JP2019525882A

JP2019525882A - 異なる局所的特性を有するセラミックマトリックス複合材物品およびそれを形成するための方法

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Publication number: JP2019525882A
Application number: JP2018567581A
Authority: JP
Inventors: ホッケメイヤー，マシュー; シャピロ，ジェイソン・デビッド; カーン，ケー・エム・ケー・ゲンギス; バーチュリ，ジェームス・スコット; ダン，ダニエル・ジーン; シンハ，シャティル; デシーザレ，ダグラス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2037-06-15
Also published as: JP7416444B2; CA3029412A1; EP3478646B1; WO2018005105A1; CN109415273A; JP2022031308A; US20180002238A1; US11890836B2; US20220324206A1; US11383494B2; EP3478646A1; JP6987799B2

Abstract

セラミックマトリックス複合材物品は、例えば、第１の範囲を画定するセラミックマトリックス中のセラミック繊維の第１の複数のプライと、第１の複数のプライの上および／または中に、第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定するセラミックマトリックス内の局所的な少なくとも１つの第２のプライと、を含む。第１の複数のプライは第１の特性を有し、少なくとも１つの第２のプライは少なくとも１つの第２の特性を有し、第１の特性は少なくとも１つの第２の特性とは異なる。異なる特性は、１つまたは複数の異なる機械的（応力／歪み）特性、１つまたは複数の異なる熱伝導特性、１つまたは複数の異なる電気伝導特性、１つまたは複数の異なる他の特性、ならびにそれらの組み合わせを含むことができる。【選択図】図１

Description

政府の権利
本開示は、米国空軍の契約番号ＦＡ８６５０−０４−Ｇ−２４６６−００３に基づく政府の支援によって行われた。政府は、本開示に一定の権利を有する。

本開示は、一般に、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）に関し、より詳細には、異なる局所的特性を有するＣＭＣ物品およびそれを形成するための方法に関する。

セラミックマトリックス複合材は、一般に、セラミックマトリックス材料に埋め込まれたセラミック繊維補強材料を含む。強化材料は、マトリックスクラックの事象においてセラミックマトリックス複合材の耐荷重成分として働き、セラミックマトリックスは、補強材料を保護し、その繊維の配向を維持し、補強材料への荷重を分散させる働きをする。ガスタービンにおけるような高温用途に特に対象となるのは、マトリックスおよび／または補強材料として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むケイ素系複合材である。通常、セラミックマトリックス複合材は、部品特性のいくらかの調整を可能にする様々な配向を有する補強材料のプライから形成される。

国際公開第２０１３／１７１７７０号

従来技術の欠点が克服され、一実施形態では、セラミックマトリックス複合材物品を形成する際に使用する方法を提供することによって、さらなる利点が提供される。本方法は、例えば、第１の範囲を画定するセラミック繊維を有する第１の複数のプライをレイアップするステップと、第１の複数のプライのレイアップ上に、第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定する少なくとも１つの第２のプライをレイアップするステップと、を含み、第１の複数のプライは第１の特性を有し、少なくとも１つの第２のプライは少なくとも１つの第２の特性を有し、第１の特性は少なくとも１つの第２の特性とは異なる。

別の実施形態では、セラミックマトリックス複合材物品は、例えば、第１の範囲を画定するセラミックマトリックス中のセラミック繊維の第１の複数のプライと、第１の複数のプライの上および／または中に、第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定するセラミックマトリックス内の少なくとも１つの第２のプライと、を含み、第１の複数のプライは第１の特性を有し、少なくとも１つの第２のプライは少なくとも１つの第２の特性を有し、第１の特性は少なくとも１つの第２の特性とは異なる。

本発明の上述したおよび他の特徴ならびに利点は、添付した図面と合わせて、本開示の様々な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになろう。

本開示の一実施形態によるセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）物品の斜視図である。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品の断面図である。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品の断面図である。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品の断面図である。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品の上面図である。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品の上面図である。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品の上面図である。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品を形成する際に使用する方法のフローチャートである。本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品を形成するための方法のフローチャートである。本開示の実施形態によるＣＭＣ物品の形成に使用するための複数の一方向プリプレグテープのレイアップ（硬化／熱分解の前）の断面図である。図１０のレイアップから形成され、例えば、硬化／熱分解および緻密化を経たＣＭＣ物品の断面図である。

本開示の実施形態、およびその特定の特徴、利点、および詳細は、添付の図面に示す非限定的な実施例を参照して、以下で完全に説明される。本開示を不必要に不明瞭にしないために、周知の材料、処理技術などの説明は省略されている。しかしながら、詳細な説明および具体的な実施例は、本開示の実施形態を示すものであるが、例示のみを目的としたものであり、限定するものではないことを理解されたい。基礎となる発明概念の趣旨および／または範囲内の様々な置換、変形、追加および／または配置は、本開示から当業者には明らかであろう。

本開示は、一般に、例えば、異なる局所的特性を有するセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）物品に関する。異なる特性を有する材料を適用することにより、ＣＭＣ物品を調整して、異なる特性を有するＣＭＣ物品内の１つまたは複数の局所的な部分、エリア、または領域を有することが可能になる。例えば、ＣＭＣ物品の異なる部分、エリアまたは領域は、１つまたは複数の異なる機械的（応力／歪み）特性、１つまたは複数の異なる熱伝導特性、１つまたは複数の異なる電気伝導特性、またはその他の異なる特性、ならびにそれらの組み合わせなどの異なる特性を有することができる。

