施形態によるＣＭＣ部品、より詳細にはＣＭＣ翼形部の概略的な軸方向断面図である。図２に示すように、ＣＭＣ翼形部１００は、凸状の負圧側面１０４に対向する凹状の正圧側面１０２を含む。翼形部１００の対向する正圧側面１０２および負圧側面１０４は、翼形部翼幅（図示せず）に沿って内端部と外端部との間に半径方向に延在する。さらに、翼形部１００の正圧側面１０２および負圧側面１０４は、前縁１０６と反対側の後縁１０８との間で軸方向に延在し、正圧側面１０２および負圧側面１０４は、ＣＭＣ翼形部１００の外面１１０を画定する。さらに、図示する実施形態では、環境バリアコーティング（ＥＢＣ）などのコーティング１１２が、外面１１０に塗布されている。
また、図２に示すように、ＣＭＣ翼形部１００は、冷却流体Ｆの流れ、例えばＨＰ圧縮機２４から迂回された加圧空気の流れを受け入れることができるキャビティ１１４を画定する。翼形部の外面１１０の近くのＣＭＣ翼形部１００内には、複数のマイクロチャネル１１６が画定されている。例えばマイクロチャネル１１６が外面１１０に近接しているので、供給導管１１８がキャビティ１１４からマイクロチャネル１１６まで延在して、冷却流体Ｆをマイクロチャネル１１６に供給し、翼形部１００の外面１１０を冷却する。マイクロチャネル１１６は、それらの比較的小さなサイズのためにそのように命名されているが、しかしながら、マイクロチャネル１１６は、本明細書でより詳細に説明するように、コーティング１１２の外面１１２ａを含む翼形部１００の外面１１０への対流および／または膜冷却の最適量を提供するための任意の適切なサイズを有してもよいことが理解されよう。マイクロチャネル１１６のサイズは、幅ｗ、深さｄ、および両端間の全長ｌ（図３）で表すことができる。マイクロチャネル１１６のサイズは、その断面積などの他の方法でも表現することができる。
図３は、コーティング１１２のない図２のＣＭＣ翼形部１００の一部の正圧側面図である。図３に示すように、いくつかの実施形態では、各マイクロチャネル１１６は、概して蛇行したパターンで画定される。さらに、図３には１つの供給導管１１８が示されているが、供給導管１１８がキャビティ１１４からそれぞれの蛇行したマイクロチャネル１１６まで延在してもよいことが理解されよう。他の実施形態では、各マイクロチャネル１１６は、図３に示すような概ね蛇行したパターンではなく、翼形部翼幅に沿って概ね半径方向または真っ直ぐに、あるいは、正圧側面１０２および負圧側面１０４のいずれかまたは両方に沿って概ね軸方向または真っ直ぐに延在してもよい。すなわち、各マイクロチャネル１１６は、概ね蛇行したパターンではなく、ほぼ直線に沿って延在してもよい。マイクロチャネル１１６は、他の形状またはパターンを有してもよい。マイクロチャネル１１６の特定の形状および／またはパターンは、例えば、マイクロチャネルを通る冷却流体Ｆの流れの冷却効率を最大にするように選択することができる。さらに、図２および図３におけるマイクロチャネル１１６の位置は単なる例示に過ぎず、１つまたは複数のマイクロチャネル１１６を任意の適切な位置に画定して、翼形部１００の所望の部分を冷却してもよいことが理解されよう。より詳細には、マイクロチャネル１１６の位置は、翼形部１００への対流および／または膜冷却の最適量を提供するように最適化されてもよい。
マイクロチャネル１１６は、様々な方法でＣＭＣ翼形部１００内に形成することができる。図４〜図６を参照すると、翼形部１００などのＣＭＣ部品内にマイクロチャネルを形成するための様々な例示的な方法が示されている。特に図４Ａ〜図４Ｅを参照すると、１つの例示的な方法は、図４Ａに示すように、ＣＭＣ材料の複数のプライ１２０を、ツール、マンドレル、モールド、または他の適切な支持装置または表面上に配置するステップを含む。複数のプライ１２０は、ＣＭＣ部品の本体１２２、例えばＣＭＣ翼形部１００を形成するための複数のＣＭＣプライであってもよく、したがってボディプライ１２０と呼ぶことができる。ボディプライ１２０によって形成された本体１２２は、冷却流Ｆを受け入れる図２および図３に示すキャビティ１１４などの、冷却流体の流れを受け入れるためのキャビティを画定することができる。
図４Ｂに示すように、ボディプライ１２０がレイアップされた後に、１つまたは複数のマイクロチャネルプライ１２４が複数のボディプライ１２０上にレイアップされる。ボディプライ１２０と同様に、マイクロチャネルプライ１２４は、マイクロチャネル領域１２６などのＣＭＣ部品の一部を形成するためのＣＭＣプライであってもよい。各マイクロチャネルプライ１２４は、その中に切断された１つまたは複数のボイドを有し、ボイドはマイクロチャネル１１６を画定する。マイクロチャネル１１６を画定するボイドは、例えばコネチカット州トランド（Ｔｏｌｌａｎｄ）のガーバーテクノロジー（Ｇｅｒｂｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）社による精密ガーバーカッターを使用してプライ１２４を精密に切断することによって、マイクロチャネルプライ１２４内に画定することができる。他の実施形態では、別のタイプのカッターまたは他の手段を使用してマイクロチャネルプライ１２４内にボイドを形成することができ、ボディプライ１２０とレイアップされると、そのボイドがＣＭＣ部品の１つまたは複数のマイクロチャネル１１６を画定する。プライ１２４内にボイドを画定するための他の適切な技術も同様に使用することができる。さらに、マイクロチャネル１１６は、任意の適切な形状またはパターン、例えば図３に示す概ね蛇行した形状、またはほぼ直線形状を有してもよく、図４Ｂの概略的な断面図は、２つの別個のマイクロチャネル１１６または１つの連続したマイクロチャネル１１６を示すことができる。
いくつかの実施形態では、マイクロチャネルプライ１２４が複数のボディプライ１２０上にレイアップされる前に、１つまたは複数の供給導管１１８をボディプライ１２０を貫通して画定することができる。他の実施形態では、図４Ｃに示すように、マイクロチャネルプライ１２４がボディプライ１２０上にレイアップされた後に、１つまたは複数の供給導管１１８をボディプライを貫通して画定することができる。供給導管１１８は、例えば放電加工（ＥＤＭ）、すなわちＥＤＭ穿孔、レーザー加工、精密加工、または他の適切な機械加工技術またはプロセスによってボディプライ１２０内に画定することができる。他の実施形態では、ボディプライ１２０のいくつかは、プライ１２０がプライレイアップに積み重ねられたときに供給導管１１８を画定するように、マイクロチャネルプライ１２４内に画定されたボイドと同様のボイドを内部に画定することができる。さらに、前述したように、各マイクロチャネル１１６に冷却流体Ｆの流れが供給されるように、キャビティ１１４などのキャビティから延在する少なくとも１つの供給導管１１８を各マイクロチャネル１１６に対して画定することができる。
次に、レイアップされたボディプライ１２０およびマイクロチャネルプライ１２４を部分的に処理することができる。例えば、本体およびマイクロチャネルプライ１２０、１２４のレイアップを圧縮し、次いで加圧滅菌器内で処理することができる。圧縮は大気中、すなわち室温で行うことができる。加圧滅菌処理は、標準的な加圧滅菌サイクルと比較して、低減した温度および圧力で、より短い時間で行うことができる。そのような低減され短縮された加圧滅菌サイクルの後に、ボディプライ１２０およびマイクロチャネルプライ１２４は、いくらかの可撓性および展性を保持する。そのような可撓性および展性は、他のプライのレイアップを助け、かつ／あるいは、ボディプライ１２０およびマイクロチャネルプライ１２４における他の特徴の画定を助けることができる。いくつかの実施形態では、部分的な処理を省略することができる。すなわち、圧縮および低減された条件での加圧滅菌は任意である。さらに、他の実施形態では、ボディプライ１２０およびマイクロチャネルプライ１２４のレイアップは、ボディプライ１２０内に１つまたは複数の供給導管１１８を画定する前に圧縮されてもよい。そのような実施形態では、ボディプライ１２０およびマイクロチャネルプライ１２４のレイアップを圧縮し、供給導管１１８をボディプライ１２０内に画定し、次いでレイアップを低減した加圧滅菌サイクルにかける。
