JP2021098647A

JP2021098647A - 冷却チャネルを含むセラミックマトリックス複合材構成要素およびその製造方法

Info

Publication number: JP2021098647A
Application number: JP2020210197A
Authority: JP
Inventors: トーマス・アール・ダイソン; Earl Dyson Thomas; マシュー・ハーパー・ホッケマイヤー; Harper Hockemeyer Matthew
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2040-12-18
Also published as: CN116733538A; JP2022161903A; CA3204792A1; US20210189886A1; CA3102026A1; CN113006883B; EP3839216A2; JP7442916B2; US20230313689A1; CN113006883A; EP3839216A3; US11680488B2; JP7110313B2

Abstract

【課題】セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素およびＣＭＣ構成要素内に１つまたは複数の細長い機能的特徴を含む製作方法を提供すること。【解決手段】ＣＭＣ構成要素は、スタック構成の複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを含む。１つまたは複数の細長い機能的特徴のそれぞれは、冷却流体流源と流体連通する入口を含む。ＣＭＣ構成要素は、１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つからセラミックマトリックス複合材の外面の近位の出口まで、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開して冷却チャネルを形成する１つまたは複数の孔をさらに含む。構成要素は、任意選択により、セラミックマトリックス複合材構成要素の内面からセラミックマトリックス複合材構成要素の外面の近位の出口まで、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔を含むことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、発電用のガスタービンに関し、より詳細には、ガスタービン用の高温ガス経路タービン構成要素のためのセラミックマトリックス複合材構成要素を形成する方法に関する。

タービンブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、およびバケットなどのガスタービンエンジンの特定の構成要素用の材料として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）系セラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）材料が提案されている。シリコンプ（Ｓｉｌｉｃｏｍｐ）、溶融含浸（ＭＩ）、化学蒸気含浸（ＣＶＩ）、ポリマー膨張焼成（ＰＩＰ）、および酸化物／酸化物方法を含む、ＳｉＣ系構成要素を製作するためのさまざまな方法が知られている。これらの製作技術は、互いに大きく異なるが、それぞれは、ハンドレイアップおよび工具またはダイスを使用して、さまざまな方法段階で熱をかけることを含む方法によってニアネットシェイプ（ｎｅａｒ−ｎｅｔ−ｓｈａｐｅ）部材を生み出すことを伴う。

より一般的な超合金材料から形成されるタービンブレードおよびベーンと同様に、ＣＭＣブレード、ベーンおよびシュラウドには、基本的に空洞および冷却ボイドが装備され、それによって構成要素の重量を減少させ、遠心負荷を減少させ、作動温度を低下させる。これらの特徴は通常、取り外し可能で延長可能な工具、穿孔などの組み合わせを使用してＣＭＣ構成要素内に形成される。内部冷却チャネルは、これらが冷却流の要求事項および熱勾配／応力を低減するので、金属およびＣＭＣ両方の高温ガス経路のハードウェアを冷却するために有利である。

多くの場合、ＣＭＣガスタービン構成要素は、極限の熱勾配および高温の形の極限状態にさらされる。前に説明したようにＣＭＣ構成要素内に空洞および冷却ボイドを含んでいても、極限状態は、ＣＭＣ構成要素内に亀裂形成、コーティング剥離、および凹みを引き起こし得る。これらの問題により使用寿命が短縮されると、ＣＭＣ構成要素がその全可能性を実現することが妨げられる。

「ｃｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｃｌｕｄｉｎｇＣｏｏｌｉｎｇＣｈａｎｎｅｌｓｉｎＭｕｌｔｉｐｌｅＬａｙｅｒｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｏｄｕｃｉｎｇ」と題する、Ｔ．Ｄｙｓｏｎらの、代理人案件番号３２８２４３−１を有する米国特許出願「ＭｅｔｈｏｄｓｏｆＦｏｒｍｉｎｇＣｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＵｓｉｎｇＳａｃｒｉｆｉｃｉａｌＦｉｂｅｒｓａｎｄＲｅｌａｔｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓ」と題する、Ｄ．Ｈａｌｌらの米国特許第１０，３８４，９８１号「ＭｅｔｈｏｄｓｏｆＦｏｒｍｉｎｇＣｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＵｓｉｎｇＳａｃｒｉｆｉｃｉａｌＦｉｂｅｒｓａｎｄＮｏｎ−ＷｅｔｔｉｎｇＣｏａｔｉｎｇ」と題する、Ｄ．Ｄｕｎｎらの代理人案件番号３２８２５１−１を有する米国特許出願

したがって、極限の熱勾配および高温などの極限状態にさらされたときにＣＭＣガスタービン構成要素に改良された冷却をもたらすセラミックマトリックス複合材構成要素およびセラミックマトリックス複合材構成要素を製造する方法が、必要とされる。

本開示の態様および利点は、これ以後の説明において部分的に記載されるか、またはこの説明から明らかになることができるか、または本開示の実践を通して習得され得る。

全体として、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素が、セラミックマトリックス複合材構成要素を形成する方法と共に提供される。１つの実施形態では、セラミックマトリックス複合材構成要素は、高密度体を形成するスタック構成の複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと、高密度体内に形成され、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと位置合わせする１つまたは複数の細長い機能的特徴と、１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つからセラミックマトリックス複合材構成要素の外面の近位の出口まで、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数の孔とを備える。１つまたは複数の細長い機能的特徴のそれぞれは、流体源からの冷却流体の流れと流体連通する入口を含む。

代替の実施形態では、セラミックマトリックス複合材構成要素は、高密度体を形成するスタック構成の複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと、高密度体内に形成された１つまたは複数の細長い機能的特徴と、１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つからセラミックマトリックス複合材の外面の近位の出口まで、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開して少なくとも１つの冷却チャネルを形成する、１つまたは複数の孔とを含む。１つまたは複数の細長い機能的特徴のそれぞれは、流体源からの冷却流体の流れと流体連通する入口を含む。１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つは、絶縁チャネルを形成するために、流体源からの流体の流れを細長い機能的特徴内に保持するように構成される。