以下により詳細に説明するように、ＣＭＣ物品の異なる局所的特性は、ＣＭＣ物品を形成するための他のプライのレイアップと比較して、１つまたは複数の異なる特性を有する局所プライのレイアップを使用することによって調整することができる。例えば、本開示によるＣＭＣ物品は、第１の範囲を画定するセラミック繊維を有する第１の複数のプライのレイアップと、第１の複数のプライのレイアップの上および／または中に第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定する少なくとも１つの第２のプライの局所的レイアップと、から形成することができる。第１の特性を有する第１の複数のプライと、第１の特性と異なる少なくとも１つの第２の特性を有する少なくとも１つの第２のプライと、を用いることにより、ＣＭＣ物品の局所的な部分が１つまたは複数の異なる特性を有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＭＣ物品は、セラミック繊維を有する少なくとも１つの第２のプライ、または例えば繊維を有さず補強されていない少なくとも１つの第２のプライから形成することができる。いくつかの実施形態では、ＣＭＣ物品は、セラミックマトリックスが同じであるかまたはセラミックマトリックスが第１および第２のプライで異なる、第１および第２のプライから形成することができ、第１および第２のプライが同じまたは異なる繊維を含んでもよく、あるいは第２のプライが繊維を含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、ＣＭＣ物品は、前駆体マトリックスおよびセラミック繊維を有するプリプレグプライなどのセラミック繊維のプライから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、プライ中の繊維の種類または繊維の量は異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、異なるプライは、単一の異なるプライまたは複数の分散した異なるプライを含むことができる。いくつかの実施形態では、異なる１つまたは複数のプライは、局在化されて、開口部またはホールについてのＣＭＣ物品の補強として作用することができる。本開示は、クラックの成長を防止および／または抑制することによって、ＣＭＣ物品または部品の寿命を延ばすことができる。

図１は、本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品１００を示す。この図示する実施形態では、ＣＭＣ物品１００はタービンベーンまたはタービンブレードであってもよい。例示的なセラミックマトリックス複合材のタービンブレードまたはベーン１００は、根元部分１２０、先端部分１２２、前縁１２４、および後縁１２５を画定する翼形部部分１１２を含むことができる。例えば、局所的特性は、前縁、後縁、根元部分および／または先端部分に沿って配置されてもよい。セラミックマトリックス複合材のタービンブレードまたはベーン１００は、冷却孔（図１には示さず）を含むことができ、局所的特性は、冷却孔に沿って配置され得る。

セラミックマトリックス複合材のガスタービンブレードまたはベーン１００は、一般に、以下でより詳細に説明するように、硬化／熱分解および緻密化されたレイアップに配置されたプリプレグプライなどの複数のセラミック繊維のプライから製造されてもよい。さらに、セラミックマトリックス複合材のタービンブレードまたはベーン１００の一部は、後述するセラミックマトリックス複合材物品の特徴を組み込むことができる。

図２は、本開示の一実施形態による、ＣＭＣ物品２００の表面上の異なる局所的特性を有するＣＭＣ物品２００の一部の断面を示す。例えば、一実施形態では、ＣＭＣ物品２００は、第１の範囲を画定するセラミックマトリックスのセラミック繊維の第１の複数のプライ２１０と、第１の複数のプライ２１０の上に第２の範囲を画定する一対のプライ２２０などの局所的な少なくとも１つの第２のプライと、を有することができる。局所的な第２のプライは、セラミックマトリックス中にセラミック繊維を含んでもよく、またはセラミック繊維を含まなくてもよい。第１のプライのセラミックマトリックスは、第２のプライの１つまたは複数のセラミックマトリックスと同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、繊維を含まない第２のプライは一時的であってもよい。エリアなどの第２の範囲は、エリアなどの第１の範囲より小さい。例えば、第１の複数のプライは、第１の周囲延在縁部によって画定された第１のエリアを有する第１の範囲を有することができ、局所的な第２のプライは、第２の周囲延在縁部によって画定される第２のエリアを有する第２の範囲を有することができ、第１のエリアおよび第１の周囲延在縁部は、第２のエリアおよび第２の周囲延在縁部よりも大きなサイズにすることができる。局所的な第２のプライの全範囲は、第１の複数のプライの第１の範囲上に、または第１の範囲内に配置することができる。第１の複数のプライは第１の特性を含み、一対の第２のプライは第２の特性を含み、第１の特性は第２の特性と異なる。他の実施形態では、一対の第２のプライは、第１の特性と異なる１つまたは複数の異なる第２の特性を含むことができる。異なる特性について以下に説明する。

図３は、本開示の一実施形態による、ＣＭＣ３００における異なる局所的特性を有するＣＭＣ物品３００の一部の断面を示す。例えば、一実施形態では、ＣＭＣ物品３００は、第１の範囲を画定するセラミックマトリックスのセラミック繊維の第１の複数のプライ３１０と、第１の複数のプライ３１０内の第２の範囲を画定する局所的な複数の第２のプライ３２０と、を有することができる。局所的な第２のプライは、セラミックマトリックス中にセラミック繊維を含んでもよく、またはセラミック繊維を含まなくてもよい。第１のプライのセラミックマトリックスは、第２のプライの１つまたは複数のセラミックマトリックスと同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、繊維を含まない第２のプライは一時的であってもよい。エリアなどの第２の範囲は、エリアなどの第１の範囲より小さい。例えば、第１の複数のプライは、第１の周囲延在縁部によって画定された第１のエリアを有する第１の範囲を有することができ、局所的な第２のプライは、第２の周囲延在縁部によって画定される第２のエリアを有する第２の範囲を有することができ、第１のエリアおよび第１の周囲延在縁部は、第２のエリアおよび第２の周囲延在縁部よりも大きなサイズにすることができる。局所的な第２のプライの全範囲は、第１の複数のプライの第１の範囲上に、または第１の範囲内に配置することができる。第１の複数のプライは第１の特性を含み、少なくとも１つの第２のプライは１つまたは複数の第２の特性を含み、第１の特性は１つまたは複数の第２の特性と異なる。異なる特性について以下に説明する。