次に、図４Ｄに示すように、少なくとも１つのカバープライ１２８が、少なくとも１つのマイクロチャネルプライ１２４上にレイアップされる。カバープライ１２８は、ＣＭＣ部品の外層１３０を画定するためのＣＭＣプライであってもよい。外層１３０は、ＣＭＣ部品の外面、例えばＣＭＣ翼形部１００の外面１１０を画定する。好ましくは、できるだけ少ないカバープライ１２８をマイクロチャネルプライ１２４上にレイアップして外層１３０をできるだけ薄く保ち、それにより、マイクロチャネル１１６を外層１３０および外面にできるだけ接近させて、部品への表面近傍冷却を提供する。しかしながら、ＣＭＣ部品に十分な構造を提供するために、例えば、ＣＭＣ部品の外層１３０を十分に画定するために、最小数のカバープライ１２８が必要とされてもよいことが理解されよう。
あるいは、１つまたは複数のマイクロチャネルプライ１２４をレイアップし、次いで１つまたは複数のカバープライ１２８をレイアップするのではなく、１つまたは複数のマイクロチャネルプライ１２４を１つまたは複数のカバープライ１２８と圧密化してもよい。次いで、圧密化されたプライ１２４、１２８をボディプライ１２０にレイアップしてもよい。供給導管１１８は、圧密化されたプライ１２４、１２８がボディプライ１２０にレイアップされる前または後にボディプライ１２０内に画定されてもよい。方法ステップは、様々な他の適切な順序で実行されてもよい。
プライ１２０、１２４、１２８のレイアップを処理してＣＭＣ部品を形成することができる。例えば、プライ１２０、１２４、１２８のレイアップは、前述したように、低減した温度および圧力の加圧滅菌サイクルではなく、標準的な加圧滅菌サイクルを用いて加圧滅菌することができる。次いで、部品は焼成（またはバーンオフ）および焼きしまりを受けて、単一部品である高密度化ＣＭＣ部品を製造することができる。すなわち、部品はＣＭＣ材料の連続片である。例えば、加圧滅菌の後に、部品を炉に入れて、ＣＭＣプライを形成するのに使用されるマンドレル形成材料および／または溶媒をバーンオフし、溶媒中のバインダーを分解し、次いでケイ素を有する炉に入れて、プライのセラミックマトリックス前駆体をＣＭＣ部品のマトリックスのセラミック材料に変換する。ケイ素が融解して、バーンオフ／焼成中の結合剤の分解の結果としてマトリックスに生じた気孔に浸入し、ケイ素によるＣＭＣ部品の溶融浸透がＣＭＣ部品を緻密化する。しかしながら、緻密化は、これらに限られるわけではないが、Ｓｉｌｃｏｍｐ、溶融浸透（ＭＩ）、化学蒸気浸透（ＣＶＩ）、ポリマー浸透および熱分解（ＰＩＰ）、ならびに酸化物／酸化物処理、など、任意の公知の緻密化技術を用いて行うことができる。一実施形態では、緻密化および焼成は、ケイ素または別の適切な１つまたは複数の材料の部品への溶融浸透を可能にするために、１２００℃を上回る温度で確立された雰囲気を有する真空炉または不活性雰囲気において行うことができる。
さらに、マイクロチャネル１１６および／または供給導管１１８は、圧縮および／または緻密化中にこれらのボイドの形状を維持するのを助けるために、ワックス、ポリマー、凝集体または他の適切な一過性の材料で充填されてもよい。例えば、マイクロチャネル１１６が形成された後に、マイクロチャネル１１６が一過性の材料で充填されてもよく、供給導管１１８が形成された後に、供給導管１１８が一過性の材料で充填されてもよい。一過性の材料は、緻密化の前、その間、またはその後に、例えば、溶融、浸出、燃焼または他の方法で除去することによって除去することができる。
任意選択的に、焼成および緻密化の後に、ＣＭＣ部品を、必要に応じて仕上げ加工し、図４Ｅに示すような環境バリアコーティング（ＥＢＣ）１１２などの１つまたは複数のコーティングでコーティングすることができる。もちろん、図４Ａ〜図４Ｅに関して説明した前述の方法は、単なる例示として提示するものである。一例として、ＣＭＣプライを圧縮および／または硬化させるための、ならびにＣＭＣ部品を緻密化するための他の公知の方法または技術を利用することができる。あるいは、これらのプロセスまたは他の公知のプロセスの任意の組み合わせを使用することができる。さらに、上述したように、本方法のいくつかの部分は、図４Ａ〜図４Ｅに示すものと異なる順序で実行されてもよい。
例示的な実施形態では、マイクロチャネル１１６の翼形部の外面１１０までの距離に対する各マイクロチャネル１１６のサイズは、約０．０２＜ｘ／ｄＨ＜３．５の範囲内であってもよく、ここで、ｘはカバープライ１２８の外層１３０厚さであり、ｄＨはマイクロチャネル１１６の水力直径である。さらに、マイクロチャネル１１６と外面１１０との間の距離（すなわち、ｘ）は、マイクロチャネルの長さｌに沿って変化してもよく、マイクロチャネル１１６の水力直径ｄＨも、マイクロチャネル長ｌに沿って変化してもよい。すなわち、水力直径ｄＨも、外面までの距離ｘも、マイクロチャネル１１６の長さｌに沿って一定である必要はない。
ここで図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、翼形部１００などのＣＭＣ部品内にマイクロチャネルを形成するための別の例示的な方法が示されている。図５Ａに示すように、この方法は、図４Ａに関して説明したように、例えばツール、マンドレル、モールド、または他の適切な支持装置または表面上に複数のボディプライ１２０をレイアップするステップを含む。複数のボディプライ１２０は、ＣＭＣ部品の本体１２２を形成し、本体１２２は、冷却流Ｆを受け入れる図２および図３に示すキャビティ１１４などの冷却流体の流れを受け入れるためのキャビティを画定することができる。図５Ｂに示すように、ボディプライ１２０がレイアップされた後に、１つまたは複数の供給導管１１８がボディプライ１２０を貫通して画定されてもよい。供給導管１１８は、図４Ｃに関して説明したような１つまたは複数の適切な機械加工プロセスまたは技術を用いてボディプライ１２０内に画定することができる。例えば、供給導管１１８は、ボディプライ１２０にＥＤＭ加工され、または他の方法で機械加工されてもよいし、あるいは他の実施形態では、ボディプライ１２０のいくつかは、プライ１２０がプライレイアップに積み重ねられたときにボイドが供給導管１１８を画定するようにボイドを画定してもよい。さらに、前述したように、少なくとも１つの供給導管１１８を各マイクロチャネル１１６に対して画定することができ、その形成については以下でより詳細に説明するが、各マイクロチャネル１１６に冷却流体Ｆの流れを供給することができる。
次に、内部に１つまたは複数の供給導管１１８が画定されたレイアップされたボディプライ１２０は、図４Ａ〜図４Ｅに関して前述したように部分的に処理されてもよい。例えば、ボディプライ１２０のレイアップを圧縮し、次いで加圧滅菌器内で処理することができる。圧縮は大気中、すなわち室温で行うことができる。加圧滅菌処理は、標準的な加圧滅菌サイクルと比較して、低減した温度および圧力で、より短い時間で行うことができる。このような低減された短い加圧滅菌サイクルの後に、ボディプライ１２０はいくらかの可撓性および展性を保持しており、他のプライのレイアップおよび／またはボディプライ１２０内の他の特徴の画定を助けることができる。いくつかの実施形態では、部分的な処理を省略することができる。すなわち、圧縮および低減された条件での加圧滅菌は任意である。さらに、他の実施形態では、ボディプライ１２０のレイアップは、ボディプライ１２０内に１つまたは複数の供給導管１１８を画定する前に圧縮されてもよい。そのような実施形態では、ボディプライ１２０のレイアップが圧縮され、供給導管１１８がボディプライ１２０内に画定され、次いでレイアップが低減した加圧滅菌サイクルを受ける。
次に、図５Ｃに示すように、少なくとも１つのマイクロチャネル１１６を有するＣＭＣ部品のマイクロチャネル領域１２６を画定するために、付加マトリックス１３２がボディプライ１２０のレイアップに適用される。マイクロチャネル１１６は、任意の適切な形状またはパターン、例えば図３に示す概ね蛇行した形状、またはほぼ直線形状を有してもよく、図５Ｃの概略的な断面図は、２つの別個のマイクロチャネル１１６または１つの連続したマイクロチャネル１１６を示すことができる。前述したように、少なくとも１つの供給導管１１８が、キャビティ１１４から各マイクロチャネル１１６まで延在し、マイクロチャネルに冷却流体Ｆの流れを供給することができる。図５Ｃにさらに示すように、付加マトリックス１３２は、少なくとも１つのマイクロチャネル１１６が外面に近接して画定されるように、例えば翼形部１００の外面１１０などのＣＭＣ部品の外面を画定する。このように、マイクロチャネル１１６を通る冷却流体Ｆの流れは、部品の外面に表面近傍冷却を提供する。