さらに別の実施形態では、セラミックマトリックス複合材製品を形成する方法は、マトリックス前駆体、複数の強化繊維および複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプリフォームを形成するステップと、１つまたは複数の細長い機能的特徴が冷却流体流源と流体連通してＣＭＣプリフォーム内に形成されるように、複数の犠牲繊維を除去するステップ、または流体含浸材をＣＭＣプリフォームに加えるステップであって、それによってＣＭＣプリフォームを高密度化する、ステップの一方を実行するステップと、１つまたは複数の細長い機能的特徴が冷却流体流源と流体連通してＣＭＣプリフォーム内に形成されるように、複数の犠牲繊維を除去するステップ、または流体含浸材をＣＭＣプリフォームに加えるステップであって、それによってＣＭＣプリフォームを高密度化する、ステップの他方を実行するステップと、１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つからセラミックマトリックス複合構成要素の外面の近位の出口まで、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数の孔を形成するステップであって、それによって流体源からセラミックマトリックス複合材構成要素の外部までの流体の流れをもたらし、１つまたは複数の冷却チャネルを形成する、ステップとを含む。

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および付属の特許請求の範囲を参照することでより良好に理解されるであろう。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図は、本開示の実施形態を例示し、説明と共に本開示の原理を説明する働きをする。

最良の形態を含む、当業者を対象とするすべての有効な開示が、付属の図を参照して本明細書に記載される。

本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、セラミックマトリックス構成要素（ＣＭＣ）、より具体的にはＣＭＣノズルの斜視図である。本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、図１のセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素の図１の方向２−２で切り取られた断面図である。本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、セラミックマトリックス構成要素（ＣＭＣ）、より具体的にはＣＭＣブレードの別の実施形態の斜視図である。本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、図１のセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素の一部の図１の方向４−４で切り取られた概略断面図である。本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、図１のセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素の一部の図１の方向５−５で切り取られた概略断面図である。本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、１つまたは複数の機能的特徴を隠線で示す、図３のセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素の一部の概略図である。本明細書に開示する１つまたは複数の実施形態による、ＣＭＣ構成要素を形成するための方法の概略図である。

可能であればどこでも、全図にわたって同じ参照番号を使用して同じ部分を表す。

本開示の実施形態は、たとえば本明細書に開示する特徴の１つまたは複数を含まない概念と比較して、ＣＭＣ翼構成要素内に１つまたは複数の冷却チャネルを形成することを可能にし、ここでチャネルは、１つまたは複数のＣＭＣ層と位置合わせして構成される。１つまたは複数のＣＭＣ層と位置合わせした冷却チャネルを含むことにより、構成要素の構造的完全性の維持がもたらされる。ＣＭＣ翼構成要素は、１つもしくは複数の絶縁チャネルまたは１つもしくは複数のフィルム冷却穴をさらに含む。本開示による方法は、複雑性を低下させると共にコストを低下させ、部材の冷却需要および流量を低減する能力によって冷却をより効率的にする。

本発明のさまざまな実施形態の要素を導入する際、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、「その」および「前記」は、要素の１つまたは複数が存在することを意味することを意図する。用語「備える」、「含む」、および「有する」は、包括的であることを意図し、あげられた要素以外にさらに要素が存在し得ることを意味する。次に、図に１つまたは複数の例を示す本開示の実施形態をより詳細に参照する。各例は、本開示を限定するのではなく、本開示を説明するものとして提供される。実際、本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、さまざまな改変形態および変形形態を本開示内に加えることができることが、当業者に明らかとなろう。たとえば、１つの実施形態の一部として示す、または説明する特徴を別の実施形態と共に使用して、さらに別の実施形態を生み出すことができる。したがって、本開示は、そのような改変形態および変形形態を付属の特許請求の範囲およびその等価物内に入るものとしてカバーすることを意図する。

本開示では、層が別の層もしくは基板「上にある」またはそれを「覆う」ものとして説明されるとき、明示的にそうではないと述べられない限り、層は互いに直接接触していても、層間に別の層または特徴を有していてもよいことを理解されたい。したがって、これらの用語は、層の互いに対する相対的位置を説明するにすぎず、上下の相対位置は見る人に対する装置の向きに左右されるため、必ずしも「その上部にある」ことを意味しない。

本開示では、化学元素は、元素の周期表で一般的に見出されるようなその一般的な化学的略語を用いて論じられる。たとえば水素をその一般的な化学略語Ｈによって表し、ヘリウムをその一般的な化学略語Ｈｅによって表し、他も同様に表す。

本明細書において使用するとき、「平均粒子径」または「平均繊維径」は、粒子または繊維の約５０％がその直径より大きい直径を有し、粒子または繊維の約５０％がその直径より小さい直径を有するような粒子または繊維の直径を指す。

本明細書において使用するとき、「実質的に」は、説明するグループの少なくとも約９０％以上を指す。たとえば、本明細書において使用するとき、「実質的にすべて」は、それぞれのグループの少なくとも約９０％以上が適用可能な特色を有することを示し、「実質的に有さない」または「実質的にない」は、それぞれのグループの少なくとも約９０％以上が適用可能な特色を有さないことを示す。本明細書において使用するとき、「過半数」は、説明するグループの少なくとも約５０％以上を指す。たとえば、本明細書では、「過半数」は、それぞれのグループの少なくとも約５０％が適用可能な特色を有することを示す。

全般的に、セラミックマトリックス複合材製品（「ＣＭＣ製品」）、特に溶融含浸から形成されるセラミックマトリックス複合材製品が、そのような製品を形成する方法と共に本明細書において提供される。ＣＭＣ製品は、複数のプライ層で形成され、この複数のプライ層は、複数のプライ層と位置合わせして形成された１つまたは複数の細長い機能的特徴を、複数のプライ層と位置合わせして形成された１つもしくは複数の絶縁チャネルまたは１つもしくは複数のフィルム冷却穴と組み合わせて含み、ＣＭＣ構成要素の機能を強化することを組み合わせる。