図４は、本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品４００の表面上の異なる局所的特性を有するＣＭＣ物品４００の一部の断面を示す。例えば、一実施形態では、ＣＭＣ物品４００は、第１の範囲を画定するセラミックマトリックス中のセラミック繊維の第１の複数のプライ４１０、４１５と、第１の複数のプライ４１０、４１５内に配置された第２の範囲を画定する、符号４２０などの局所的な少なくとも１つの第２のプライと、を有することができる。局所的な少なくとも１つの第２のプライは、セラミックマトリックス中にセラミック繊維を含んでもよく、またはセラミック繊維を含まなくてもよい。第１のプライのセラミックマトリックスは、１つまたは複数の第２のプライのセラミックマトリックスと同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、繊維を含まない第２のプライは一時的であってもよい。エリアなどの第２の範囲は、エリアなどの第１の範囲より小さい。例えば、第１の複数のプライは、第１の周囲延在縁部によって画定された第１のエリアを有する第１の範囲を有することができ、局所的な第２のプライは、第２の周囲延在縁部によって画定される第２のエリアを有する第２の範囲を有することができ、第１のエリアおよび第１の周囲延在縁部は、第２のエリアおよび第２の周囲延在縁部よりも大きなサイズにすることができる。局所的な第２のプライの全範囲は、第１の複数のプライの第１の範囲上に、または第１の範囲内に配置することができる。第１の複数のプライは第１の特性を含み、少なくとも１つの第２のプライは第２の特性を含むことができ、第１の特性は第２の特性と異なる。他の実施形態では、少なくとも１つの第２のプライは、第１の特性とは異なる１つまたは複数の異なる第２の特性を含むことができる。異なる特性について以下に説明する。

図２〜図４に関して、第２の１つまたは複数のプライは、タービンブレードまたはベーンの前縁または後縁に沿ったようなコーナーまたは半径の周りに形成された細長いストリップであってもよい。いくつかの実施形態では、単一の第２のプライの使用は、ＣＭＣ物品の表面上またはＣＭＣ物品内に配置することができる。いくつかの実施形態では、複数の第２のプライの使用は、ＣＭＣ物品内の第１の複数のプライと規則的に配置されてもよいし、交互に配置されてもよい。複数の第２のプライが使用される場合には、複数の第２のプライは、例えばＣＭＣ物品の厚さを通して、整列されてもよいし、並んで配置されてもよい。

図５は、本開示の一実施形態によるセラミックマトリックス複合材物品５００において異なる局所的特性を有するＣＭＣ物品５００の一部の平面図を示す。ＣＭＣ物品５００は、第１の範囲を画定するセラミックマトリックス（図５には示さず）中のセラミック繊維の少なくとも１つまたは複数の第１のプライ５１０（そのうちの１つを図５に示す）から形成することができ、セラミックマトリックス中のセラミック繊維の少なくとも１つまたは複数の局所的な第２のプライ５２０（そのうちの１つを図５に示す）は、第１の複数のプライ５１０内の第２の範囲を画定する。エリアなどの第２の範囲は、エリアなどの第１の範囲より小さい。例えば、第１の複数のプライは、第１の周囲延在縁部によって画定された第１のエリアを有する第１の範囲を有することができ、局所的な第２のプライは、第２の周囲延在縁部によって画定される第２のエリアを有する第２の範囲を有することができ、第１のエリアおよび第１の周囲延在縁部は、第２のエリアおよび第２の周囲延在縁部よりも大きなサイズにすることができる。局所的な第２のプライの全範囲は、第１の複数のプライの第１の範囲上に、または第１の範囲内に配置することができる。第１の複数のプライは第１の特性を含み、少なくとも１つの第２のプライは第２の特性を含み、第１の特性は第２の特性と異なる。この図示した例では、少なくとも１つまたは複数の局所的な第２のプライ５２０は、１つまたは複数の円形のプライであってもよく、ホールなどの開口部５３０を補強するためにＣＭＣ物品内に配置されてもよい。適切な異なる特性について以下に説明する。

図６は、本開示の一実施形態によるＣＭＣ物品６００における異なる局所的特性を有するＣＭＣ物品６００の一部の平面図を示す。ＣＭＣ物品６００は、第１の範囲を画定するセラミックマトリックス（図６には示さず）中のセラミック繊維の少なくとも１つまたは複数の第１のプライ６１０（そのうちの１つを図６に示す）から形成することができ、セラミックマトリックス中のセラミック繊維の少なくとも１つまたは複数の局所的な第２のプライ６２０（そのうちの１つを図６に示す）は、第１の複数のプライ６１０内に第２の範囲を画定する。エリアなどの第２の範囲は、エリアなどの第１の範囲より小さい。例えば、第１の複数のプライは、第１の周囲延在縁部によって画定された第１のエリアを有する第１の範囲を有することができ、局所的な第２のプライは、第２の周囲延在縁部によって画定される第２のエリアを有する第２の範囲を有することができ、第１のエリアおよび第１の周囲延在縁部は、第２のエリアおよび第２の周囲延在縁部よりも大きなサイズにすることができる。局所的な第２のプライの全範囲は、第１の複数のプライの第１の範囲上に、または第１の範囲内に配置することができる。第１の複数のプライは第１の特性を含み、少なくとも１つの第２のプライは第２の特性を含み、第１の特性は第２の特性と異なる。この図示した例では、少なくとも１つまたは複数の局所的な第２のプライ６２０は、１つまたは複数の正方形のプライであってもよく、ホールなどの開口部６３０を補強するためにＣＭＣ物品内に配置されてもよい。適切な異なる特性について以下に説明する。

