JP2019019008A - セラミック基複合材料の補修方法及びセラミック基複合部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＣ部品の表面の損耗に対する補修方法を提供する。【解決手段】セラミック基複合材料の補修方法は、セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなる対象部材の補修方法であって、前記対象部材の表面の少なくとも一部を取り除く除去ステップと、前記除去ステップで取り除かれた部位に、前記セラミックス繊維を含む補修用のグリーン体を配置する配置ステップと、前記対象部材における少なくとも前記補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させる含浸ステップと、前記含浸ステップの後、前記補修用のグリーン体が配置された前記対象部材を焼成する焼成ステップと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、セラミック基複合材料の補修方法及びセラミック基複合部材に関する。

高温域で高強度が求められる部品の材料として、近年、セラミックス基複合材料（ＣＭＣ：Ｃｅｒａｍｉｃ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）が注目され、その研究開発が進められている。
ＣＭＣで形成された部品、つまりＣＭＣ部品では、使用時に過大な負荷を受けるなどすることで、マトリックスに微小なクラックが生じるおそれがある。このようなマトリクスの微小なクラックを補修する方法が知られている（特許文献１参照）。この補修方法では、ＣＭＣ部品のマトリックス部分内に存在するケイ素相をマイクロクラックに移動させることでマイクロクラックを補修する。

特表２０１６−５４０７１７号公報

ＣＭＣ部品を例えばガスタービンや、航空機、自動車等の部品の一部として使用した場合に、ＣＭＣ部品の表面が部分的に損耗することが考えられる。しかし、上述した特許文献１に記載の補修方法は、ＣＭＣ部品中のマトリックスマイクロクラックを補修する方法であり、ＣＭＣ部品の表面の損耗を補修するものではない。
このように、ＣＭＣ部品の表面の損耗に対する補修方法は、確立されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ＣＭＣ部品の表面の損耗に対する補修方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法は、
セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなる対象部材の補修方法であって、
前記対象部材の表面の少なくとも一部を取り除く除去ステップと、
前記除去ステップで取り除かれた部位に、前記セラミックス繊維を含む補修用のグリーン体を配置する配置ステップと、
前記対象部材における少なくとも前記補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させる含浸ステップと、
前記含浸ステップの後、前記補修用のグリーン体が配置された前記対象部材を焼成する焼成ステップと、を備える。

上記（１）の方法によれば、除去ステップで取り除かれた部位に、セラミックス繊維を含む補修用のグリーン体を配置し、対象部材における少なくとも補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させる。対象部材における少なくとも補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させるためには、例えば、補修用のグリーン体が配置された部分の周囲を密閉し、補修用のグリーン体が配置された部分を減圧した後、スラリーを注入してもよく、例えば、補修用のグリーン体が配置された部分を密閉し、スラリーを圧入してもよい。このようにして、対象部材における少なくとも補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させることで、補修用のグリーン体及び補修用グリーン体と対象部材の表面との間にスラリーが十分に浸透する。これにより、焼結後の対象部材と補修用のグリーン体によって追設された追設部との密着強度を向上できる。よって、補修後の対象部材の強度を確保できるので、対象部材を補修して再利用でき、対象部材を新品の部材と交換する場合と比べてコストを抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、前記除去ステップの後、前記除去ステップで取り除かれた部位に少なくとも一つの孔を形成する孔形成ステップをさらに備える。

上記（２）の方法によれば、除去ステップで取り除かれた部位に少なくとも一つの孔を形成するので、形成された孔にはスラリーが浸透する。そのため、孔に浸透したスラリーが焼結されると、補修用のグリーン体によって追設された追設部と対象部材との間のアンカー部材としての役割を果たす。これにより、焼結後の対象部材と補修用のグリーン体によって追設された追設部との密着強度を向上できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記除去ステップで取り除かれた部位は、前記セラミックス繊維の密度が相対的に高い第１領域と、前記セラミックス繊維の密度が前記第１領域よりも低い第２領域と、を含み、
前記孔形成ステップは、前記第２領域に前記少なくとも一つの孔を形成する。

上記（３）の方法によれば、上記孔は、セラミックス繊維の密度が相対的に高い第１領域よりもセラミックス繊維の密度が低い第２領域に形成される。そのため、孔の形成によって切断されるセラミックス繊維の本数を抑制できるので、焼結後の対象部材と補修用のグリーン体によって追設された追設部との密着強度を向上させつつ、補修後の対象部材の強度低下を抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の方法において、
前記セラミックス繊維の層は、第１方向に延在する前記セラミックス繊維の第１束と、前記第１束に隣接して前記第１方向に延在する前記セラミックス繊維の第２束と、前記第１方向と交差する第２方向に延在する前記セラミックス繊維の第３束と、前記第３束に隣接して前記第２方向に延在する前記セラミックス繊維の第４束とを有し、前記第１束及び前記第２束と前記第３束及び前記第４束とはそれぞれ交差し、
前記孔形成ステップは、前記第１束と前記第２束との間であり、かつ、前記第３束と前記第４束との間となる位置に前記少なくとも一つの孔を形成する。

上記（４）の方法によれば、上記孔は、第１束と第２束との間であり、かつ、第３束と第４束との間となる位置に前記少なくとも一つの孔を形成する。これにより、孔の形成によって切断されるセラミックス繊維の本数を各束において抑制できるので、焼結後の対象部材と補修用のグリーン体によって追設された追設部との密着強度を向上させつつ、補修後の対象部材の強度低下を抑制できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の方法において、前記除去ステップの後、前記対象部材に残存する前記セラミックス繊維の層を撮像し、撮像して得られた画像に対して画像処理を行い、前記画像処理の結果に基づいて前記少なくとも一つの孔の形成位置を決定する孔形成位置決定ステップをさらに備える。