いくつかの実施形態では、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、複数の繊維またはピン１３３が、最も外側のボディプライ１２０の表面を超えて延在してもよく、その上に付加マトリックス１３２が適用される。例えば、複数のセラミック繊維またはピン１３３が、ボディプライ１２０の最外面から延在しているので、以下でより詳細に説明するように、付加マトリックス１３２がボディプライ１２０上に積層される際に繊維またはピン１３３が付加マトリックス１３２内に埋め込まれる。これにより、繊維またはピン１３３は、ボディプライ１２０と付加マトリックス１３２との間の融着を促進し、部品本体１２０とマイクロチャネル領域１２６との間に機械的インターロックを形成することができる。
例示的な実施形態では、付加マトリックス１３２はセラミックマトリックス材料であり、３Ｄ印刷プロセスなどの任意の適切な積層造形技術を用いて適用することができる。そのようなプロセスを使用することにより、図４Ｂに関して説明したようにボディプライ１２０にプライ１２４をレイアップする前に、１つまたは複数のマイクロチャネルプライ１２４内にボイドを画定するのではなく、付加マトリックスがボディプライ１２０に適用される際にマイクロチャネル１１６を形成することができる。したがって、本明細書に記載される積層造形法は、従来の製造方法を用いては不可能な方法で、様々な特徴、構成、厚さ、材料、密度、および流体流路を有する部品の製造を可能にすることができる。
本明細書で使用される場合、「積層造形された」または「積層造形技術またはプロセス」という用語は、一般に、材料の連続する層が互いの上に設けられて、層ごとに３次元（３Ｄ）部品を「ビルドアップ」する製造プロセスを指す。連続する層は、一般に互いに融着して、様々な一体的な下位部品を有することができるモノリシック部品を形成する。積層造形技術は、本明細書では、典型的には垂直方向に層ごとに一点ごとに対象物を構築することによって複雑な対象物の製造を可能にするものとして説明されているが、他の製造方法も可能であり、それは本主題の範囲内である。例えば、本明細書における説明は連続する層を形成するための材料の付加を指すが、本明細書に開示した方法および構造は、任意の積層造形法または積層造形技術を用いて実施できることを当業者は理解するであろう。例えば、本発明の実施形態は、層アディティブプロセス、層サブトラクティブプロセス、またはハイブリッドプロセスを使用することができる。
本開示による適切な積層造形技術には、例えば、融着堆積モデリング（ＦＤＭ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、インクジェットおよびレーザージェットなどの３Ｄ印刷、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、直接選択的レーザー焼結（ＤＳＬＳ）、電子ビーム焼結（ＥＢＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、レーザーエンジニアリングネットシェイピング（ＬＥＮＳ）、レーザーネットシェイプ製造（ＬＮＳＭ）、直接金属堆積（ＤＭＤ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）、直接選択的レーザー溶融（ＤＳＬＭ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）、積層対象物製造（ＬＯＭ）、バインダージェットプロセス、ならびに他の公知のプロセスが含まれる。
本明細書に記載した積層造形プロセスは、任意の適切な材料を使用して部品を形成するために使用することができる。例えば、材料は、プラスチック、金属、コンクリート、セラミック（細断されたセラミック繊維などまたはそれを含む）、ポリマー、エポキシ、フォトポリマー樹脂、または固体、液体、粉末、シート材料、ワイヤ、もしくは他の任意の適切な形態であり得る他の任意の適切な材料であってもよい。より具体的には、本主題の例示的な実施形態によれば、本明細書に記載される積層造形されたマイクロチャネル領域１２６は、限定はしないが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素、シリカ、細断されたセラミック繊維、またはアルミナマトリックス材料などのセラミックマトリックス材料を含む材料で、部分的に、全体に、または組み合わせて形成することができる。部品がＣＭＣ部品以外の複合部品、例えばポリマーマトリックス複合材部品である場合には、他の適切な複合マトリックス材料を使用してもよい。マイクロチャネル領域１２６を積層造形するための上記の材料は、本明細書に記載の積層造形プロセスでの使用に適した材料の例であり、一般に「付加材料」と呼ぶことができる。
加えて、当業者であれば理解するように、それらの材料を結合するための様々な材料および方法を用いることができ、かつ、これらは本開示の範囲内にあることが意図される。本明細書で用いられる「融着」への言及は、上記の材料のいずれかの結合層を作製するための任意の適切なプロセスを指すことができる。例えば、対象物がポリマーから作製されている場合には、融着は、ポリマー材料間の熱硬化性結合を生成することを指すことができる。対象物がエポキシである場合には、結合は、架橋プロセスにより形成することができる。材料がセラミックである場合には、結合は焼結プロセスにより形成することができる。材料が粉末金属である場合には、結合は溶融または焼結プロセスにより形成することができる。当業者であれば、積層造形法により部品を作製するために材料を融着させる他の方法が可能であり、ここで開示する主題をそれらの方法で実施することができることを理解するであろう。例えば、図５Ｂおよび図５Ｃに関してより詳細に説明するように、部品セグメント間に機械的インターロックを形成し、それによって１つまたは複数の層の融合を強化するための１つまたは複数の特徴を含めることができる。
さらに、本明細書に開示する積層造形プロセスは、単一の部品を複数の材料から形成することを可能にする。したがって、本明細書に記載される部品は、上記の材料の任意の適切な混合物から形成することができる。例えば、部品は、異なる材料、プロセス、および／または異なる積層造形装置を用いて形成された複数の層、セグメント、または部品を含むことができる。このようにして、任意の特定の用途の要求を満たすために異なる材料および材料特性を有する部品を構成することができる。
例示的な積層造形プロセスについてここで説明する。積層造形プロセスは、部品の３次元（３Ｄ）情報、例えば３次元コンピュータモデルを使用して部品を製造する。したがって、積層造形法によって形成された部品または部品の一部の３次元設計モデルを製造前に定義することができる。この点に関して、部品のモデルまたはプロトタイプをスキャンして、部品の３次元情報を決定することができる。別の例として、部品のモデルは、部品またはその関連部分の３次元設計モデルを定義するための適切なコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムを使用して構築することができる。
設計モデルは、部品の全体構成またはその付加部分の３Ｄ数値座標を含むことができ、それは部品の外面および内面の両方を含んでいる。例えば、設計モデルは、本体、表面、および／または開口部、支持構造などの内部流路を画定することができる。１つの例示的な実施形態では、３次元設計モデルは、例えば、部品の中央（例えば、垂直）軸または任意の他の適切な軸に沿って複数のスライスまたはセグメントに変換される。各スライスは、スライスの所定の高さについての部品の薄い断面を画定することができる。複数の連続する断面スライスがともに３Ｄ部品を形成する。次いで、部品またはその付加部分は、完了するまで、スライスごとに、または層ごとに、「ビルドアップ」される。
このようにして、図５Ａ〜図５Ｄに関して説明した部品のマイクロチャネル領域１２６は、積層造形法を用いて製造することができ、より具体的には、マイクロチャネル領域１２６を形成する付加マトリックスの各層を、例えば、有機バインダーまたは有機樹脂に埋め込まれたセラミック繊維および／または粒子を連続的に積層することによって連続的に形成する。このように、バインダーまたは樹脂は、連続層がマイクロチャネル領域１２６を形成するように構築されるときに、セラミック繊維および／または粒子の各層を適所に保持する。マイクロチャネル領域１２６を付加的に形成するための他の適切な技術またはプロセスも同様に使用することができる。