図７は、本開示の一実施形態による、ＣＭＣ物品７００における異なる局所的特性を有するＣＭＣ物品７００の一部の平面図を示す。ＣＭＣ物品７００は、第１の範囲を画定するセラミックマトリックス（図７には示さず）中のセラミック繊維の少なくとも１つまたは複数の第１のプライ７１０（そのうちの１つを図７に示す）から形成することができ、セラミックマトリックス中のセラミック繊維の少なくとも１つまたは複数の局所的な第２のプライ７２０（そのうちの１つを図７に示す）は、第１の複数のプライ７１０内に第２の範囲を画定する。エリアなどの第２の範囲は、エリアなどの第１の範囲より小さい。例えば、第１の複数のプライは、第１の周囲延在縁部によって画定された第１のエリアを有する第１の範囲を有することができ、局所的な第２のプライは、第２の周囲延在縁部によって画定される第２のエリアを有する第２の範囲を有することができ、第１のエリアおよび第１の周囲延在縁部は、第２のエリアおよび第２の周囲延在縁部よりも大きなサイズにすることができる。局所的な第２のプライの全範囲は、第１の複数のプライの第１の範囲上に、または第１の範囲内に配置することができる。第１の複数のプライは第１の特性を含み、少なくとも１つの第２のプライは第２の特性を含み、第１の特性は第２の特性と異なる。この図示した例では、少なくとも１つまたは複数の局所的な第２のプライ７２０は、１つまたは複数の長方形または台形のプライであってもよく、ホールなどの開口部７３０を補強するためにＣＭＣ物品内に配置されてもよい。適切な異なる特性について以下に説明する。

図５〜図７を参照すると、第２のプライは、１つまたは複数の局所的な第２のプライであってもよく、図２〜図４に関連して説明したＣＭＣ物品の上および／または中に配置されてもよい。さらに、第２の１つまたは複数のプライは、円形、長方形、または他の任意の形状であってもよい。第２の１つまたは複数のプライは、ＣＭＣ物品の縁部と接触していてもよいし、ＣＭＣ物品の縁部から隔離されていてもよい。第２の１つまたは複数のプライは、ＣＭＣ物品の外部に配置されてもよく、またはＣＭＣ物品のプライ積層体と混合されてもよい。第２の１つまたは複数のプライは、残りのＣＭＣ物品と同じであるかまたは残りのＣＭＣ物品とは異なるプライ方向（または複数の方向）を有することができる。

図８は、本開示の一実施形態による、上で開示したＣＭＣ物品などのＣＭＣ物品を形成する際に使用するための方法８００を示す。例えば、方法８００は、第１の範囲を画定するセラミック繊維を有する第１の複数のプライをレイアップするステップ８１０と、第１の複数のプライのレイアップの上および／または中に、第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定する少なくとも１つの第２のプライをレイアップするステップ８２０と、を含むことができ、第１の複数のプライは第１の特性を有し、少なくとも１つの第２のプライは少なくとも１つの第２の特性を有し、第１の特性は少なくとも１つの第２の特性とは異なる。

図９は、本開示の一実施形態による、上で開示したＣＭＣ物品などのＣＭＣ物品を形成する際に使用するための方法９００を示す。例えば、方法９００は、第１の範囲を画定するセラミック繊維を有する第１の複数のプリプレグプライをレイアップするステップ９１０と、第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定するセラミック繊維を有する少なくとも１つの第２のプリプレグプライを第１の複数のプリプレグプライの上および／または中にレイアップするステップ９２０であって、第１の複数のプリプレグプライは第１の特性を有し、少なくとも１つの第２のプライは第２の特性を有し、第１の特性は第２の特性とは異なる、ステップ９２０と、多孔質マトリックスを有するプリフォームを提供するために、第１の複数のプリプレグプライおよび少なくとも１つの第２のプリプレグプライのレイアップを硬化／熱分解するステップ９３０と、セラミックマトリックス複合材物品を形成するために、プリフォームの多孔質マトリックスを緻密化するステップ９４０と、を含むことができる。

上記の実施形態に関連して、ＣＭＣ物品の異なる部分、エリアまたは領域は、機械的（応力／歪み）特性、熱伝導率特性、電気伝導特性などの異なる特性を有することができる。

例えば、ＧＥＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）ＣＭＣは、ＳｉＣとＳｉの両方を含むマトリックスにＳｉＣ繊維を使用する。繊維は、ＢＮベースのコーティングで被覆されている。ＢＮベースのコーティングは、ＳｉＣ繊維またはＳｉ−ＳｉＣマトリックスのいずれよりも低い弾性率を有する。コーティングの厚さをほぼ一定に保つと、繊維の体積分率の増加は、コーティングの体積分率の対応する増加を引き起こす。結果として、そのようなＣＭＣシステムは、繊維体積分率の増加が複合材の弾性率の減少をもたらす異常な挙動を示す。０および９０の方向に配向された等しい数のプライを用いて作製された複合材の場合、複合材の弾性率は、約３４％の繊維体積分率における約２２０ＭＰａから約２２％の繊維体積率における約２９０ＭＰａまで増加することが観察されている。繊維体積分率が０％に減少すると、得られるマトリックスのみのプライは約３６０ＭＰａの弾性率を有する。繊維体積分率を局所的に変化させることにより、複合材の局所的弾性率を変化させることができ、複合材構造全体の剛性および機械的応答を調整することができる。