上記（５）の方法によれば、除去ステップの後、対象部材に残存するセラミックス繊維の層を撮像し、撮像して得られた画像に対して画像処理を行い、画像処理の結果に基づいて孔の形成位置を決定する。これにより、セラミックスの繊維をできるだけ切断しないように孔を形成する位置を決定できるので、焼結後の対象部材と補修用のグリーン体によって追設された追設部との密着強度を向上させつつ、補修後の対象部材の強度低下を抑制できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）の方法において、前記少なくとも一つの孔の深さは、前記セラミックス繊維の層の１層分の厚さよりも小さい。

上記（６）の方法によれば、孔の形成によってセラミックス繊維が切断されるセラミックス繊維の織物の層が１層で済むので、焼結後の対象部材と補修用のグリーン体によって追設された追設部との密着強度を向上させつつ、補修後の対象部材の強度低下を抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の方法において、
前記含浸ステップは、
前記対象部材における少なくとも前記補修用のグリーン体が配置された部分を脱気する脱気ステップと、
前記脱気ステップの後、前記対象部材における少なくとも前記補修用のグリーン体が配置された部分を前記スラリーに浸漬させる浸漬ステップと、を含む。

上記（７）の方法によれば、補修用のグリーン体が配置された部分を脱気した後、対象部材における少なくとも補修用のグリーン体が配置された部分をスラリーに浸漬させるので、補修用のグリーン体にスラリーが十分に浸透するとともに、補修用のグリーン体と対象部材の表面との間にもスラリーが十分に浸透し、焼結後の対象部材と補修用のグリーン体によって追設された追設部との密着強度を向上できる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るセラミック基複合部材は、
セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなるセラミック基複合部材であって、
本体部と、前記本体部と一体的に接合されるとともに前記セラミック基複合部材の表面の一部を占める接合部と、を備え、
前記本体部と前記接合部とでは、前記セラミックス繊維の束の延在方向、及び配置間隔の少なくとも一方が異なる。

上記（８）の構成によれば、セラミック基複合部材を本体部と、本体部と一体的に接合されるとともにセラミック基複合部材の表面の一部を占める接合部とによって構成できる。このようなセラミック基複合部材は、上述した（１）〜（７）に記載の方法によって製造することが出来る。また、セラミック基複合部材から接合部を取り除き、新たな接合部を本体部に一体的に接合できるため、セラミック基複合部材の接合部が損傷しても、セラミック基複合部材を補修できる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るセラミック基複合部材は、
セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなるセラミック基複合部材であって、
本体部と、前記本体部と一体的に接合されるとともに前記セラミック基複合部材の表面の一部を占める接合部と、を備え、
前記本体部には、前記本体部と前記接合部との境界面から前記本体部の内部に向かって延在する少なくとも一つの孔であって、前記セラミック基複合材料の基材が充填されている少なくとも一つの孔、が存在する。

上記（９）の構成によれば、セラミック基複合部材を本体部と、本体部と一体的に接合されるとともにセラミック基複合部材の表面の一部を占める接合部とによって構成できる。このようなセラミック基複合部材は、上述した（２）〜（７）に記載の方法によって製造することが出来る。また、セラミック基複合部材から接合部を取り除き、新たな接合部を本体部に一体的に接合できるため、セラミック基複合部材の接合部が損傷しても、セラミック基複合部材を補修できる。
また、上記（９）の構成によれば、本体部には、本体部と接合部との境界面から本体部の内部に向かって延在する少なくとも一つの孔であって、セラミック基複合材料の基材が充填されている少なくとも一つの孔が存在する。これにより、孔に充填されたセラミック基複合材料の基材が本体部と接合部とを接合するアンカー部材としての役割を果たす。これにより、セラミック基複合部材における本体部と接合部との密着強度を向上できるので、セラミック基複合部材の強度を確保できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ＣＭＣ部品の表面の損耗に対する補修方法を提供できる。

一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法における手順を示すフローチャートである。 他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法における手順を示すフローチャートである。 図１に示す一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 図１に示す一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 図１に示す一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 図１に示す一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 図２に示す他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 図２に示す他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 図２に示す他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 図２に示す他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。 対象部材で損耗した部分の周囲の一部を取り除いた状態を示す図である。 含浸ステップにおいてＶａＲＴＭ法に準ずる手順で含浸用スラリーを含浸させる場合の手順を示すフローチャートである。 幾つかの実施形態に係る対象部材中に存在する、セラミックス繊維によって織られた織物の層の模式的な平面図である。 対象部材中に存在する、セラミックス繊維によって織られた織物を図７における第２方向に沿って見た断面を模式的に示す図である。（ａ）は、セラミックス繊維によって織られた織物の１枚分の断面である。（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した図である。（ｃ）は、織物が複数層重ねられた状態を示す図である。 図７の一部を拡大した図であり、孔の形成位置について説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法における手順を示すフローチャートである。図２は、他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法における手順を示すフローチャートである。
幾つかの実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法は、セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなる対象部材の補修方法であって、図１，２に示すように、対象部材の表面の少なくとも一部を取り除く除去ステップＳ１と、除去ステップＳ１で取り除かれた部位に、セラミックス繊維を含む補修用のグリーン体を配置する配置ステップＳ４と、対象部材における少なくとも補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させる含浸ステップＳ５と、含浸ステップＳ５の後、補修用のグリーン体が配置された対象部材を焼成する焼成ステップＳ６と、を備える。