各連続層は、例えば、約１０μｍ〜３００μｍであってもよいが、厚さは、任意の数のパラメータに基づいて選択することができ、代替的な実施形態によれば任意の適切なサイズであってもよい。したがって、上述の付加的形成方法を利用して、本明細書に記載された部品またはその部分は、付加的形成プロセス中に利用される関連層の１つの厚さ、例えば約１０μｍの薄い断面を有することができる。
さらに、付加的プロセスを利用して、部品またはその付加部分の表面仕上げおよび特徴は、用途に応じて必要とされるように変えることができる。いくつかの実施形態では、表面仕上げは、付加的プロセス中に、特に付加部分の表面に対応する断面層の周辺部での適切なレーザースキャンパラメータ（例えば、レーザー出力、スキャン速度、レーザー焦点スポットサイズなど）を選択することによって調整することができる。例えば、レーザースキャン速度を増加させるか、または形成された溶融プールのサイズを小さくすることによって粗い仕上げを達成することができ、レーザースキャン速度を減少させるか、または形成された溶融プールのサイズを大きくすることによって、より滑らかな仕上げを達成することができる。スキャンパターンおよび／またはレーザー出力を変更して、選択された領域の表面仕上げを変えることもできる。
特に、例示的な実施形態では、本明細書に記載された部品のいくつかの特徴は、以前は製造上の制約のために不可能であった。しかし、本発明者らは、積層造形技術における現在の進歩を有利に利用して、一般的に本開示によるこのような部品の例示的な実施形態を開発した。本開示は、これらの部品を一般的に形成するための積層造形法の使用に限定されないが、積層造形法は、製造の容易性、コストの低減、精度の向上などを含む、様々な製造上の利点を提供する。したがって、図５Ａ〜図５Ｄに示す例示的な方法に関して説明したように、ＣＭＣ部品のマイクロチャネル領域１２６を形成するために、付加マトリックス１３２をボディプライ１２０に適用することができる。
付加マトリックス１３２がボディプライ１２０に適用された後に、ボディプライ１２０および付加マトリックス１３２のレイアップは、例えば、図４Ａ〜図４Ｅに示す方法に関して上述したように処理される。より詳細には、上に付加マトリックス１３２を有するプライ１２０のレイアップは、前述したような部分加圧滅菌サイクル、または標準的加圧滅菌サイクル、すなわち、低減された温度および圧力の加圧滅菌サイクルではなく、典型的なまたは標準的な温度および圧力での加圧滅菌サイクルを用いて加圧滅菌することができる。次いで、部品は焼成（またはバーンオフ）および焼きしまりを受けて、単一部品である高密度化ＣＭＣ部品を製造することができる。すなわち、部品はＣＭＣ材料の連続片である。例えば、加圧滅菌処理の後に、部品を前述のように炉内に配置してバーンオフおよび緻密化することができるが、任意の適切なプロセスまたは技術を使用して緻密化を達成してもよい。さらに、マイクロチャネル１１６および／または供給導管１１８は、圧縮および／または緻密化中にこれらのボイドの形状を維持するのを助けるために、ワックス、ポリマー、凝集体または他の適切な一過性の材料で充填されてもよい。例えば、マイクロチャネル１１６が形成された後に、マイクロチャネル１１６が一過性の材料で充填されてもよく、供給導管１１８が形成された後に、供給導管１１８が一過性の材料で充填されてもよい。一過性の材料は、緻密化の前、その間、またはその後に、例えば、溶融、浸出、燃焼または他の方法で除去することによって除去することができる。
任意選択的に、焼成および緻密化の後に、ＣＭＣ部品を、必要に応じて仕上げ加工し、図５Ｄに示すようなＥＢＣ１１２などの１つまたは複数のコーティングでコーティングすることができる。さらに、図５Ａ〜図５Ｄに関して説明した前述の方法は、単なる例示として提示するものである。例えば、ＣＭＣプライを圧縮および／または硬化させるための、ならびにＣＭＣ部品を緻密化するための他の公知の方法または技術を利用することができる。あるいは、これらのプロセスまたは他の公知のプロセスの任意の組み合わせを使用することができる。さらに、上述したように、本方法のいくつかの部分は、図５Ａ〜図５Ｄに示すものと異なる順序で実行されてもよい。
ここで図６Ａ〜図６Ｅを参照すると、図２および図３に関して記載された翼形部１００などのＣＭＣ部品内にマイクロチャネルを形成するための別の例示的な方法が示されている。図６Ａに示すように、この方法は、図４Ａに関して説明したように、例えばツール、マンドレル、モールド、または他の適切な支持装置または表面上に複数のボディプライ１２０をレイアップするステップを含む。複数のボディプライ１２０は、ＣＭＣ部品の本体１２２を形成し、本体１２２は、冷却流Ｆを受け入れる図２および図３に示すキャビティ１１４などの冷却流体の流れを受け入れるためのキャビティを画定することができる。ボディプライ１２０がレイアップされた後に、図６Ｂに示すように、ボディプライ１２０内に１つまたは複数のマイクロチャネル１１６が画定され、図６Ｃに示すように、ボディプライ１２０内に１つまたは複数の供給導管１１８が画定される。プライレイアップ内にボイドを画定するために、例えば、１つまたは複数の機械加工プロセスもしくは技術または他の適切な技術を使用して、図４Ｃに関して説明したように、マイクロチャネル１１６および供給導管１１８をボディプライ１２０内に画定することができる。例えば、マイクロチャネル１１６および供給導管１１８は、ボディプライ１２０にＥＤＭ加工され、または他の方法で機械加工されてもよいし、あるいは他の実施形態では、ボディプライ１２０のいくつかは、プライ１２０がプライレイアップに積み重ねられたときにボイドがマイクロチャネル１１６および／または供給導管１１８を画定するようにボイドを画定してもよい。さらに、前述のように、各マイクロチャネル１１６に冷却流体Ｆの流れが供給されるように、少なくとも１つの供給導管１１８が各マイクロチャネル１１６に対して画定されてもよい。マイクロチャネル１１６は、任意の適切な形状またはパターン、例えば図３に示す概ね蛇行した形状、またはほぼ直線形状を有してもよく、図６Ｃの概略的な断面図は、２つの別個のマイクロチャネル１１６または１つの連続したマイクロチャネル１１６を示すことができる。
次に、１つまたは複数のマイクロチャネル１１６ならびに１つまたは複数の供給導管１１８が内部に画定されたレイアップされたボディプライ１２０を、図４Ａ〜図４Ｅに関して前述したように部分的に処理することができる。例えば、ボディプライ１２０のレイアップを圧縮し、次いで加圧滅菌器内で処理することができる。圧縮は大気中、すなわち室温で行うことができる。加圧滅菌処理は、標準的な加圧滅菌サイクルと比較して、低減した温度および圧力で、より短い時間で行うことができる。このような低減された短い加圧滅菌サイクルの後に、ボディプライ１２０はいくらかの可撓性および展性を保持しており、他のプライのレイアップおよび／またはボディプライ１２０内の他の特徴の画定を助けることができる。いくつかの実施形態では、部分的な処理を省略することができる。すなわち、圧縮および低減された条件での加圧滅菌は任意である。さらに、他の実施形態では、ボディプライ１２０のレイアップは、ボディプライ１２０内に１つまたは複数のマイクロチャネル１１６を画定する前に圧縮されてもよい。このような実施形態では、ボディプライ１２０をレイアップし、圧縮し、マイクロチャネル１１６および供給導管１１８をボディプライ１２０内に画定し、次いでレイアップを低減した加圧滅菌サイクルにかける。
次に、図６Ｄに示すように、少なくとも１つのカバープライ１２８がボディプライ１２０上にレイアップされる。図４Ｄに関して説明したように、カバープライ１２８は、ＣＭＣ部品の外層１３０を画定するためのＣＭＣプライであってもよい。外層１３０は、ＣＭＣ部品の外面、例えばＣＭＣ翼形部１００の外面１１０を画定する。好ましくは、できるだけ少ないカバープライ１２８をマイクロチャネルプライ１２４上にレイアップして外層１３０をできるだけ薄く保ち、それにより、マイクロチャネル１１６を外層１３０および外面にできるだけ接近させて、部品への表面近傍冷却を提供する。しかしながら、ＣＭＣ部品に十分な構造を提供するために、例えば、ＣＭＣ部品の外層１３０を十分に画定するために、最小数のカバープライ１２８が必要とされてもよいことが理解されよう。