発電するために使用されるシステムは、それだけに限定されないが、ガスタービン、蒸気タービン、および発電に使用される陸上ベースの航空転用装置などの他のタービン組立体を含む。特定の用途では、内部にターボ機械（たとえばタービン、コンプレッサ、およびポンプ）および他の機械を含む発電システムは、厳しい磨耗条件にさらされる構成要素を含み得る。たとえば、ブレード、バケット、ケーシング、ロータホイール、シャフト、シュラウド、ノズルなどの特定の発電システム構成要素は、高温および／または高回転環境で動作し得る。これらの構成要素は、セラミックマトリックス複合材を使用して製造され、これらの構成要素もまた、冷却通路および絶縁通路を含むことができる。本開示は、１つもしくは複数の冷却通路またはチャネルを含むＣＭＣ構成要素と、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素を形成する方法とを提供する。本開示の例示的な実施形態は、タービン翼として、より具体的にはノズルまたはタービンブレードとして図１〜図６に示されるが、本開示は、図示する構造に限定されない。

次に図１および図２を参照すれば、図１には、それだけに限定されないがタービン翼１４を含むタービンノズルセグメント１２などの構成要素１０の斜視図が示される。図２には、図１の線２−２に沿って切り取られたノズルセグメント１２の側部断面図が示される。図１および図２は、タービンノズルセグメント１２を示すが、本開示による他の適切な構成要素は、それだけに限定されないが、燃焼器ライナ、ブレード、ノズル端壁／バンド、ブレードプラットフォーム、シュラウドまたは他の高温ガス経路構成要素を含む。構成要素１０は、好ましくは、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料で形成される。

本明細書で使用するとき、セラミックマトリックス複合材または「ＣＭＣ」は、セラミック繊維によって強化されたセラミックマトリックスを含む複合材を指す。本明細書に使用するのに許容可能なＣＭＣのいくつかの例は、それだけに限定されないが、マトリックスと、酸化物、炭化物、窒化物、オキシ炭化物、オキシ窒化物、およびその混合物を含む強化繊維とを有する材料を含むことができる。非酸化物材料の例は、それだけに限定されないが、炭化ケイ素マトリックスおよび炭化ケイ素繊維（ケイ素溶融含浸によって作製されるとき、このマトリックスは残留遊離ケイ素を含むことになる）；炭化ケイ素／ケイ素マトリックス混合物および炭化ケイ素繊維；窒化ケイ素マトリックスおよび炭化ケイ素繊維；ならびに炭化ケイ素／窒化ケイ素マトリックス混合物および炭化ケイ素繊維を有するＣＭＣ含む。さらに、ＣＭＣは、マトリックスと、酸化物セラミックから構成される強化繊維とを有することができる。詳細には、酸化物−酸化物ＣＭＣは、マトリックスと、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、アルミノケイ酸塩、およびその混合物などの酸化物系材料を含む強化繊維とから構成され得る。したがって、本明細書で使用するとき、用語「セラミックマトリックス複合材」は、それだけに限定されないが、炭素繊維強化炭素（Ｃ／Ｃ）、炭素繊維強化炭化ケイ素（Ｃ／ＳｉＣ）、および炭化ケイ素炭素繊維強化炭化ケイ素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）を含む。１つの実施形態では、セラミックマトリックス複合材は、（強化されない）モノリシックセラミック構造と比べて、伸張性、破壊靱性、熱衝撃、および異方性の特性が高まる。

ＳｉＣ−ＳｉＣＣＭＣを製作するために使用できる方法はいくつか存在する。１つの方法では、マトリックスは、溶融ケイ素またはケイ素含有合金の溶融含浸（ＭＩ）によってＣＭＣプリフォームになるように部分的に形成されるか、または高密度化される。別の方法では、マトリックスは、炭化ケイ素の化学蒸気含浸（ＣＶＩ）によってＣＭＣプリフォームになるように少なくとも部分的に形成される。第３の方法では、マトリックスは、プレセラミックポリマーを生み出す炭化ケイ素を熱分解することによって少なくとも部分的に形成される。この方法は、しばしばポリマー含浸焼成（ＰＩＰ）と称される。上記の３つの技術の組み合わせを使用することもできる。

ＭＩＣＭＣプロセスの１つの例では、窒化ホウ素系コーティングシステムが、ＳｉＣ繊維上に堆積される。次いで、プリプレグテープを形成するために、コーティングされた繊維にマトリックス前駆体材料を染みこませる。テープを製作する１つの方法は、フィラメント巻き法である。繊維をマトリックス前駆体スラリーの浴を通るように引き出し、染みこませた繊維をドラム上に巻き付ける。マトリックス前駆体は、炭化ケイ素およびまたは炭素粒子状物質ならびに有機材料を含むことができる。次いで、染みこませた繊維をドラムの軸に沿って切断し、ドラムから取り外して平坦なプレプレグテープを生み出し、ここでは繊維は、名目上同じ方向に通っている。結果として生じた材料は、一方向プレプレグテープである。プレプレグテープはまた、連続プレプレグ機を用いてまたは他の手段によって作製することもできる。次いで、テープを切断して成形し、レイアップし、積層してプリフォームを生成することができる。プリフォームは、熱分解されるか、または焼却され、それによってマトリックス前駆体からすべての有機材料を炭化させ、多孔部を作り出す。次いで、溶融ケイ素を、多孔性プリフォームに含浸させ、ここでは溶融ケイ素は、炭素と反応して炭化ケイ素を形成することができる。理想的には、過剰な遊離ケイ素は、すべての残留多孔部を満たし、高密度複合物が得られる。このように生成されたマトリックスは、通常、残留遊離ケイ素を含む。

プレプレグＭＩプロセスは、複数の一次元プレプレグプライを一緒に重ねることによって二次元繊維アーキテクチャを有する材料を生成し、ここでは繊維の向きは、プライ間で可変である。プライはしばしば、連続繊維の向きに基づいて特定される。０度の向きが確立され、他のプライは、０度方向に対するその繊維の角度に基づいて設計される。繊維が０方向に垂直に通るプライは、９０度プライ、交差プライ、または横断プライとして知られている。