図２に示す他の実施形態では、除去ステップＳ１の後、除去ステップＳ１で取り除かれた部位に少なくとも一つの孔を形成する孔形成ステップＳ３をさらに備える。また、図２に示す他の実施形態では、除去ステップＳ１の後、対象部材に残存するセラミックス繊維の層を撮像し、撮像して得られた画像に対して画像処理を行い、画像処理の結果に基づいて少なくとも一つの孔の形成位置を決定する孔形成位置決定ステップＳ２をさらに備える。

図３Ａ〜図３Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｄを参照して、図１及び図２に示したフローチャートの各ステップについて説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、図１に示す一実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。図４Ａ〜図４Ｄは、図２に示す他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法によって補修する対象部材の断面を模式的に示す図である。

図３Ａ（ａ）及び図４Ａ（ａ）は、幾つかの実施形態に係る対象部材１００、すなわち、幾つかの実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法による補修の対象となる部材であって、ＣＭＣで形成された部品（ＣＭＣ部品）を模式的に示す図であり、表面が損耗する前の状態を示す。なお、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｄに示した対象部材１００は、ＣＭＣ部品中のセラミックス繊維によって織られた不図示の織物の層を複数層有する。図３Ａ〜図３Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｄに示した対象部材１００では、当該織物の層は、図示左右方向及び図示奥行き方向に延在するように配置されている。また、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｄに示した対象部材１００では、当該織物の層が図示上下方向に複数積層されている。以下の説明では、ＣＭＣ部品中のセラミックス繊維によって織られた織物の層のことを、単にセラミックス繊維の層とも呼ぶ。

図３Ａ（ｂ）及び図４Ａ（ｂ）は、図３Ａ（ａ）及び図４Ａ（ａ）に示した対象部材１００の表面の一部が損耗した状態を示している。このように、対象部材１００の表面の一部が損耗した場合、幾つかの実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法では、以下のようにして対象部材１００を補修する。
幾つかの実施形態では、図１，２に示した除去ステップＳ１において、対象部材１００の表面の少なくとも一部を取り除く。具体的には、除去ステップＳ１では、対象部材１００で損耗した部分１０１の周囲を取り除くことで、後述する補修用のグリーン体を焼成によって接合させる面を整える。以下の説明では、対象部材１００で損耗した部分１０１の周囲を取り除くことで現れた、補修用のグリーン体を焼成によって接合させる面を接合面１０２と呼ぶ。また、損耗した部分１０１の周囲を取り除いた後の対象部材１００を本体部１１０とも呼ぶ。

除去ステップＳ１では、図３Ａ（ｃ）及び図４Ａ（ｃ）に示すように、対象部材１００の表面を全面にわたって取り除いてもよく、図５に示すように、損耗部位の周囲の一部を取り除いてもよい。なお、図５は、対象部材１００で損耗した部分１０１の周囲の一部を取り除いた状態を示す図である。

なお、図２に示した他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法では、除去ステップＳ１を実施した後、孔形成位置決定ステップＳ２において、次に述べる孔形成ステップＳ３で形成する孔の位置を決定する。なお、孔形成位置決定ステップＳ２の詳細、及び孔の位置については、後で詳述する。

図２に示した他の実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法では、孔形成位置決定ステップＳ２を実施した後、孔形成ステップＳ３を実施する。孔形成ステップＳ３では、接合面１０２における、孔形成位置決定ステップＳ２で決定した孔形成位置に微細な孔１０３を少なくとも１つ形成する。孔形成ステップＳ３において形成する孔１０３の数や深さについては、後で詳細に説明する。
なお、他の実施形態では、例えば、孔形成位置決定ステップＳ２で決定された孔１０３の位置の情報が、不図示の孔開け装置の制御装置に入力される。孔形成ステップＳ３において、不図示の孔開け装置の制御装置は、入力された孔１０３の位置の情報に基づいて、不図示の孔開け装置が備えるドリルの位置を制御して、孔形成位置決定ステップＳ２で決定された位置に孔１０３を形成する。

次いで、幾つかの実施形態では、図１，２に示した配置ステップＳ４において、除去ステップＳ１で対象部材１００の表面の少なくとも一部が取り除かれた部位、すなわち本体部１１０の接合面１０２に、セラミックス繊維を含む補修用のグリーン体１２０を配置する。
具体的には、配置ステップＳ４では、図３Ｂ（ａ）及び図４Ｂ（ａ）に示すように、接合面１０２にスラリー１０５を塗布する。このスラリー（以下、塗布用スラリーとも呼ぶ）１０５は、対象部材１００の製造時のスラリー（以下、原料スラリーとも呼ぶ）と同じ組成のスラリーである。なお、塗布用スラリー１０５のスラリー濃度は、原料スラリーのスラリー濃度と異なっていてもよい。また、焼結助剤などの成分の一部や配合比等が塗布用スラリー１０５と原料スラリーとで異なっていてもよい。

図３Ｂ（ａ）に示した一実施形態に係る対象部材１００（本体部１１０）では、接合面１０２に塗布された塗布用スラリー１０５は、接合面１０２で開口している基材（マトリックス）の不図示の空孔に浸透する。図４Ｂ（ａ）に示した他の実施形態に係る対象部材１００（本体部１１０）では、接合面１０２に塗布された塗布用スラリー１０５は、孔形成ステップＳ３で形成した孔１０３や、接合面１０２で開口している基材（マトリックス）の不図示の空孔に浸透する。