カバープライまたはプライ１２８が、少なくとも１つのマイクロチャネル１１６および少なくとも１つの供給導管１１８が内部に画定されたボディプライ１２０上に配置された後に、例えば図４Ａ〜図４Ｅに示す方法に関して上述したように、プライ１２０、１２８のレイアップを処理してＣＭＣ部品を形成することができる。より詳細には、プライ１２０、１２８のレイアップは、前述したように、低減した温度および圧力の加圧滅菌サイクルではなく、標準的な加圧滅菌サイクルを用いて加圧滅菌することができる。次いで、部品は焼成（またはバーンオフ）および焼きしまりを受けて、単一部品である高密度化ＣＭＣ部品を製造することができる。すなわち、部品はＣＭＣ材料の連続片である。例えば、加圧滅菌処理の後に、部品を前述のように炉内に配置してバーンオフおよび緻密化することができるが、任意の適切なプロセスまたは技術を使用して緻密化を達成してもよい。さらに、マイクロチャネル１１６および／または供給導管１１８は、圧縮および／または緻密化中にこれらのボイドの形状を維持するのを助けるために、ワックス、ポリマー、凝集体または他の適切な一過性の材料で充填されてもよい。例えば、マイクロチャネル１１６が形成された後に、マイクロチャネル１１６が一過性の材料で充填されてもよく、供給導管１１８が形成された後に、供給導管１１８が一過性の材料で充填されてもよい。一過性の材料は、緻密化の前、その間、またはその後に、例えば、溶融、浸出、燃焼または他の方法で除去することによって除去することができる。
任意選択的に、焼成および緻密化の後に、ＣＭＣ部品を、必要に応じて仕上げ加工し、図６Ｅに示すようなＥＢＣ１１２などの１つまたは複数のコーティングでコーティングすることができる。さらに、図６Ａ〜図６Ｅに関して説明した前述の方法は、単なる例示として提示するものである。例えば、ＣＭＣプライを圧縮および／または硬化させるための、ならびにＣＭＣ部品を緻密化するための他の公知の方法または技術を利用することができる。あるいは、これらのプロセスまたは他の公知のプロセスの任意の組み合わせを使用することができる。さらに、上述したように、本方法のいくつかの部分は、図６Ａ〜図６Ｅに示すものと異なる順序で実行されてもよい。
例示的な実施形態では、マイクロチャネル１１６の翼形部の外面１１０までの距離に対する各マイクロチャネル１１６のサイズは、約０．０２＜ｘ／ｄＨ＜３．５の範囲内であってもよく、ここで、ｘはカバープライ１２８の外層１３０厚さであり、ｄＨはマイクロチャネル１１６の水力直径である。さらに、マイクロチャネル１１６と外面１１０との間の距離（すなわち、ｘ）は、マイクロチャネルの長さｌに沿って変化してもよく、マイクロチャネル１１６の水力直径ｄＨも、マイクロチャネル長ｌに沿って変化してもよい。すなわち、水力直径ｄＨも、外面までの距離ｘも、マイクロチャネル１１６の長さｌに沿って一定である必要はない。
ここで図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、ＣＭＣ部品内にマイクロチャネルを画定するための上記の様々な方法は、部品の外面から１つまたは複数のマイクロチャネルへの膜冷却孔を画定するステップを含むこともできる。膜冷却孔１３４は、例えば、マイクロチャネル１１６から、翼形部１００の外面１１０または翼形部１００にコーティング１１２が施されている場合にはコーティング１１２の外面１１２ａなどの、部品の外面への冷却流体Ｆのための流路を提供する。さらに、各膜冷却孔１３４は、外面の上に冷却流体の膜を提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、膜冷却孔１３４に加えて、またはそれに代えて、流れＦをより低圧の環境に排出させることを可能にする、１つまたは複数のマイクロチャネル１１６からの他のタイプの穴、スロットなどを画定してもよい。
特に図７Ａを参照すると、図４および図６に関して説明したように、１つまたは複数のマイクロチャネル１１６をマイクロチャネルプライ１２４またはボディプライ１２０内に形成し、次いでカバープライ１２８で覆うことができる。プライを処理し、任意選択的に、図４Ｅおよび図６Ｅに関して説明したようにコーティング１１２を施した後に、膜冷却孔１３４を機械加工または他の方法でコーティング１１２の外面１１２ａからマイクロチャネル１１６まで画定することができる。同様に、図７Ｂを参照すると、図５Ａ〜図５Ｄに関して説明したように、膜冷却孔１３４を、コーティング１１２の外面１１２ａから、複数のＣＭＣボディプライに付加マトリックスを適用することによって形成されたマイクロチャネル１１６まで画定することができる。したがって、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、冷却流体Ｆを膜冷却孔１３４を通してマイクロチャネル１１６から部品の外面に供給することができる。
いくつかの実施形態では、２つ以上の膜冷却孔１３４が、外面１１２ａから１つのマイクロチャネル１１６まで画定されてもよい。すなわち、各マイクロチャネル１１６は、例えば図３に示すように、一端から他端までの長さｌにわたって延在するので、２つ以上の膜冷却孔１３４をマイクロチャネル１１６の長さに沿って画定することができる。さらに、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの膜冷却孔１３４が、外面から各マイクロチャネル１１６まで部品内に画定されてもよい。他の実施形態では、膜冷却孔１３４は、いくつかのマイクロチャネル１１６まで延在することができるが、その部品に画定されたすべてのマイクロチャネル１１６ではなく、むしろ、他のタイプの穴、スロットなどを部品内に画定して、膜冷却孔１３４のないマイクロチャネル１１６を通る流れＦがより低い圧力で排出できるようにしてもよい。
ここで図７Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、上述の方法は、膜供給導管１３８を通して１つまたは複数のマイクロチャネル１１６から冷却流体Ｆの流れを受け入れる膜冷却キャビティ１３６を画定するステップを含むこともできる。次に、１つまたは複数の膜冷却孔１３４を、部品の外面から、例えば翼形部１００の外面１１０から、または部品に施されたコーティング１１２の外面１１２ａから、膜冷却キャビティ１３６まで画定することができる。このようにして、冷却流体Ｆの流れを、膜冷却孔１３４を通って膜冷却キャビティ１３６から部品の外面に供給することができる。マイクロチャネル１１６は、好ましくは、例えば幅および深さが非常に小さいので、膜冷却キャビティ１３６は、膜冷却孔１３４を機械加工するためのより良いターゲットを提供することができる。すなわち、マイクロチャネル１１６への膜冷却孔１３４を機械加工することは、膜冷却孔１３４を機械加工することができるマイクロチャネル１１６によって提供される比較的小さなターゲット領域に起因して、穿孔バックストライクを引き起こし、かつ／または膜冷却孔１３４の成形を禁止することがあり得る。したがって、膜冷却キャビティ１３６は、バックストライク、成形および／または不十分な供給キャビティサイズから生じ得る他の問題を回避しつつ、膜冷却孔１３４を機械加工するのに十分なターゲットを提供する幅Ｗおよび深さＤを有することができる。より詳細には、膜冷却キャビティ１３６は、マイクロチャネル１１６の幅ｗおよび深さｄよりも大きな幅Ｗおよびより大きな深さＤを有する。さらに、膜冷却孔１３４を、例えばＥＤＭ穿孔、レーザー加工、精密機械加工などの任意の適切なプロセスまたは技術を使用して部品内に画定することができる。例えば、コーティング１１２が施された後にＣＭＣ部品内の膜冷却孔１３４を機械加工するのではなく、膜冷却孔１３４は、例えば、マイクロチャネルプライ１２４内にボイドを形成することに関して上述したように、プライ１２４、１２８がレイアップされる際に膜冷却孔１３４が形成されるように、マイクロチャネルプライ１２４およびカバープライ１２８内に画定することができる。次に、コーティング１１２を施した後に、コーティング１１２の外面１１２ａから各膜冷却孔１３４への開口部を機械加工することができる。あるいは、例えば、付加マトリックス１３２が適用される際にマイクロチャネル１１６を形成することに関して説明したように、付加マトリックス１３２が適用される際に膜冷却孔１３４を画定することができ、あるいはボディプライ１２０、マイクロチャネルプライ１２４、およびカバープライ１２８が前述したように処理される前に、膜冷却孔１３４をマイクロチャネルプライ１２４およびカバープライ１２８内で機械加工することができる。膜冷却孔１３４は、図４〜図６に関して説明した方法において、他のやり方で、または他の時点で画定することもできる。