ＢＮベースのコーティングはまた、ＳｉＣ繊維またはＳｉ−ＳｉＣマトリックスよりも絶縁性である。したがって、繊維／コーティングの体積分率を変えることによって、ＣＭＣの熱伝導率を変えることができる。熱勾配を受けるＣＭＣ構造の場合、被覆された繊維の体積分率を局所的に変化させることにより、ＣＭＣ構造の温度勾配および応力を変化させることができる。

ＧＥＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）ＣＭＣの熱膨張率（ＣＴＥ）は、約３３％の繊維における約４．８８〜４．９１ｐｐｍ／Ｃから約２１％における約４．９５〜４．９９ｐｐｍ／Ｃの範囲から０％の繊維における約５．１４ｐｐｍ／Ｃまで、繊維体積分率と共に変化することも観察されている。熱勾配を受けるＣＭＣ構造体の場合、局所的な熱応力を制御するために局所的なＣＴＥを変化させるために、局所的な繊維体積分率を変化させることができる。複合材のＣＴＥを局所的に変化させることにより、複合材構造内に良好な残留応力を導入することもできる。

ＧＥＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）ＣＭＣの場合、０方向に配向されたすべての繊維を有する一方向性複合材の比例限界ＰＬは、繊維体積分率が約２１％から約３３％に増加するにつれて約３３０から約６１０ＭＰａまで増加することが観察されている。さらに、一方向０プライＣＭＣのＰＬは、平衡型アーキテクチャ０／９０構造のＰＬの２〜３倍も大きいことが観察されている。ＣＭＣ構造体の場合には、局所的応力の領域に一方向プリプレグ材料を局所的に配置し、局所的応力に繊維を整列させることにより局所的応力を受ける構造体の局所的ＰＬを増加させることができる。この増加は、局所的な複合体構造ならびに局所的な繊維体積分率の関数であり得る。

ＧＥＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）ＣＭＣのクリープ特性は、繊維体積分率の増加に伴い改善することが示されている。したがって、ＣＭＣ構造のクリープ特性は、繊維体積分率を局所的に変化させることによって局所的に調整することができる。

これらの例では、ＧＥＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）ＣＭＣの特性は、コーティングされた繊維の体積分率を局所的に変化させることによって局所的に調整することができる。ＣＭＣ特性は、遊離ケイ素含有量、細孔含有量、コーティング厚さ、コーティング特性、および繊維間隔などの他の成分の比率または構造を変えることによっても変えることができる。異なる繊維を構造体に局所的に組み込むこともできる。場合によっては、これらの要因の１つまたは複数を局所的に変化させることにより、ＣＭＣの製造性を向上させることができる。場合によっては、これらの要因の１つまたは複数を変化させると、ＣＭＣの残留応力状態が変化する可能性がある。さらに、ＣＭＣに他の構成要素を追加して、特性を局所的に変化させることもできる。例えば、所望の熱的、機械的および電気的特性を達成するため、または酸化などの環境因子に対する所望の応答を得るために、酸化物または非酸化物材料を局所的に組み込むことができる。

本開示はＧＥＨｉＰｅｒＣｏｍｐ（登録商標）ＣＭＣに限定されず、本開示は他のＣＭＣシステムにも適用可能であることが理解されよう。

いくつかの実施形態では、第１の特性は第１の繊維体積分率を含むことができ、第２の特性は第２の繊維体積分率を含むことができ、第１の繊維体積分率は第２の第１の繊維体積分率とは異なる。例えば、第１の体積分率は約１５％〜約３０％であってもよく、第２の体積分率は約３０％〜約４０％であってもよい。

図１０および図１１を参照すると、上述のＣＭＣ物品の実施形態は、図１０に示す成形プリフォームとして最初に形成され、次に図１１に示すように硬化／熱分解および緻密化されてもよい。

最初に、図１０を参照すると、レイアップ１０００は、概ね二次元のラミネートを作製するために、スラリーを含浸させたセラミック繊維の一方向に整列したトウのテープ状構造の形態の第１の性質を有する第１の複数のプリプレグ層またはプライ１０１０、ならびにスラリーを含浸したセラミック繊維の一方向に整列したトウのテープ状構造の形態の第２の特性を有する少なくとも１つの第２のプライまたは複数の第２のプライ１０２０から製造することができる。

第１の複数のプリプレグ層またはプライ１０１０ならびに局所的な少なくとも１つの第２のプリプレグ層またはプライ１０２０は、硬化／熱分解および／または緻密化の前、あるいは硬化または緻密化の後に異なる特性などの異なる特性を含むことができる。

プリプレグは、例えば、所望のＣＭＣおよびスラリーの補強材料から形成することができ、スラリーは、マトリックス前駆体、細孔形成剤、バインダー、粒状充填剤、および担体を含むことができる。トウをスラリーの浴に通すことにより、スラリーを被覆されたトウに浸透させることができる。次いで、トウをドラム上に巻き付けることができ、テープが形成されるようにスラリーを部分的に乾燥させることを含むことができる。テープはドラムから取り外すことができ、一方向性プリフォームプライを切断してテープを形成することができる。

トウのための材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、多結晶ＳｉＣ繊維、または他の適切な繊維を含むことができる。トウに適した材料の例は、ＮＧＳＡｄｖａｎｃｅｄＦｉｂｅｒｓ社のＨｉＮｉｃａｌｏｎＴｙｐｅＳである。繊維の直径の適切な範囲は、約５〜約２０マイクロメートルであるが、より大きい直径およびより小さい直径を有する繊維も本開示の範囲内である。繊維は、ＣＭＣ物品に特定の所望の特性を付与するために、例えば、ＣＭＣ物品の形成されたマトリックス材料とコーティングとの間のスリップを可能にするために、炭素または窒化ホウ素界面層（図示せず）などの材料で被覆することが好ましい。例えば、繊維トウは、約５００個の個々の繊維の単一の束であってもよい。