配置ステップＳ４では、図３Ｂ（ｂ）及び図４Ｂ（ｂ）に示すように、塗布用スラリー１０５を塗布した後の接合面１０２に補修用のグリーン体１２０を載置する。グリーン体１２０は、対象部材１００に用いられた、セラミックス繊維によって織られた織物を複数層重ねたものに、原料スラリーと同じ組成のスラリーを含浸させたものである。なお、グリーン体１２０に含浸させるスラリーのスラリー濃度は、原料スラリーのスラリー濃度と異なっていてもよい。また、焼結助剤などの成分の一部や配合比等がグリーン体１２０に含浸させるスラリーと原料スラリーとで異なっていてもよい。

次いで、幾つかの実施形態では、図１，２に示した含浸ステップＳ５において、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させる。
具体的には、含浸ステップＳ５では、図３Ｃ（ａ）及び図４Ｃ（ａ）に示すように、少なくとも接合面１０２及びグリーン体１２０の気密が保たれるようにバッグ１３１やシート状の部材で覆い、矢印Ｓで示すようにバッグ１３１やシートで覆った部分の内側に原料スラリーと同じ組成の含浸用スラリー１０６を注入する。なお、含浸用スラリー１０６のスラリー濃度は、原料スラリーのスラリー濃度と異なっていてもよい。また、焼結助剤などの成分の一部や配合比等が含浸用スラリー１０６と原料スラリーとで異なっていてもよい。

その後、図３Ｃ（ｂ）及び図４Ｃ（ｂ）に示すように、バッグ１３１やシートで覆った部分の内側を吸引して減圧するとバッグ１３１やシートが収縮して、矢印ｆで示すようにグリーン体１２０を接合面１０２に向かって押圧する。これにより、含浸用スラリー１０６がグリーン体１２０の内部やグリーン体１２０と接合面１０２との間に浸透する。また、このように外圧が含浸用スラリー１０６に作用することで、含浸用スラリー１０６は、接合面１０２で開口している基材の不図示の空孔や、孔形成ステップＳ３で形成した孔１０３に十分に浸透する。

なお、含浸ステップＳ５において、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法の一種であるＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法に準ずる手順で含浸用スラリー１０６を含浸させてもよい。この場合、図６に示すように、含浸ステップＳ５は、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分を上述したようにバッグ１３１やシート状の部材で覆い、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分を脱気する脱気ステップＳ５１と、脱気ステップＳ５１の後、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分を含浸用スラリー１０６に浸漬させる浸漬ステップＳ５２と、を含む。なお、図６は、含浸ステップＳ５においてＶａＲＴＭ法に準ずる手順で含浸用スラリー１０６を含浸させる場合の手順を示すフローチャートである。

なお、含浸ステップＳ５において、不図示の加圧装置の内部に補修用のグリーン体１２０が配置された対象部材１００をセットして、含浸用スラリー１０６を加圧することで含浸用スラリー１０６に浸漬させてもよい。
このように含浸ステップＳ５では、スラリーの浸透圧以外の外力によってスラリーを含浸させる。

含浸ステップＳ５で含浸用スラリー１０６を含浸させた後、図３Ｄ（ａ）及び図４Ｄ（ａ）に示すように、バッグ１３１等や余剰の含浸用スラリー１０６を除去し、焼成ステップＳ６において、補修用のグリーン体１２０が配置された対象部材１００を焼成する。これにより、グリーン体１２０中のスラリーや接合面１０２に介在するスラリー、接合面１０２で開口していた基材の不図示の空孔や孔１０３に浸透したスラリーが焼結されて本体部１１０の基材と一体化する。

焼成ステップＳ６を経ることで、図３Ｄ（ｂ）及び図４Ｄ（ｂ）に示すように、補修用のグリーン体１２０に由来する接合部１２５と本体部１１０とが一体化した、補修後のＣＭＣ部品であるセラミック基複合部材１４０が得られる。上述したように、グリーン体１２０中のスラリーや接合面１０２に介在するスラリー、上記の空孔や孔１０３に浸透したスラリーが焼結されて本体部１１０の基材と一体化するので、上記の空孔や孔１０３の中で焼結した基材が、接合部１２５と本体部１１０との間のアンカー部材としての役割を果たす。これにより、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上できる。

特に、他の実施形態に係るセラミック基複合部材１４０では、図４Ｄ（ｂ）に示すように、上述した孔１０３に由来する孔１２６が本体部１１０と接合部１２５との境界面１０７から本体部１１０の内部に向かって延在する。この孔１２６には、セラミック基複合部材１４０の基材が充填されており、当該充填されている基材が接合部１２５と本体部１１０との間のアンカー部材としての役割を果たす。これにより、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上できる。
なお、後述するように、孔１０３は、セラミックス繊維からなる束の一部を切断するように形成される。そのため、補修後のセラミック基複合部材１４０において、孔１０３に由来する孔１２６に充填された基材は、セラミックス繊維からなる束の一部を切断するように存在する。

なお、図３Ｄ（ｂ）及び図４Ｄ（ｂ）に示した二点鎖線で示した境界面１０７は、本体部１１０と接合部１２５との境界に相当する仮想的な面である。
なお、接合部１２５は、補修用のグリーン体１２０によって本体部１１０に追設された部位である。以下の説明では、接合部１２５を追設部１２５とも呼ぶ。

このように、接合部１２５は、対象部材１００の一部を取り除いた後の部位に追設された部位であるので、本体部１１０と接合部１２５とでは、セラミックス繊維の束の延在方向や上記束の配置間隔が異なることがある。