膜冷却キャビティ１３６および膜供給導管１３８は、図４〜図６に関して記載された方法の任意の適切な時点で部品内に画定することができることが理解されよう。例えば、図４Ａ〜図４Ｅに関して記載した方法の一実施形態では、少なくとも１つの膜冷却キャビティ１３６および膜供給導管１３８が、ボディプライ１２０がレイアップされた後で、マイクロチャネルプライ１２４がボディプライ１２０上にレイアップされる前に、ボディプライ１２０内に画定される。キャビティ１３６および供給導管１３８は、供給導管１１８を画定するのに使用される同様のプロセスまたは技術を使用して画定することができる。他の実施形態では、ボディプライ１２０のいくつかは、ボディプライ１２０がレイアップされる際に膜冷却キャビティ１３６を画定するために内部に画定された切り欠きまたはボイドを有してもよく、ボディプライ１２０のいくつかは、ボディプライ１２０がレイアップされる際に膜供給導管１３８を画定するために内部に画定された切り欠きまたはボイドを有してもよい。膜冷却キャビティ１３６および膜供給導管１３８は、本方法における他の時点で、または異なるプロセスもしくは技術を利用して、図４Ａ〜図４Ｅに関して記載した方法を使用して形成された部品内に画定することができる。同様に、膜冷却キャビティ１３６および膜供給導管１３８は、それぞれの方法の任意の適切な時点で、図５Ａ〜図５Ｄに関して記載された方法または図６Ａ〜図６Ｅに関して記載された方法を用いて形成された部品内に画定することができる。
したがって、種々の例示的な実施形態に関して本明細書で記載したように、比較的小さい冷却チャネルを、ＣＭＣ翼形部、ＣＭＣシュラウド、ＣＭＣ燃焼器、または冷却が望ましい任意の複合部品などの、複合部品内の特定の表面近くの位置に正確に画定することができる。表面近傍の冷却マイクロチャネルは、複合部品の外面に近接した冷却流体の流れを導き、例えば、冷却効率を高め、それによって所望の冷却を達成するのに必要な冷却流を減少させる。表面近傍の冷却チャネルおよび／または膜冷却孔のサイズおよび位置は、部品の対流および／または膜冷却を最適化するように選択することができる。本明細書に記載された主題の他の利点は、当業者によって実現されてもよい。
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）上にマイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップするステップであって、前記マイクロチャネルプライ（１２４）は、少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を形成するために少なくとも１つのボイドを内部に有する、ステップと、
前記マイクロチャネルプライ（１２４）上にカバープライ（１２８）をレイアップするステップであって、前記カバープライ（１２８）は前記ＣＭＣ部品の外層を画定する、ステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）、マイクロチャネルプライ（１２４）、およびカバープライ（１２８）を処理するステップと、
を含む方法。
［実施態様２］
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップをさらに含み、
前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記ボディプライ（１２０）によって画定されたキャビティ（１１４）から前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）まで延在する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記マイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップした後であって、前記カバープライ（１２８）をレイアップする前に、前記複数のボディプライ（１２０）内に機械加工される、実施態様２に記載の方法。
［実施態様４］
前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記複数のボディプライ（１２０）をレイアップした後であって、前記マイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップする前に、前記複数のボディプライ（１２０）内に機械加工される、実施態様２に記載の方法。
［実施態様５］
前記マイクロチャネルプライ（１２４）上に前記カバープライ（１２８）をレイアップする前に、前記レイアップされた複数のボディプライ（１２０）および前記マイクロチャネルプライ（１２４）を低減された温度および圧力で加圧滅菌するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記ＣＭＣ部品にコーティングを施すステップと、
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
をさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して蛇行したパターンで画定される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して真っ直ぐな線に沿って延在する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップと、
少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を画定するために、前記ボディプライ（１２０）に付加マトリックス（１３２）を適用するステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）および付加マトリックス（１３２）を処理するステップと、
を含む方法。
［実施態様１１］
前記付加マトリックス（１３２）を適用するステップは、前記付加マトリックス（１３２）を前記ボディプライ（１２０）に適用するために、積層造形プロセスを利用するステップを含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１２］
前記付加マトリックス（１３２）を前記ボディプライ（１２０）に適用する前に、前記レイアップされた複数のボディプライ（１２０）を低減された温度および圧力で加圧滅菌するステップ
をさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１３］
前記付加マトリックス（１３２）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）が前記ＣＭＣ部品の外面に近接して画定されるように、前記ＣＭＣ部品の前記外面を画定する、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１４］
前記付加マトリックス（１３２）が前記ボディプライ（１２０）に適用される際に複数の繊維が前記付加マトリックス（１３２）内に埋め込まれるように、前記本体（１２２）の最外面から前記複数の繊維が延在する、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１５］
前記ＣＭＣ部品にコーティングを施すステップと、
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
をさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１６］
前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１７］