スラリーは、熱分解または焼成などのバーンアウト後に炭化物／残留物を残す有機材料または無機材料などのマトリックス前駆体を含むことができる。いくつかの実施形態では、マトリックス前駆体は、硬化したプリフォーム中に炭化ケイ素などの多孔質ケイ素含有前駆体を形成するために、後述するように操作可能なケイ素含有前駆体を含むことができる。マトリックス前駆体の例には、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ポリカルボシラン、ポリシラザン、ポリシロキサン、フェノール化合物、およびフラニル化合物が含まれる。細孔形成剤は、固化プロセスを通して存在し続けることができる粒子または他の種を含むことができるが、細孔が生じるバーンアウトまたは熱分解プロセスでは一時的であってもよい。細孔形成剤の例には、ポリビニルブチラール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、および／またはセルロース粉末が含まれ得る。充填材には、収縮の抑制に役立つ酸化物または非酸化物の粒子またはウィスカーが含まれてもよい。充填材には、ＳｉＣ、Ｃ、Ｂ_４Ｃ、ＳｉＯ_２、ＨｆＣ、ＨｆＢ_２、ＺｒＣ、ＺｒＢ_２、ＭｏＳｉ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、希土類シリケート、希土類シリサイドが含まれる。担体は、マトリックス前駆体および他の成分を溶解または担持する有機液体または無機液体を含むことができる。担体には、水、イソプロパノール、トルエン、アセトンが含まれる。

得られたプリプレグの複数のプライは、所望のパターンおよび形状にレイアップまたは積み重ねられ、通常、プリプレグ層のトウが他のプライのプリプレグ層の他のトウに対して平行、横（例えば垂直）またはある角度で配向するように配置される。複数のプライは、通常、加圧および高温、例えば真空中またはオートクレーブまたは局所的な圧力および熱の適用において、緻密化または減量化を受けることができる。

統合された複数の積み重ねられたプライは、マトリックス前駆体を分解し、セラミックまたはセラミックチャーを形成するために、熱分解などのバーンアウト、あるいは真空中または不活性もしくは反応性雰囲気中で加熱されてもよく、細孔形成剤は例えば揮発して多孔質プリフォームを生成し、この多孔質プリフォームは緻密化され、図１１に示すＣＭＣ物品１１００が得られる。

第１および第２のプライのレイアップを同時に硬化／熱分解することができるが、本開示によるＣＭＣ物品は第１の複数のプライの第１のレイアップを含むことができ、第１のレイアップは硬化／熱分解され、次いで硬化／熱分解された第１のプライ上に局所的な少なくとも１つの第２のプライのレイアップを含むことができることが理解されよう。さらに他の実施形態では、本開示によるＣＭＣ物品は、第１の複数のプライの第１のレイアップを含むことができ、第１のレイアップは硬化／熱分解されて緻密化され、次に、緻密化された第１のプライ上に少なくとも１つの局所的な第２のプライのレイアップを含むことができる。

硬化されたプリフォームは、外部から供給される炭化ケイ素の気体供給源などにより化学気相浸透を施すことができる。気体炭化ケイ素供給源は、多孔質に浸透し、多孔質層の内部細孔表面にＳｉＣを堆積させて、ＣＭＣ物品の緻密化された炭化ケイ素マトリックスを形成するように反応する。適切な化学気相浸透ガスは、メチルトリクロロシラン、ジメチル−ジクロロシラン、シラン＋メタン、テトラクロロシラン＋メタン、および他の適切なガスを含むことができる。他の実施形態では、緻密化は、完成ＣＭＣ物品を形成するための溶融浸透プロセスを含むことができる。溶融浸透は、ケイ素、ケイ素合金、ケイ化物、酸化物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。他の実施形態では、化学気相浸透と溶融浸透との組み合わせを使用することができる。他の実施形態では、緻密化は、スラリーキャストプロセスを含むことができる。

当業者であれば、本開示の教示が他のＣＭＣ材料の組み合わせにも適用可能であり、そのような組み合わせが本開示の範囲内にあることを理解するであろう。化学気相浸透プロセスに使用するのに適した材料は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ホウ素、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、二ホウ化ジルコニウム、二ホウ化物、ケイ化モリブデン、および他の適切な材料を含むことができる。

化学気相浸透（ＣＶＩ）プロセスでは、高温で反応性ガスを使用することによって、炭化ケイ素などのマトリックス材料を繊維状プリフォームに浸透させる。一般に、反応物をプリフォーム内に拡散させることによって導入される制限およびプリフォームから拡散する副産物ガスは、複合材中の約１２％〜約１５％の比較的高い残留多孔率をもたらす。ＣＶＩを用いたＣＭＣの形成において、ＣＶＩによって形成された複合体の内側部分は、通常、外側部分の多孔率よりも高い多孔率を有する。ＣＶＩ複合マトリックスには、通常、遊離ケイ素相がなく、優れた耐クリープ性、および華氏２，５７０度を超える温度で動作する可能性がある。