上述した幾つかの実施形態では、次の作用効果を奏する。
（１）幾つかの実施形態に係るセラミック基複合材料の補修方法は、対象部材１００の表面の少なくとも一部を取り除く除去ステップＳ１と、除去ステップＳ１で取り除かれた部位に、セラミックス繊維を含む補修用のグリーン体１２０を配置する配置ステップＳ４と、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分に含浸用スラリー１０６を含浸させる含浸ステップＳ５と、含浸ステップＳ５の後、補修用のグリーン体１２０が配置された対象部材１００を焼成する焼成ステップＳ６と、を備える。

対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分に含浸用スラリー１０６を含浸させるためには、例えば、補修用のグリーン体１２０が配置された部分の周囲を密閉し、補修用のグリーン体１２０が配置された部分を減圧した後、含浸用スラリー１０６を注入してもよく、例えば、補修用のグリーン体１２０が配置された部分を密閉し、含浸用スラリー１０６を圧入してもよい。このようにして、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分に含浸用スラリー１０６を含浸させることで、補修用のグリーン体１２０及び補修用のグリーン体１２０と対象部材１００の表面との間にスラリーが十分に浸透する。これにより、焼結後の対象部材１００と補修用のグリーン体１２０によって追設された追設部１２５（接合部１２５）との密着強度を向上できる。よって、補修後のＣＭＣ部品であるセラミック基複合部材１４０の強度を確保できるので、対象部材１００を補修して再利用でき、対象部材１００を新品の部材と交換する場合と比べてコストを抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、除去ステップＳ１の後、除去ステップＳ１で取り除かれた部位に少なくとも一つの孔１０３を形成する孔形成ステップＳ３をさらに備える。

除去ステップＳ１で取り除かれた部位に少なくとも一つの孔１０３を形成するので、形成された孔１０３にはスラリーが浸透する。そのため、孔１０３に浸透したスラリーが焼結されると、補修用のグリーン体１２０によって追設された追設部１２５と対象部材との間のアンカー部材としての役割を果たす。これにより、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上できる。

（３）幾つかの実施形態では、含浸ステップＳ５は、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分を脱気する脱気ステップＳ５１と、脱気ステップＳ５１の後、対象部材１００における少なくとも補修用のグリーン体１２０が配置された部分を含浸用スラリー１０６に浸漬させる浸漬ステップＳ５２と、を含む。

これにより、補修用のグリーン体１２０にスラリーが十分に浸透するとともに、補修用のグリーン体１２０と対象部材１００の表面との間にもスラリーが十分に浸透し、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上できる。

（４）幾つかの実施形態に係る実施形態に係るセラミック基複合部材１４０は、セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなるセラミック基複合部材であって、本体部１１０と、本体部１１０と一体的に接合されるとともにセラミック基複合部材１４０の表面の一部を占める接合部１２５と、を備える。本体部１１０と接合部１２５とでは、セラミックス繊維の束の延在方向、及び配置間隔の少なくとも一方が異なる。

幾つかの実施形態に係る実施形態に係るセラミック基複合部材１４０によれば、セラミック基複合部材１４０を本体部１１０と、本体部１１０と一体的に接合されるとともにセラミック基複合部材１４０の表面の一部を占める接合部１２５とによって構成できる。このようなセラミック基複合部材１４０は、上述した幾つかの実施形態に係る方法によって製造することが出来る。また、セラミック基複合部材１４０から接合部１２５を取り除き、新たな接合部１２５を本体部１１０に一体的に接合できるため、セラミック基複合部材１４０の接合部が損傷しても、セラミック基複合部材１４０を補修できる。

（５）他の実施形態に係る実施形態に係るセラミック基複合部材１４０は、セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなるセラミック基複合部材であって、本体部１１０と、本体部１１０と一体的に接合されるとともにセラミック基複合部材１４０の表面の一部を占める接合部１２５と、を備える。本体部１１０には、本体部１１０と接合部１２５との境界面から本体部１１０の内部に向かって延在する少なくとも一つの孔であって、セラミック基複合材料の基材が充填されている少なくとも一つの孔、が存在する。

他の実施形態に係る実施形態に係るセラミック基複合部材１４０によれば、セラミック基複合部材１４０を本体部１１０と、本体部１１０と一体的に接合されるとともにセラミック基複合部材１４０の表面の一部を占める接合部１２５とによって構成できる。このようなセラミック基複合部材１４０は、上述した他の実施形態に係る方法によって製造することが出来る。また、セラミック基複合部材１４０から接合部１２５を取り除き、新たな接合部１２５を本体部に一体的に接合できるため、セラミック基複合部材１４０の接合部１２５が損傷しても、セラミック基複合部材１４０を補修できる。
また、他の実施形態に係る実施形態に係るセラミック基複合部材１４０によれば、本体部１１０には、本体部１１０と接合部１２５との境界面１０７から本体部１１０の内部に向かって延在する少なくとも一つの孔１２６であって、セラミック基複合材料の基材が充填されている少なくとも一つの孔１２６が存在する。これにより、孔１２６に充填されたセラミック基複合材料の基材が本体部１１０と接合部１２５とを接合するアンカー部材としての役割を果たす。これにより、セラミック基複合部材１４０における本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上できるので、セラミック基複合部材１４０の強度を確保できる。