ＭＩ方法はまた、二次元または三次元織りアーキテクチャで使用することもできる。この方法の一例は、スラリーキャストプロセスであり、ここでは繊維は最初に三次元プリフォームになるように、または二次元布になるように織られる。布の場合、布の層を切断して成形し、積み上げてプリフォームを作り出す。化学蒸気含浸（ＣＶＩ）技術を使用して界面コーティング（通常は窒化ホウ素ベースまたは炭素ベース）を繊維上に堆積する。ＣＶＩを使用して炭化ケイ素マトリックスの層を堆積することもできる。マトリックスの残りの部分は、マトリックス前駆体スラリーをプリフォームになるように鋳造し、次いで、溶融ケイ素で含浸されることによって形成される。

ＭＩ方法の代替策は、ＣＩＶ技術を使用して一次元、二次元、または三次元アーキテクチャで炭化ケイ素マトリックスを高密度化することである。同様に、ＰＩＰを使用して複合材のマトリックスを高密密度化することもできる。ＣＶＩおよびＰＩＰで生成したマトリックスは、過剰な遊離ケイ素無しで生み出すことができる。ＭＩ、ＣＶＩおよびＰＩＰの組み合わせを使用してマトリックスを高密度化することもできる。

構成要素１０、より具体的にはノズルセグメント１２は、１つのみを図示し、本明細書では翼１４と称する、円周方向に離間した翼形状の複数の中空ベーンを含み、これらのベーンは、本明細書では端壁とも称する、弧状のセグメント化された外側バンド２２と内側バンド２３（それぞれの１つのみを示す）との間に支持される。翼１４、外側バンド２２、および内側バンド２３は、円周方向に隣接する複数のノズルセグメント１２になるように配置され、このノズルセグメントは、集合して完全な３６０°組立体を形成する。

ノズルセグメント１２の構造は例として使用されるにすぎず、本発明の原理は任意のタービン翼に適用可能であることに留意されたい。図に示すように、図１は、高温排気ガス１６の流れが向けられる単一の翼１４を含む、単一のノズルセグメント１２を示す。翼１４は、幅方向に離間されて置かれた翼圧力側１８および翼吸引側２０を含み、これらは、高さ方向または全長方向に、対向するノズル端壁、またはバンド２２および２３間を外方向に延びる。本明細書に示す例示的な翼圧力側１８および翼吸引側２０は、凹状および凸状それぞれであり得る。翼１４は、翼１４の前方端２８および後方端３０に、またはその近くに長さ方向または翼弦方向に離間されて置かれた翼前縁２４および翼後縁２６を含む。翼弦Ｃ（図示せず）が、翼断面の翼前縁２４と翼後縁２６との間に画定される。

図２は、図１の方向２−２で切り取られた構成要素１０の断面図であり、ここで説明する１つまたは複数の機能的特徴４０、より具体的には構成要素１０内に形成された１つまたは複数の冷却チャネル４２を示す。複数のセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）プライ４４（明確にするために少ししか示さず）が、示される。複数の機能的特徴４０は、（ここに説明する）セラミックマトリックス複合材プライ４４と位置合わせして延びる。各機能的特徴４０は、（ここに説明する）入口を介して冷却流体源と、出口４６（図１）を介して構成要素１０の外部と（ここに説明するように）流体連通する。代替の実施形態では、複数の機能的特徴４０の少なくとも１つは、翼１４内に画定されたプレナム３２と流体連通してもよい。

次に図３を参照すれば、本明細書において説明するＣＭＣ構成要素の代替の実施形態が示される。ここでも、全図にわたって同じ参照番号を使用して同じ部分を表すことが留意される。図３の実施形態では、それだけに限定されないが、翼１４を含むタービンロータセグメント５２などの構成要素５０が示される。図３は上記で述べたようにタービンロータセグメント５２を示すが、本開示による他の適切な構成要素は、それだけに限定されないが、燃焼器ライナ、ブレード、ノズル端壁／バンド、ブレードプラットフォーム、シュラウドまたは他の高温ガス経路構成要素を含む。図１および図２の構成要素１０と同様に、構成要素５０は、好ましくは、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料で形成される。

図３の実施形態では、ＣＭＣ構成要素５０は、高温排気ガス１６の流れが向けられる翼１４を含む。翼１４は、先端５３からありつぎ部５４まで延びる。構成要素５０は、ありつぎ部５４によってタービンディスク（図示せず）に装着され、ありつぎ部５４は、翼１４から下方向に延び、タービンディスク上のスロットと係合する。プラットフォーム５６は、翼１４がありつぎ部５４に接合される領域から横方向に外方向に延びる。構成要素５０は、翼１４の内部に沿って延びる少なくとも１つのプレナム３２を含む。発電システムの動作中、冷却空気（図示せず）の流れは、翼１４の温度を低下させるために、プレナム３２を通るように向けられる。

構成要素１０、より詳細には翼１４は、翼プラットフォーム５６から翼の全長５８に沿って翼先端５３まで高さ方向または全長方向に外方向に延びる、幅方向に離間されて置かれた翼圧力側１８および翼吸引側２０を含む。図１および図２の翼１４と同様に、この特定の実施形態に示す翼圧力側１８および翼吸引側２０は、凹状および凸状それぞれであり得る。翼１４は、翼１４の前方端２８および後方端３０に、またはその近くにそれぞれ、長さ方向または翼弦方向に離間されて置かれた翼の前縁２４および後縁２６を含む。入来するガス１６と接触する翼１４の第１の縁は、本明細書では前縁２４と称され、高温排気ガス１６が翼１４を流れ過ぎるときに高温排気ガス１６と接触する第２の縁は、後縁２６と称される。翼弦（Ｃ）（図示せず）が、翼１４の断面の翼前縁２４と翼後縁２６との間の線として画定される。