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して蛇行したパターンで画定される、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１８］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を機械加工するステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）上にカバープライ（１２８）をレイアップするステップであって、前記カバープライ（１２８）は前記ＣＭＣ部品の外層を画定するステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）およびカバープライ（１２８）を処理するステップと、
を含む方法。
［実施態様１９］
前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記膜冷却キャビティ（１３６）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）よりも大きな幅およびより大きな深さを有する、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）上にマイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップするステップであって、前記マイクロチャネルプライ（１２４）は、少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を形成するために少なくとも１つのボイドを内部に有する、ステップと、
前記マイクロチャネルプライ（１２４）上にカバープライ（１２８）をレイアップするステップであって、前記カバープライ（１２８）は前記ＣＭＣ部品の外層を画定する、ステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）、マイクロチャネルプライ（１２４）、およびカバープライ（１２８）を処理するステップと、
を含む方法。
［実施態様２］
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップをさらに含み、
前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記ボディプライ（１２０）によって画定されたキャビティ（１１４）から前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）まで延在する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記マイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップした後であって、前記カバープライ（１２８）をレイアップする前に、前記複数のボディプライ（１２０）内に機械加工される、実施態様２に記載の方法。
［実施態様４］
前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記複数のボディプライ（１２０）をレイアップした後であって、前記マイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップする前に、前記複数のボディプライ（１２０）内に機械加工される、実施態様２に記載の方法。
［実施態様５］
前記マイクロチャネルプライ（１２４）上に前記カバープライ（１２８）をレイアップする前に、前記レイアップされた複数のボディプライ（１２０）および前記マイクロチャネルプライ（１２４）を低減された温度および圧力で加圧滅菌するステップをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記ＣＭＣ部品にコーティングを施すステップと、
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
をさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して蛇行したパターンで画定される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して真っ直ぐな線に沿って延在する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップと、
少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を画定するために、前記ボディプライ（１２０）に付加マトリックス（１３２）を適用するステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）および付加マトリックス（１３２）を処理するステップと、
を含む方法。
［実施態様１１］
前記付加マトリックス（１３２）を適用するステップは、前記付加マトリックス（１３２）を前記ボディプライ（１２０）に適用するために、積層造形プロセスを利用するステップを含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１２］
前記付加マトリックス（１３２）を前記ボディプライ（１２０）に適用する前に、前記レイアップされた複数のボディプライ（１２０）を低減された温度および圧力で加圧滅菌するステップ
をさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１３］
前記付加マトリックス（１３２）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）が前記ＣＭＣ部品の外面に近接して画定されるように、前記ＣＭＣ部品の前記外面を画定する、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１４］
前記付加マトリックス（１３２）が前記ボディプライ（１２０）に適用される際に複数の繊維が前記付加マトリックス（１３２）内に埋め込まれるように、前記本体（１２２）の最外面から前記複数の繊維が延在する、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１５］
前記ＣＭＣ部品にコーティングを施すステップと、
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
をさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１６］
前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１７］
前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して蛇行したパターンで画定される、実施態様１０に記載の方法。
［実施態様１８］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を機械加工するステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）上にカバープライ（１２８）をレイアップするステップであって、前記カバープライ（１２８）は前記ＣＭＣ部品の外層を画定するステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）およびカバープライ（１２８）を処理するステップと、
を含む方法。
［実施態様１９］
前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記膜冷却キャビティ（１３６）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）よりも大きな幅およびより大きな深さを有する、実施態様１８に記載の方法。
１０ ターボファンジェットエンジン
１２ 長手方向または軸方向中心線
１４ ファン部
１６ コアタービンエンジン
１８ 外側ケーシング
２０ 入口
２２ 低圧圧縮機
２４ 高圧圧縮機
２６ 燃焼部
２８ 高圧タービン
３０ 低圧タービン
３２ ジェット排気ノズル部
３４ 高圧シャフト／スプール
３６ 低圧シャフト／スプール
３８ ファン
４０ ブレード
４２ ディスク
４８ ナセル
５０ ファンケーシングまたはナセル
５２ 出口ガイドベーン
５４ 下流部
５６ バイパス空気流路
５８ 空気
６０ 入口
６２ 空気の第１の部分
６４ 空気の第２の部分
６６ 燃焼ガス
６８ ＨＰタービンステータベーン