溶融浸透は、例えば、一般にゼロ、または約５体積％未満、または約３体積％未満の残留多孔率を有する、完全に緻密なＣＭＣ物品をもたらすことができる。この非常に低い多孔率は、高い比例限界強度および層間引張りおよびせん断強度、高い熱伝導率および良好な耐酸化性などの複合体の望ましい機械的特性を与える。マトリックスは、セラミックマトリックス複合材物品の使用温度を、ケイ素またはケイ素合金の融点のものより低く、または華氏約２，５５０度から華氏約２，５７０度に制限し得る遊離ケイ素相（すなわち、元素ケイ素またはケイ素合金）を有してもよい。遊離ケイ素相は、化学気相浸透のみによる緻密化と比較して低いクリープ抵抗をもたらすことがある。

他の実施形態では、実施形態または本開示に関連して、一方向性プライ、織りプライ、他のタイプのプライ、およびそれらの組み合わせが適切に使用することができることが理解されよう。

本説明から、本開示のＣＭＣ物品は異なる局所的特性を有することが理解されよう。異なる特性を有する材料を適用することにより、異なる機械的（応力／歪み）特性、異なる熱伝導特性、異なる導電特性などの異なる特性を有するＣＭＣ物品の１つまたは複数の局所的な部分、エリア、領域を有するようにＣＭＣ物品を調整することを可能にすることができる。

このようなＣＭＣ物品は、ケイ素ベアリングセラミックタービン構成要素、例えばタービンブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、燃焼器などへの適用およびその修理に有利であり得る。

上記の説明が制限ではなく例示を意図していることを理解されたい。添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本開示の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者は多くの変更および修正を行うことができる。例えば、上記の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて用いることができる。さらに、本発明の範囲を逸脱せずに特定の状況または材料を様々な実施形態の教示に適応させるために、多くの修正を行うことができる。本明細書に記載した材料の寸法および種類は、様々な実施形態のパラメータを規定するためのものであるが、それらは決して限定的なものではなく、単に例示的なものにすぎない。多くの他の実施形態は、上記の説明を検討することにより当業者には明らかであろう。したがって、様々な実施形態の範囲は、添付した特許請求の範囲に与えられる均等物の完全な範囲と共に、添付した特許請求の範囲によって決定されなければならない。添付した特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｉｎｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の平易な英語に相当するものとして用いられる。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」等の用語は、単にラベルとして用いており、それらの対象物に対して数の要件を課すことを意図するものではない。また、結合された、接続された、接合された、封止された等の用語と併用された「動作可能に」という用語は、本明細書において、分離した個別の構成要素が直接的または間接的に結合されることによる接続と、構成要素が一体に（すなわち、ワンピースに、一体に、またはモノリシックに）形成されることによる接続と、の両方をさすものとして使用される。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、そのような特許請求の範囲の限定が「のための手段（ｍｅａｎｓｆｏｒ）」の後にさらなる構造のない機能についての記載が続くフレーズを明白に用いない限り、そしてそうするまでは、ミーンズプラスファンクション形式で書かれたものではなく、米国特許法第１１２条第６項に基づいて解釈されることを意図するものではない。特定の任意の実施形態によって、このような前述された目的または利点のすべてが必ずしも達成されない場合があることが理解されるべきである。よって、例えば、当業者は、本明細書で説明するシステムおよび技術が、本明細書に教示されるような１つの利点または一群の利点を達成または最適化する方法で、本明細書に教示または示唆され得る他の目的または利点を必ずしも達成せずに、具現化または実施され得ることを認識するであろう。

本開示について限られた数の実施形態にのみ関連して詳述しているが、本開示がこのような開示された実施形態に限定されないことが直ちに理解されるべきである。むしろ、これまでに記載されていない任意の数の変形、変更、置換または等価な構成を組み込むために、本開示を修正することができ、それらは本開示の趣旨と範囲に相応している。さらに、様々な実施形態について記載しているが、本開示の態様は記載した実施形態のうちのいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本開示は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付した特許請求の範囲によって限定されるだけである。

この明細書は、最良の形態を含む実施例を用いており、また、いかなる当業者も本開示を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示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。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない同等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

１００セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）物品、ベーン
１１２翼形部部分
１２０根元部分
１２２先端部分
１２４前縁
１２５後縁
２００ＣＭＣ物品
２１０第１の複数のプライ
２２０一対のプライ
３００ＣＭＣ物品
３１０第１の複数のプライ
３２０局所的な複数の第２プライ
４００ＣＭＣ物品
４１０第１の複数のプライ
４１５第１の複数のプライ
４２０局所的な少なくとも１つの第２のプライ
５００ＣＭＣ物品
５１０第１の複数のプライ
５２０局所的な第２のプライ
５３０開口部
６００ＣＭＣ物品
６１０第１の複数のプライ
６２０局所的な第２のプライ
６３０開口部
７００ＣＭＣ物品
７１０第１の複数のプライ
７２０局所的な第２のプライ
７３０開口部
８００方法
９００方法
１０００レイアップ
１０１０第１の複数のプリプレグ層またはプライ
１０２０第２のプリプレグ層またはプライ
１１００ＣＭＣ物品