前の実施形態と同様に、構成要素５０は、１つまたは複数の機能的特徴（図示せず）、より具体的には構成要素５０内に形成された１つまたは複数の冷却チャネルを含む。構成要素５０は、複数のセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）プライ４４と、セラミックマトリックス複合材プライ４４と位置合わせして延びる複数の機能的特徴４０とで構成される。各機能的特徴は、（ここに説明する）入口を介して翼１４内に画定されたプレナム３２と、出口４６を介して構成要素５０の外部と（ここに説明するように）流体連通する。代替の実施形態では、複数の機能的特徴４０の少なくとも１つは、冷却流体の代替源と流体連通してもよい。

次に図４を参照すれば、図１内の線４−４を通って切り取られた構成要素１０の一部の概略断面図が示され、複数のＣＭＣプライ４４を示している。開示するこの実施形態では、複数のＣＭＣプライ４４のうち１つまたは複数は、内部に１つまたは複数の機能的特徴４０（その１つのみを図４に示す）が形成される。一実施形態では、機能的特徴４０は、細長いチャネルであり、この細長いチャネルは、本明細書では流体流６２とも称する冷却流体流６２が通過するための冷却マニホールド６０として働く。

複数のＣＭＣプライ４４を敷設し、（ここに説明する）機能的特徴４０を製作するプロセス中、入口４８が、機能的特徴４０ごとに形成される。複数の機能的特徴４０のそれぞれは、それぞれの入口４８からＣＭＣプライ４４を通って、ＣＭＣプライ４４と位置合わせして延びる。入口４８は、冷却流体流６２の投与を実現する。

複数のＣＭＣプライ４４を敷設し、機能的特徴４０を製作した後、出口４６が機能的特徴４０ごとに、複数のＣＭＣプライ４４を切開するように実質的にプライを切断する構成で孔４７を複数のＣＭＣプライ４４に穿孔するなどによって、セラミックマトリックス複合材構成要素１０の外面１１の近位に形成され、それによって機能的特徴４０をセラミックマトリックス複合材構成要素１０の外部と流体的に結合させる。入口４８、機能的特徴４０、孔４７、および出口４６は、冷却流体流６２が流れ抜けることを可能にするのに十分な冷却チャネル４２を、ＣＭＣプライ４４を貫通して画定する。

加えて、また任意選択により、１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔７０（その１つのみを示す）が、複数のＣＭＣプライ４４に穿孔するなどによって形成され、それによってプライ４４を切開し、構成要素表面の追加の冷却をもたらす。１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔７０のそれぞれは、セラミックマトリックス複合材構成要素１０の内面１３に同一平面に配設された入口７２から、セラミックマトリックス複合材構成要素１０の外面１１に同一平面に配設された出口７４まで延びる。圧縮器からの加圧空気の一部が、１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔７０を通るように向けられ、追加の冷却流体流６４として入口７２を通って入り、出口７４から退出する。複数のフィルム冷却貫通孔７０のそれぞれは、追加の冷却流体流６４が流れ抜けることを可能にするのに十分な寸法の開口部を複数のＣＭＣプライ４４を貫通して形成する。一実施形態では、複数のフィルム冷却貫通孔７０を機能的特徴４０と交互に配置することができ、この機能的特徴は、フィルム冷却貫通孔７０によって引き起こされる低温スポットを軽減するためにより温かい空気を有する冷却チャネル４２を形成する。さらに、冷却チャネル４２を形成する機能的特徴４０は、（ここに説明する）複数の出口４６に供給するのに十分なサイズにされ得る。冷却チャネル出口４６および複数のフィルム冷却貫通孔７０の位置を慎重に配置することにより、表面フィルム温度をより均一にすることができる。より詳細には、複数のフィルム冷却貫通孔７０（より短い経路）によって供給されるより低温のフィルム冷却を、複数の冷却チャネル４２によって供給される、より高温のフィルム冷却の下流側に構成することができ、それによってさらに均一な全体的なフィルム温度を生み出す。

図示する実施形態では、機能的特徴４０および複数のフィルム冷却貫通孔７０のそれぞれは、冷却流体流源に開き、これと連通し、さらに構成要素１０の外部に開いている。知られている従来技術とは対照的に、複数の機能的特徴４０、より詳細には複数のＣＭＣプライ４４間に複数の冷却チャネル４２を形成することにより、ＣＭＣプライ４４およびその結果生じる構成要素１０の全体的強度は、脆弱化されず、従来の冷却特徴より精密な局所冷却速度の制御を可能にする。加えて、冷却チャネル４２などの比較的小さい冷却チャネルが複数のフィルム冷却貫通孔７０などの従来のフィルム冷却穴より長い流れ経路を有することにより、冷却流体流６２中の利用可能な熱容量をより多く利用し、それによって流れの低減を可能にする。冷却流体流６２を、冷却源から、最大の熱勾配誘発応力を受ける翼１４の領域を通るようにルーティングし、本明細書に開示するように複数の機能的特徴４０を配置することは、表面温度を均衡にし、新規の勾配／応力の軽減手段をもたらすのに役立つ。

図４の実施形態では、セラミックマトリックス複合材プライ４４、機能的特徴４０、冷却チャネル４２、入口４８、出口４６、およびフィルム冷却貫通孔７０の配置は、概略的であり、例示目的のために拡大されている。ＣＭＣプライおよびボイドのサイズおよび形状は、図４に示すものに限定されない。

次に図５を参照すれば、図１の線５−５を通って切り取られた構成要素１０の別の部分の概略図が示され、複数のＣＭＣプライ４４を示している。開示するこの実施形態では、複数のＣＭＣプライ４４の１つまたは複数は、その内部に１つまたは複数の機能的特徴４０（その２つを図５に示す）が形成される。一実施形態では、１つまたは複数の機能的特徴４０は、細長いチャネルとして構成される。より詳細には、図示する実施形態では、１つまたは複数の機能的特徴４０は、冷却流体流６２が通過するための冷却マニホールド６０として働く冷却チャネル４２と、高温ガス経路の流れ１６と流体連通しない絶縁チャネル８０とを含む。