（孔形成位置決定ステップＳ２について）
図７及び図８を参照して、孔形成位置決定ステップＳ２の詳細について説明する。
図７は、幾つかの実施形態に係る対象部材１００中に存在する、セラミックス繊維によって織られた織物の層の模式的な平面図である。図８は、対象部材１００中に存在する、セラミックス繊維によって織られた織物を図７における第２方向に沿って見た断面を模式的に示す図である。図８（ａ）は、セラミックス繊維によって織られた織物の１枚分の断面である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部を拡大した図である。図８（ｃ）は、織物が複数層重ねられた状態を示す図である。

まず、孔形成位置決定ステップＳ２について説明する前に、対象部材１００中に存在するセラミックス繊維について説明する。
図７及び図８に示すように、対象部材１００中の強化材であるセラミックス繊維は、織物として編まれており、織物としての１枚分を１層として、複数層に重ねられた状態で対象部材１００中に存在する。
幾つかの実施形態に係る、セラミックス繊維によって織られた織物の層（セラミックス繊維の層）２１０のそれぞれは、複数本、例えば数百本から千本程度の本数のセラミックス繊維からなる束２０１，２０２によって編まれた織物である。各層２１０は、図７における図示左右方向に沿った第１方向に延在する複数の束２０１と、図示上下方向に沿った第２方向に延在する複数の束２０２とを有する。図７及び図８に示した例では、各層２１０の織り組織は、平織であるが、綾織等、他の織り組織でもよい。
図７において、説明の便宜上、第１方向に延在する束２０１について、図示上方から順にＸ１，Ｘ２，Ｘ３、Ｘ４，Ｘ５・・・と番号を付し、第２方向に延在する束２０２について、図示上方から順にＹ１，Ｙ２，Ｙ３、Ｙ４，Ｙ５・・・と番号を付している。

各束２０１，２０２の断面形状は、図８（ｂ）によく示すように、上下方向の大きさが左右方向の大きさよりも小さい、楕円形状に似た扁平形状を呈する。このような断面が扁平した形状を呈する各束２０１，２０２によって各層２１０が編まれているので、各層２１０における厚さ、すなわち図８における上下方向の大きさは、場所によって異なる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、図７における平面視で束２０１の中心軸と束２０２の中心軸とが重なる位置Ｐ１における層２１０の厚さｔ１は、図７における平面視で隣接する２本の束２０１の間であり、かつ、隣接する２本の束２０２の間となる位置Ｐ２における層２１０の厚さｔ２よりも厚い。
また、各束２０１，２０２の断面形状が楕円形状に似た扁平形状を呈することから、図７の平面視における位置により、層２１０におけるセラミックス繊維の密度が異なる。すなわち、例えば位置Ｐ１から第２方向にずれるにつれて、束２０１の図示奥行き方向に存在するセラミックス繊維の本数は減少する。また、例えば位置Ｐ１から第１方向にずれるにつれて、束２０２の図示奥行き方向に存在するセラミックス繊維の本数は減少する。したがって、例えば位置Ｐ１から第１方向又は第２方向にずれるにつれて、層２１０におけるセラミックス繊維の密度は低下する。
例えば位置Ｐ１における層２１０の図示奥行き方向に存在するセラミックス繊維の本数は、位置Ｐ２における層２１０の図示奥行き方向に存在するセラミックス繊維の本数よりも多い。そのため、位置Ｐ１における層２１０のセラミックス繊維の密度は、位置Ｐ２における層２１０のセラミックス繊維の密度よりも高い。
なお、図示の便宜上、図７及び図８において、同一方向に延在して隣接する束同士の間に隙間が存在するが、この隙間は存在しなくてもよい。

幾つかの実施形態では、図８（ｃ）に示すように、上述したような層２１０が複数層重ねられた状態で、対象部材１００中に存在している。図８（ｃ）では、図示上から順に１層目の層２１０を第１層２１１と呼び、２層目の層２１０を第２層２１２と呼び、３層目の層２１０を第３層２１３と呼ぶ。

このように構成される層２１０を有する対象部材１００において、図２に示した孔形成ステップＳ３で孔１０３を形成する場合、孔１０３の形成に伴って各束２０１，２０２を構成するセラミックス繊維を切断する本数は、孔１０３の位置によって異なる。
すなわち、例えば図９に示すように、層２１０の１層分の深さとして例えば図８（ｂ）における厚さｔ１に相当する深さの孔１０３を形成する場合を考える。なお、図９は、図７の一部を拡大した図であり、孔１０３の形成位置について説明するための図である。
上述したように、位置Ｐ１における層２１０のセラミックス繊維の密度は、位置Ｐ２における層２１０のセラミックス繊維の密度よりも高い。そのため、位置Ｐ１に孔１０３Ａを形成した場合、位置Ｐ２に孔１０３Ｂを形成した場合よりも多くのセラミックス繊維を切断してしまう。

そこで、幾つかの実施形態では、孔１０３の形成によるセラミックス繊維の切断本数を抑制すべく、セラミックス繊維の密度が低い位置に孔１０３を形成する。すなわち、除去ステップＳ１で損耗した部分１０１の周囲が取り除かれた後の対象部材１００には、セラミックス繊維の密度が相対的に高い第１領域として、例えば位置Ｐ１の近傍の領域が含まれる。また、除去ステップＳ１で損耗した部分１０１の周囲が取り除かれた後の対象部材１００には、セラミックス繊維の密度が第１領域よりも低い第２領域として、例えば位置Ｐ２の近傍の領域が含まれる。そして、幾つかの実施形態では、孔形成ステップＳ３において、上記第２領域に孔１０３を形成する。
具体的には、幾つかの実施形態では、各束２０１，２０２における中心軸に近い領域よりも、中心軸から離れた領域に孔１０３を形成する。
各束２０１における中心軸から離れ、かつ、各束２０２における中心軸から離れた領域は、上述した位置Ｐ２に近い領域となる。
そこで、幾つかの実施形態では、位置Ｐ２に孔１０３を形成することとした。