Claims

セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）を形成する際に使用する方法（８００，９００）であって、
第１の範囲を画定するセラミック繊維を含む第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）をレイアップするステップと、
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の前記レイアップ（１０００）の上および／または中に、前記第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定する少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップするステップと
を含み、
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）は第１の特性を含み、前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は少なくとも１つの第２の特性を含み、前記第１の特性は前記少なくとも１つの第２の特性とは異なる、方法（８００，９００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップする前記ステップは、セラミック繊維を含む前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップするステップを含む、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップする前記ステップは、複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップするステップを含み、前記複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は、前記第１の特性とは異なる複数の第２の特性を含む、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記第１の特性は第１の繊維体積分率を含み、前記少なくとも１つの第２の特性は少なくとも１つの第２の繊維体積分率を含み、前記第１の繊維体積率は前記少なくとも１つの第２の繊維体積分率とは異なる、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記第１の体積分率は約１５％〜約３０％であり、前記繊維の前記少なくとも１つの第２の体積分率は約３０％〜約４０％である、請求項４に記載の方法（８００，９００）。
前記第１の特性は、第１の機械的特性、第１の熱的特性、または第１の電気的特性を含み、前記少なくとも１つの第２の特性は、少なくとも１つの第２の機械的特性、少なくとも１つの第２の熱的特性、または少なくとも１つの第２の電気的特性を含み、前記第１の機械的特性、前記第１の熱的特性、または前記第１の電気的特性は、前記少なくとも１つの第２の機械的特性、前記少なくとも１つの第２の熱的特性、または前記少なくとも１つの第２の電気的特性とは異なる、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は、少なくとも１つの円形の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）、少なくとも１つの正方形の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）、または少なくとも１つの長方形の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）を含む、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記第２の範囲は、前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）の開口部（５３０，６３０，７３０）、半径、屈曲部、または折り返し部を含む、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）をレイアップする前記ステップは、第１の複数のプリプレグプライ（１０１０）をレイアップするステップを含み、前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップする前記ステップは、少なくとも１つの第２のプリプレグプライ（１０２０）をレイアップするステップを含む、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記第１の複数のプリプレグプライ（１０１０）は第１のプリプレグ材料を含み、前記第２の少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は第２のプリプレグ材料を含み、前記第１のプリプレグ材料は前記第２のプリプレグ材料とは異なる、請求項９に記載の方法（８００，９００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップする前記ステップは、前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の前記レイアップ（１０００）の間にある、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップする前記ステップは、前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の前記レイアップ（１０００）の外面に少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップするステップを含む、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップする前記ステップは、複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップするステップを含み、前記複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）をレイアップする前記ステップは、前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の前記レイアップ（１０００）内に分散している、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）は第１の複数のプリプレグプライ（１０１０）を含み、前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は少なくとも１つの第２のプリプレグプライ（１０２０）を含み、多孔質マトリックスを有するプリフォームを提供するために、前記第１の複数のプリプレグプライ（１０１０）および前記少なくとも１つの第２のプリプレグプライ（１０２０）の前記レイアップ（１０００）を硬化／熱分解するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（８００，９００）。
前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）を形成するために、前記プリフォームの前記多孔質マトリックスを緻密化するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法（８００，９００）。
前記緻密化するステップは、化学気相浸透、溶融浸透、ポリマー含浸および熱分解、またはこれらのうちの１つもしくは複数を含む任意の組み合わせによって前記多孔質マトリックスを緻密化するステップを含む、請求項１５に記載の方法（８００，９００）。
前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）内に少なくとも１つの開口部（５３０，６３０，７３０）を機械加工するステップをさらに含み、前記機械加工された少なくとも１つの開口部（５３０，６３０，７３０）は、前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）を貫通して延在する、請求項１５に記載の方法（８００，９００）。
セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）であって、
第１の範囲を画定するセラミックマトリックス中のセラミック繊維の第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）と、
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の上および／または中に、前記第１の範囲よりも小さい第２の範囲を画定するセラミックマトリックス内の少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）と
を含み、
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）は第１の特性を含み、前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は少なくとも１つの第２の特性を含み、前記第１の特性は前記少なくとも１つの第２の特性とは異なる、セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は、セラミック繊維を含む少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）を含む、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）を含み、前記複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は前記第１の特性とは異なる複数の第２の特性を含む、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の前記セラミックマトリックスおよび前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）の前記セラミックマトリックスは同じである、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の前記セラミックマトリックスは、前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）の前記セラミックマトリックスとは異なる、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記第１の特性は第１の繊維体積分率を含み、前記第２の特性は少なくとも１つの第２の繊維体積分率を含み、前記第１の繊維体積分率は前記少なくとも１つの第２の繊維体積分率とは異なる、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記第１の体積分率は約１５％〜約３０％であり、前記繊維の前記少なくとも１つの第２の体積分率は約３０％〜約４０％である、請求項２３に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記第１の特性は、第１の機械的特性、第１の熱的特性、または第１の電気的特性を含み、前記少なくとも１つの第２の特性は、少なくとも１つの第２の機械的特性、少なくとも１つの第２の熱的特性、または少なくとも１つの第２の電気的特性を含み、前記第１の機械的特性、前記第１の熱的特性、または前記第１の電気的特性は、前記少なくとも１つの第２の機械的特性、前記少なくとも１つの第２の熱的特性、または前記少なくとも１つの第２の電気的特性とは異なる、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は、少なくとも１つの円形の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）、少なくとも１つの正方形の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）、または少なくとも１つの長方形の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）を含む、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）は、前記第２の範囲を貫通して延在する開口部（５３０，６３０，７３０）を含む、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記第２の範囲を含む前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）は、前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）の半径、屈曲部、または折り返し部を含む、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は、前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の間にある、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は、前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）の外面上にある、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記少なくとも１つの第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）を含み、前記複数の第２のプライ（３２０，４２０，５２０，６２０，７２０）は前記第１の複数のプライ（２１０，３１０，４１０，４１５，５１０，６１０，７１０）内に分散している、請求項１８に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記セラミック繊維は炭化ケイ素繊維を含み、前記セラミックマトリックスは炭化ケイ素を含む、請求項１９に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）はタービン部品を含む、請求項１９に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。
前記セラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）はタービン部品のリペアを含む、請求項１９に記載のセラミックマトリックス複合材物品（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，１１００）。