図４の実施形態と同様に、複数のＣＭＣプライ４４を敷設し、（ここに説明する）機能的特徴４０を製作するプロセス中、入口４８が、機能的特徴４０ごとに形成される。複数の機能的特徴４０のそれぞれは、それぞれの入口４８からＣＭＣプライ４４を通って、ＣＭＣプライ４４と位置合わせして延びる。入口４８は、冷却流体流６２の投与を実現する。

複数のＣＭＣプライ４４を敷設し、機能的特徴４０を製作した後、出口４６が、冷却チャネル４２として働く機能的特徴４０ごとに、実質的にプライを切断する構成で複数のＣＭＣプライ４４を切開するように孔４７を複数のＣＭＣプライ４４に穿孔するなどによって形成され、それによって機能的特徴４０を、出口４６を介してセラミックマトリックス複合材構成要素１０の外部と流体的に結合させる。図４の実施形態と同様に、入口４８、機能的特徴４０、孔４７および出口４６は、冷却流体流６２が流れ抜けることを可能にするのに十分な冷却チャネル４２を、ＣＭＣプライ４４を貫通して画定する。絶縁チャネル８０として働く機能的特徴４０は、出口を含まず、したがって、冷却流体６２を構成要素１０の外部まで通過させない。

一実施形態では、絶縁チャネル８０は、種々のプライ４４内に形成されて、冷却チャネル４２内に冷却流体流６２の熱ピックアップの管理を提供することができる。本明細書において「死」チャネルとして説明する絶縁チャネル８０はまた、ＥＢＣ剥離／損傷の軽減をもたらす。より具体的には、絶縁チャネル８０を高温ガス経路１６の非常に近くに構成することにより、剥離が生じた場合にすぐに絶縁チャネルを露出させる。その後、新しい経路が冷却流体流６２用に利用可能になり、それによって損傷を受けた翼１４の温度を低下させ、この翼が取り換えられ得るまでのその寿命を延ばす。

この実施形態では、複数の機能的特徴４０の１つまたは複数は、冷却流体源からＣＭＣプライ４４を通って、ＣＭＣプライ４４と位置合わせして出口４６まで延び、冷却流体流６２が流れ抜けることを可能にするのに十分な冷却チャネル４２を、ＣＭＣプライ４４を貫通して形成する。加えて、複数の機能的特徴４０の１つまたは複数は、冷却流体源からＣＭＣプライ４４を通り、ＣＭＣプライ４４と位置合わせして延び、出口の形成は含まずに絶縁チャネル８０を形成する。前の実施形態と同様に、任意選択により、１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔７０（その１つのみを示す）が、プライ４４を切開するように複数のＣＭＣプライ４４を穿孔するなどによって形成されて、翼面の十分な冷却をもたらすことができる。１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔７０のそれぞれは、セラミックマトリックス複合材構成要素１０の内面１３に同一平面に配設された入口７２から、セラミックマトリックス複合材構成要素１０の外面１１に同一平面に配設された出口７４まで延びる。圧縮器からの加圧空気の一部が、１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔７０を通るように向けられ、追加の冷却流体流６４として入口７２を通って入り、出口７４から退出する。複数のフィルム冷却貫通孔７０のそれぞれは、追加の冷却流体流６４が流れ抜けることを可能にするのに十分な寸法の開口部を複数のＣＭＣプライ４４を貫通して形成する。一実施形態では、複数のフィルム冷却貫通孔７０を機能的特徴４０と交互に配置することができ、この機能的特徴は、フィルム冷却貫通孔７０によって引き起こされる低温スポットを軽減するために、より温かい空気を有する冷却チャネル４２および絶縁チャネル８０を形成する。前の実施形態のように、冷却チャネル４２を形成する機能的特徴４０は、所望の場合、複数の出口４６に供給するのに十分なサイズにされ得る。

図５の実施形態では、セラミックマトリックス複合材プライ４４、機能的特徴４０、冷却チャネル４２、出口４６、入口４８、絶縁チャネル８０、フィルム冷却貫通孔７０、およびそれぞれの入口７２および出口７４の配置は、概略的であり、例示目的で拡大されている。ＣＭＣプライおよびボイドのサイズおよび形状は、図５に示すものに限定されない。

次に図６を参照すれば、図３の翼１４の一部が示され、１つまたは複数の機能的特徴４０、より具体的には冷却チャネル４２の代替のレイアウトを示す。図示するように、機能的特徴４０は、プラットフォーム５６（図３）またはノズルセグメント１２の外側バンド２２（図１）および／または内側バンド２３（図１）などのバンドに連結する１つまたは複数の転換部を備えて構成され得る。そのように構成される機能的特徴４０は、プライ４４内に湾曲したまたは傾斜したスロットを置くことによって形成することができ、事前成形されたチャネルと交差するために複数の層または穿孔開口部内に機能的特徴を形成する。機能的特徴４０を複数の層内に形成することにより、プラットフォーム５６および／またはバンド２２、２３内の限定された表面アクセスからより大きな高温領域をカバーする冷却チャネル４２が提供される。複数の層内の機能的特徴の製作は、本明細書と同時に出願された、Ｔ．Ｄｙｓｏｎらの、代理人案件番号３２８２４３−１を有する米国特許出願、「ｃｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｃｌｕｄｉｎｇＣｏｏｌｉｎｇＣｈａｎｎｅｌｓｉｎＭｕｌｔｉｐｌｅＬａｙｅｒｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｏｄｕｃｉｎｇ」内に論じられ、この文献は、全体的に本明細書に組み込まれる。

加えて、図６に示すように、冷却チャネル４２を形成する機能的特徴４０は、複数の出口４６に供給するのに十分なサイズにされ、それによって冷却マニホールド６０として作用することができる。より詳細には、単一の入口４８を有する各冷却チャネル４２は、複数の出口４６に流体的に結合され得る。

図６の実施形態では、機能的特徴４０、冷却チャネル４２、出口４６、入口４８、およびフィルム冷却貫通孔７０の配置は、概略的であり、例示目的のために拡大されている。ＣＭＣプライおよびボイドのサイズおよび形状は、図６に示すものに限定されない。