なお、孔１０３の形成数は少なくとも１であり、形成数が多いほど、接合部１２５と本体部１１０との密着強度を高めることができるが、補修後のＣＭＣ部品であるセラミック基複合部材１４０における、層２１０の延在方向の強度が低下する。そこで、幾つかの実施形態では、接合部１２５と本体部１１０との密着強度と、セラミック基複合部材１４０における層２１０の延在方向の強度と、セラミック基複合部材１４０の使用環境などを総合的に勘案して、孔１０３の形成数を決定することとした。
例えば、接合部１２５と本体部１１０との密着強度が優先される場合には、孔１０３の形成数を増やし、セラミック基複合部材１４０における層２１０の延在方向の強度が優先される場合には、孔１０３の形成数を減らす。
なお、セラミック基複合部材１４０の使用環境などを勘案して、接合面１０２の場所により、孔１０３の形成密度を変えてもよい。

なお、幾つかの実施形態では、孔１０３の深さは、層２１０の１層分の深さよりも浅い。孔１０３の深さは深い方が接合部１２５と本体部１１０との密着強度を高めることができる。しかし、図８（ｃ）に示すように、第１層２１１と第２層２１２とでは、束２０２の図示左右方向（すなわち第１方向）の位置が異なることがある。同様に、第１層２１１と第２層２１２とでは、束２０１の紙面奥行き方向（すなわち第２方向）の位置が異なることがある。そのため、第１層２１１と第２層２１２とでは、図７での平面視における、上述した位置Ｐ２が異なることがある。そのため、例えば孔１０３の深さを層２１０の２層分とした場合に、第２層２１２においてセラミックス繊維が想定以上に切断されてしまうおそれがある。
そのため、幾つかの実施形態では、孔１０３の深さは、層２１０の１層分の深さよりも浅くしている。

上述した位置Ｐ２に孔１０３を形成するため、幾つかの実施形態では、孔形成位置決定ステップＳ２において、対象部材１００に残存するセラミックス繊維の層２１０を撮像し、撮像して得られた画像に対して画像処理を行い、画像処理の結果に基づいて孔１０３の形成位置を決定する。
すなわち、孔形成位置決定ステップでＳ２では、除去ステップＳ１において対象部材１００で損耗した部分１０１の周囲を取り除くことで現れた接合面１０２を撮像装置で撮像し、接合面１０２の画像を得る。そして、得られた接合面１０２の画像を公知の画像処理を施すことによって、接合面１０２に現れた第１層２１１の各束２０１，２０２の配置位置や延在方向に関する情報を得る。そして、得られた情報に基づいて、上述した位置Ｐ２に相当する複数の位置を特定する。

なお、接合面１０２の状態によっては、第１層２１１の各束２０１，２０２の状態を把握し難い場合があることも考えられる。そのような場合には、接合面１０２をさらに研磨することなどによって各束２０１，２０２の側面の部分を露出させる。なお、各束２０１，２０２の側面の部分の一部が露出すれば、対象部材１００の設計時の情報、すなわち、層２１０の織り組織の種類やセラミックス繊維の太さ、各束２０１，２０２における繊維本数、各束２０１，２０２の配置ピッチに関する情報等を参照して、各束２０１，２０２の配置位置を推定できる。

そして、上述のように特定した位置Ｐ２に相当する複数の位置のうち、孔１０３を形成する位置を決定する。具体的には、接合部１２５と本体部１１０との密着強度と、セラミック基複合部材１４０における層２１０の延在方向の強度と、セラミック基複合部材１４０の使用環境などを総合的に勘案して決定された、孔１０３の形成数に応じて、孔１０３を形成する位置を決定する。

このようにして決定された孔１０３の位置の情報は、上述したように、不図示の孔開け装置の制御装置に出力される。

上述した幾つかの実施形態では、さらに、次の作用効果を奏する。
（６）幾つかの実施形態では、除去ステップＳ１で取り除かれた部位は、セラミックス繊維の密度が相対的に高い第１領域と、セラミックス繊維の密度が前記第１領域よりも低い第２領域と、を含む。そして、孔形成ステップＳ３では、上記第２領域に少なくとも一つの孔１０３を形成する。

これにより、孔１０３の形成によって切断されるセラミックス繊維の本数を抑制できるので、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上させつつ、補修後のセラミック基複合部材１４０の強度低下を抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、セラミックス繊維の層２１０は、第１方向に延在する束２０１として、図７において番号Ｘ１付した束（以下、第１束Ｘ１と呼ぶ）と、第１束Ｘ１に隣接して第１方向に延在する束２０１として、番号Ｘ２を付した束（以下、第２束Ｘ２と呼ぶ）とを有する。同様に、セラミックス繊維の層２１０は、第１方向と交差する第２方向に延在する束２０２として、符号Ｙ１を付した束（以下、第３束Ｙ１と呼ぶ）と、第３束Ｙ１に隣接して第２方向に延在する束２０２として、番号Ｙ２を付した束（以下、第４束Ｙ２と呼ぶ）とを有する。
第１束Ｘ１及び第２束Ｘ２と第３束Ｙ１及び第４束Ｙ２とはそれぞれ図７における平面視において交差する。
孔形成ステップＳ３では、第１束Ｘ１と第２束Ｘ２との間であり、かつ、第３束Ｙ１と第４束Ｙ２との間となる位置Ｐ２に孔１０３を形成する。