７０ ＨＰタービンロータブレード
７２ ＬＰタービンステータベーン
７４ ＬＰタービンロータブレード
７６ ファンノズル排気部
７８ 高温ガス経路
１００ 翼形部
１０２ 正圧側面
１０４ 負圧側面
１０６ 前縁
１０８ 後縁
１１０ 外面
１１２ コーティング
１１２ａ 外面
１１４ キャビティ
１１６ マイクロチャネル
１１８ 供給導管
１２０ ボディプライ
１２２ 部品の本体
１２４ マイクロチャネルプライ
１２６ 部品のマイクロチャネル領域
１２８ カバープライ
１３０ 部品の外層
１３２ 付加マトリックス
１３３ ピン
１３４ 膜冷却孔
１３６ 膜冷却キャビティ
１３８ 膜供給導管
１２ 長手方向または軸方向中心線
１４ ファン部
１６ コアタービンエンジン
１８ 外側ケーシング
２０ 入口
２２ 低圧圧縮機
２４ 高圧圧縮機
２６ 燃焼部
２８ 高圧タービン
３０ 低圧タービン
３２ ジェット排気ノズル部
３４ 高圧シャフト／スプール
３６ 低圧シャフト／スプール
３８ ファン
４０ ブレード
４２ ディスク
４８ ナセル
５０ ファンケーシングまたはナセル
５２ 出口ガイドベーン
５４ 下流部
５６ バイパス空気流路
５８ 空気
６０ 入口
６２ 空気の第１の部分
６４ 空気の第２の部分
６６ 燃焼ガス
６８ ＨＰタービンステータベーン
７０ ＨＰタービンロータブレード
７２ ＬＰタービンステータベーン
７４ ＬＰタービンロータブレード
７６ ファンノズル排気部
７８ 高温ガス経路
１００ 翼形部
１０２ 正圧側面
１０４ 負圧側面
１０６ 前縁
１０８ 後縁
１１０ 外面
１１２ コーティング
１１２ａ 外面
１１４ キャビティ
１１６ マイクロチャネル
１１８ 供給導管
１２０ ボディプライ
１２２ 部品の本体
１２４ マイクロチャネルプライ
１２６ 部品のマイクロチャネル領域
１２８ カバープライ
１３０ 部品の外層
１３２ 付加マトリックス
１３３ ピン
１３４ 膜冷却孔
１３６ 膜冷却キャビティ
１３８ 膜供給導管
Claims (15)
- セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）上にマイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップするステップであって、前記マイクロチャネルプライ（１２４）は、少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を形成するために少なくとも１つのボイドを内部に有する、ステップと、
前記マイクロチャネルプライ（１２４）上にカバープライ（１２８）をレイアップするステップであって、前記カバープライ（１２８）は前記ＣＭＣ部品の外層を画定する、ステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）、マイクロチャネルプライ（１２４）、およびカバープライ（１２８）を処理するステップと、
を含む方法。 - 前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップをさらに含み、
前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記ボディプライ（１２０）によって画定されたキャビティ（１１４）から前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）まで延在する、請求項１に記載の方法。 - 前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記マイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップした後であって、前記カバープライ（１２８）をレイアップする前に、前記複数のボディプライ（１２０）内に機械加工される、請求項２に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの供給導管（１１８）は、前記複数のボディプライ（１２０）をレイアップした後であって、前記マイクロチャネルプライ（１２４）をレイアップする前に、前記複数のボディプライ（１２０）内に機械加工される、請求項２に記載の方法。
- 前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。 - 前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して蛇行したパターンで画定される、請求項１に記載の方法。
- 前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）は、概して真っ直ぐな線に沿って延在する、請求項１に記載の方法。
- セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップと、
少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を画定するために、前記ボディプライ（１２０）に付加マトリックス（１３２）を適用するステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）および付加マトリックス（１３２）を処理するステップと、
を含む方法。 - 前記付加マトリックス（１３２）を適用するステップは、前記付加マトリックス（１３２）を前記ボディプライ（１２０）に適用するために、積層造形プロセスを利用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
- 前記付加マトリックス（１３２）を前記ボディプライ（１２０）に適用する前に、前記レイアップされた複数のボディプライ（１２０）を低減された温度および圧力で加圧滅菌するステップ
をさらに含む、請求項８に記載の方法。 - 前記付加マトリックス（１３２）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）が前記ＣＭＣ部品の外面に近接して画定されるように、前記ＣＭＣ部品の前記外面を画定する、請求項８に記載の方法。
- 前記付加マトリックス（１３２）が前記ボディプライ（１２０）に適用される際に複数の繊維が前記付加マトリックス（１３２）内に埋め込まれるように、前記本体（１２２）の最外面から前記複数の繊維が延在する、請求項８に記載の方法。
- セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品内にマイクロチャネル（１１６）を形成するための方法であって、
前記ＣＭＣ部品の本体（１２２）を形成するための複数のボディプライ（１２０）をレイアップするステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）を機械加工するステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）内に少なくとも１つの供給導管（１１８）を機械加工するステップと、
前記複数のボディプライ（１２０）上にカバープライ（１２８）をレイアップするステップであって、前記カバープライ（１２８）は前記ＣＭＣ部品の外層を画定するステップと、
前記ＣＭＣ部品を形成するために、前記レイアップされたボディプライ（１２０）およびカバープライ（１２８）を処理するステップと、
を含む方法。 - 前記ボディプライ（１２０）内に膜冷却キャビティ（１３６）および膜供給導管（１３８）を機械加工するステップであって、前記膜供給導管（１３８）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）から前記膜冷却キャビティ（１３６）への冷却流体の流れを提供する、ステップと、
前記膜冷却キャビティ（１３６）から前記ＣＭＣ部品の外面に冷却流体の膜を供給するために、前記ＣＭＣ部品の前記外面から前記膜冷却キャビティ（１３６）まで少なくとも１つの膜冷却孔（１３４）を機械加工するステップと、
を含む、請求項１３に記載の方法。 - 前記膜冷却キャビティ（１３６）は、前記少なくとも１つのマイクロチャネル（１１６）よりも大きな幅およびより大きな深さを有する、請求項１４に記載の方法。
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