図７は、１つまたは複数の細長い機能的特徴４０が内部に画定される、より詳細には１つまたは複数の冷却チャネル４２がＣＭＣ構成要素のプライ内に形成される、本開示によるＣＭＣ構成要素１０、５０を形成する方法１００を概略的に示す。構成要素１０、５０は、レイアップ技術を用いて形成される。方法１００は、ステップ１０２において、マトリックス前駆体、複数のセラミック強化繊維、および複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプリフォームを最初に形成するステップを含む。ＣＭＣプリフォームを形成するステップは、積層スタックになるように形成された一連のプライ４４などの複数のセラミックマトリックス複合材プライ４４を最初に提供するステップを含む。プライ４４用の材料の一例は、それだけに限定されないが、たとえば、前に説明したように、炭素繊維織布、結合剤材料、およびコーティングされたＳｉＣ繊維を含むプレプレグ複合材プライを含む。

前に説明したように、方法、より具体的にはＣＭＣプリフォームを形成するステップ１０２は、複数の犠牲繊維を使用するなどによって、プライ４４内に１つまたは複数の細長い機能的特徴を画定するための手段を含む。犠牲繊維は、ＣＭＣプリフォーム内に１つもしくは複数の冷却チャネル４２および／または複数の絶縁チャネル８０などの、ＣＭＣの機能を強化するための１つまたは複数の細長い機能的特徴４０を形成することを可能にする。犠牲繊維を用いた細長い機能的特徴の製作は、本明細書に全体的に組み込まれる、同一出願人による、「ＭｅｔｈｏｄｓｏｆＦｏｒｍｉｎｇＣｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＵｓｉｎｇＳａｃｒｉｆｉｃｉａｌＦｉｂｅｒｓａｎｄＲｅｌａｔｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓ」と題する、Ｄ．Ｈａｌｌらの米国特許第１０，３８４，９８１号、および本明細書に全体的に組み込まれる、「ＭｅｔｈｏｄｓｏｆＦｏｒｍｉｎｇＣｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＵｓｉｎｇＳａｃｒｉｆｉｃｉａｌＦｉｂｅｒｓａｎｄＮｏｎ−ＷｅｔｔｉｎｇＣｏａｔｉｎｇ」と題する、Ｄ．Ｄｕｎｎらの、本明細書と同時に出願された代理人案件番号３２８２５１−１を有する米国特許出願において論じられている。ＣＭＣプリフォーム内に画定される１つまたは複数の細長い機能的特徴４０の形状は、丸形、湾曲、楕円、直線、または他の適切な形状を含む任意の適切な形状を含む。

追加のプライ４４が、犠牲繊維を封入するために配設される。プリフォーム構成要素は、高圧蒸気滅菌器内に置かれ、高圧蒸気滅菌サイクルを完了して、マトリックス前駆体、複数のセラミック強化繊維、および複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプリフォームを形成する。プリフォーム構成要素は、セラミック複合材料向けの工業で使用される通常の高圧蒸気滅菌圧力および温度サイクルにかけられる。高圧蒸気滅菌することにより、プライ内に残存するすべての揮発物が引き出され、プライ材料に応じて高圧蒸気滅菌状態を変化させることができる。高圧蒸気滅菌後、焼却方法を実行して、プリフォーム構成要素内の任意の残存する材料または追加の結合剤を除去する。焼却方法は、通常、約４２６〜６４８℃（華氏約８００〜１２００度）の温度において行われる。

焼却後、プリフォーム構成要素は、ステップ１０４において、高密度化のために真空炉内に置かれる。高密度化は、それだけに限定されないが、シリコンプ、溶融含浸（ＭＩ）、化学蒸気含浸（ＣＶＩ）、ポリマー膨張焼成（ＰＩＰ）および酸化物／酸化物方法を含む任意の知られている高密度化技術を使用して実行される。高密度化は、１２００℃を上回る温度で確立された雰囲気を有する真空炉内で行われて、ケイ素または他の含浸材料をプリフォーム構成要素に溶融含浸させることを可能にすることができる。高密度化の１つの適切な方法は、溶融含浸であり、ここでは、溶融したマトリックス材料がプライ４４内に引き出され、固化させられる。高密度化後、高密度化されたプリフォーム構成要素または高密度体には、ステップ１０４に示すように複数の犠牲繊維が内部に配設され、構成要素１０、５０の少なくとも一部を形成する。

高密度化に続いて、１つまたは複数の細長い機能的特徴４０は、さらに、ステップ１０６において、犠牲繊維を除去して、１つまたは複数の細長いチャネルを残すことによって形成される。犠牲繊維を除去して細長いチャネルを形成することは、上記で参照した、同一出願人による米国特許第１０，３８４，９８１号および代理人案件番号３２８２５１−１を有する米国特許出願において論じられている。

代替の実施形態では、１つまたは複数の細長い機能的特徴４０は、さらに、ステップ１０４において説明するような高密度化の前に複数の犠牲繊維を除去することによって形成される。

一実施形態では、１つまたは複数の細長い機能的特徴４０のそれぞれの内部中空部分は、構成要素１０、５０に冷却、および任意選択により絶縁をもたらすために冷却剤または他の流体を向けて通過させることができるのに十分な大きさで構成要素１０、５０内に開いている。一実施形態では、犠牲繊維のレイアップ中、１つまたは複数の繊維が、冷却流体の投与のための入口４８を形成するようにレイアップされる。セラミックマトリックス複合材プライ４４内に形成された高密度化されたマトリックス材料は、冷却剤または他の流体の流れを実質的に防止する障害物を入口形成部に対向して形成し、より具体的には、構成要素１０、５０の内部にある入口４８の対向する端部に閉鎖構造として１つまたは複数の細長い機能的特徴４０を形成する。一実施形態では、ステップ１０８において構成要素１０、５０内に開口部を機械加工するか、または別の形で形成して、１つまたは複数の細長い機能的特徴４０に対する出口４６を提供し、そこに流れを通過させ、冷却チャネル４２を形成する。一実施形態では、障害物は所定の場所に留まって、ステップ１１２において１つまたは複数の絶縁チャネル８０を形成する。任意選択のステップ１１０では、１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔７０が、ＣＭＣ構成要素１０、５０内に形成されて翼の表面への冷却流体流の追加の流れをもたらし、追加の冷却をもたらす。