これにより、孔１０３の形成によって切断されるセラミックス繊維の本数を各束２０１，２０２において抑制できるので、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上させつつ、補修後のセラミック基複合部材１４０の強度低下を抑制できる。

（８）幾つかの実施形態では、除去ステップＳ１の後、対象部材１００に残存するセラミックス繊維の層２１０を撮像し、撮像して得られた画像に対して画像処理を行い、画像処理の結果に基づいて少なくとも一つの孔１０３の形成位置を決定する孔形成位置決定ステップＳ２をさらに備える。

これにより、セラミックスの繊維をできるだけ切断しないように孔１０３を形成する位置を決定できるので、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上させつつ、補修後のセラミック基複合部材１４０の強度低下を抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、少なくとも一つの孔１０３の深さは、セラミックス繊維の層２１０の１層分の厚さよりも小さい。

これにより、孔１０３の形成によってセラミックス繊維が切断されるセラミックス繊維の織物の層２１０が１層で済むので、焼結後の本体部１１０と接合部１２５との密着強度を向上させつつ、補修後のセラミック基複合部材１４０の強度低下を抑制できる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した他の実施形態では、孔形成位置決定ステップＳ２において、接合面１０２を撮像して得られた画像に公知の画像処理を施すことによって、接合面１０２に現れた第１層２１１の各束２０１，２０２の配置位置や延在方向に関する情報を得た。しかし、孔１０３の形成位置を目視によって決定してもよい。
また、上述の説明では特に言及していないが、焼成ステップＳ６を経て得られたセラミック基複合部材１４０に対して適宜機械加工を施してもよい。

１００ 対象部材
１０２ 接合面
１０３ 孔
１０５ スラリー（塗布用スラリー）
１０６ スラリー（含浸用スラリー）
１１０ 本体部
１２０ グリーン体
１２５ 接合部
１４０ セラミック基複合部材
２１０ 層（セラミックス繊維によって織られた織物の層、セラミックス繊維の層）

Claims (9)

1. セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなる対象部材の補修方法であって、
   前記対象部材の表面の少なくとも一部を取り除く除去ステップと、
   前記除去ステップで取り除かれた部位に、前記セラミックス繊維を含む補修用のグリーン体を配置する配置ステップと、
   前記対象部材における少なくとも前記補修用のグリーン体が配置された部分にスラリーを含浸させる含浸ステップと、
   前記含浸ステップの後、前記補修用のグリーン体が配置された前記対象部材を焼成する焼成ステップと、を備えるセラミック基複合材料の補修方法。
2. 前記除去ステップの後、前記除去ステップで取り除かれた部位に少なくとも一つの孔を形成する孔形成ステップをさらに備える、請求項１に記載のセラミック基複合材料の補修方法。
3. 前記除去ステップで取り除かれた部位は、前記セラミックス繊維の密度が相対的に高い第１領域と、前記セラミックス繊維の密度が前記第１領域よりも低い第２領域と、を含み、
   前記孔形成ステップは、前記第２領域に前記少なくとも一つの孔を形成する、請求項２に記載のセラミック基複合材料の補修方法。
4. 前記セラミックス繊維の層は、第１方向に延在する前記セラミックス繊維の第１束と、前記第１束に隣接して前記第１方向に延在する前記セラミックス繊維の第２束と、前記第１方向と交差する第２方向に延在する前記セラミックス繊維の第３束と、前記第３束に隣接して前記第２方向に延在する前記セラミックス繊維の第４束とを有し、前記第１束及び前記第２束と前記第３束及び前記第４束とはそれぞれ交差し、
   前記孔形成ステップは、前記第１束と前記第２束との間であり、かつ、前記第３束と前記第４束との間となる位置に前記少なくとも一つの孔を形成する、請求項３に記載のセラミック基複合材料の補修方法。
5. 前記除去ステップの後、前記対象部材に残存する前記セラミックス繊維の層を撮像し、撮像して得られた画像に対して画像処理を行い、前記画像処理の結果に基づいて前記少なくとも一つの孔の形成位置を決定する孔形成位置決定ステップをさらに備える、請求項３又は４に記載のセラミック基複合材料の補修方法。
6. 前記少なくとも一つの孔の深さは、前記セラミックス繊維の層の１層分の厚さよりも小さい、請求項４に記載のセラミック基複合材料の補修方法。
7. 前記含浸ステップは、
   前記対象部材における少なくとも前記補修用のグリーン体が配置された部分を脱気する脱気ステップと、
   前記脱気ステップの後、前記対象部材における少なくとも前記補修用のグリーン体が配置された部分を前記スラリーに浸漬させる浸漬ステップと、を含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載のセラミック基複合材料の補修方法。
8. セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなるセラミック基複合部材であって、
   本体部と、前記本体部と一体的に接合されるとともに前記セラミック基複合部材の表面の一部を占める接合部と、を備え、
   前記本体部と前記接合部とでは、前記セラミックス繊維の束の延在方向、及び配置間隔の少なくとも一方が異なるセラミック基複合部材。
9. セラミックス繊維を強化材とするセラミック基複合材料からなるセラミック基複合部材であって、
   本体部と、前記本体部と一体的に接合されるとともに前記セラミック基複合部材の表面の一部を占める接合部と、を備え、
   前記本体部には、前記本体部と前記接合部との境界面から前記本体部の内部に向かって延在する少なくとも一つの孔であって、前記セラミック基複合材料の基材が充填されている少なくとも一つの孔、が存在するセラミック基複合部材。

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