したがって、１つまたは複数の機能的特徴が内部に形成されるＣＭＣプリフォームで構成されるＣＭＣ構成要素が、開示される。１つまたは複数の機能的特徴を本明細書に説明するように形成することにより、冷却チャネルのネットワークまたは冷却回路が、任意の所与のプライの強度低減を抑え、冷却チャネルがＣＭＣ繊維を切断することなく向きを変えることを可能にしながら、ＣＭＣプライ内に形成される。加えて、１つまたは複数の機能的特徴を本明細書に説明するように形成することにより、絶縁チャネルのネットワークをＣＭＣプライ内に形成することができる。前に示したように、冷却回路の設計は、凹みに対する強さをより大きくし、冷却チャネルをＣＭＣプリフォーム内で広げることによって熱応力を低減する。加えて、冷却チャネルを組み込みことにより、より均一な温度分布がもたらされる。追加のフィルム冷却貫通孔は、表面を十分に冷却するために必要とされ得る。１つまたは複数の機能的特徴は、レイアップ中にＣＭＣ構成要素内に形成され、それぞれのプライ内でＣＭＣ繊維と位置合わせされる。最も簡単な実施形態では、１つまたは複数の機能的特徴は、交互配向されたプライ内に配置された、複数のプライのそれぞれのプライ内の繊維と位置合わせされる。より複雑な配置では、１つまたは複数の機能的特徴は、複雑なネットワークを形成することができ、それによって機能的特徴は、それぞれのプラットフォームまたはバンドに連結するための１つまたは複数の転換部を備えて構成され、および／または複数の出口に流体的に結合された単一の機能的特徴を提供するように構成される。

１つまたは複数の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を加え、要素に関して等価物を代用してもよいことが当業者に理解されるであろう。加えて、本発明の本質的範囲から逸脱することなく、多くの改変形態を加えて特定の状況または材料を本発明の教示に適応させることができる。したがって、本発明が、本発明を実施するように企図された最良の形態として開示する特定の実施形態に限定されず、本発明が、付属の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図される。

本発明のさらなる態様は、以下の項の主題によって提供される。

［項１］セラミックマトリックス複合材構成要素であって、
高密度体を形成するスタック構成の複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと、
前記高密度体内に形成され、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと位置合わせする１つまたは複数の細長い機能的特徴であって、前記１つまたは複数の細長い機能的特徴のそれぞれは、流体源からの冷却流体の流れと流体連通する入口を含む、１つまたは複数の細長い機能的特徴と、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つから前記セラミックマトリックス複合材構成要素の外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数の孔とを備える、セラミックマトリックス複合材構成要素。

［項２］前記セラミックマトリックス複合材構成要素の内面から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の前記外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔をさらに備える、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項３］前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つが、絶縁チャネルを形成するために、流体源からの冷却流体の流れを前記細長い機能的特徴内に保持するように構成される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項４］前記１つまたは複数の細長い機能的特徴が、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライの複数のプライ内に構成される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項５］前記１つまたは複数の孔が、前記セラミックマトリックス複合材をレーザ穿孔する、放電機械加工する、切断する、または機械加工することの１つまたは複数によって形成される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項６］前記１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔が、前記セラミックマトリックス複合材をレーザ穿孔する、放電機械加工する、切断する、または機械加工することの１つまたは複数によって形成される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項７］前記１つまたは複数の細長い機能的特徴が、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライのレイアップ中に形成される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項８］前記セラミックマトリックス複合材構成要素が、高温ガス経路タービン構成要素である、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項９］前記高温ガス経路タービン構成要素が、燃焼器ライナ、ブレード、シュラウド、ノズル、ノズル端壁、およびブレードプラットフォームからなる群から選択される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項１０］セラミックマトリックス複合材構成要素であって、
高密度体を形成するスタック構成の複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと、
前記高密度体内に形成された１つまたは複数の細長い機能的特徴であって、前記１つまたは複数の細長い機能的特徴のそれぞれが、流体源からの冷却流体の流れと流体連通する入口を含む、１つまたは複数の細長い機能的特徴と、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つから前記セラミックマトリックス複合材の外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開して少なくとも１つの冷却チャネルを形成する、１つまたは複数の孔とを備え、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つが、絶縁チャネルを形成するために、前記流体源からの流体の前記流れを前記細長い機能的特徴内に保持するように構成される、セラミックマトリックス複合材構成要素。

［項１１］前記セラミックマトリックス複合材構成要素の内面から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の前記外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔をさらに備える、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項１２］前記１つまたは複数の孔が、前記セラミック複合材料をレーザ穿孔する、放電機械加工する、切断する、または機械加工することの１つまたは複数によって形成される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項１３］前記１つまたは複数の機能的特徴が、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライのレイアップ中に形成される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項１４］前記セラミックマトリックス複合材構成要素が、高温ガス経路タービン構成要素である、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項１５］前記高温ガス経路タービン構成要素が、燃焼器ライナ、ブレード、シュラウド、ノズル、ノズル端壁、およびブレードプラットフォームからなる群から選択される、任意の前項に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。

［項１６］セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
マトリックス前駆体、複数の強化繊維、および複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプリフォームを形成するステップと、
１つまたは複数の細長い機能的特徴が冷却流体流源と流体連通して前記ＣＭＣプリフォーム内に形成されるように、前記複数の犠牲繊維を除去するステップ、または
流体含浸材を前記ＣＭＣプリフォームに加えるステップであって、それによって前記ＣＭＣプリフォームを高密度化し、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを画定する、ステップの一方を実行するステップと、
１つまたは複数の細長い機能的特徴が冷却流体流源と流体連通して前記ＣＭＣプリフォーム内に形成されるように前記複数の犠牲繊維を除去するステップ、または
流体含浸材を前記ＣＭＣプリフォームに加えるステップであって、それによって前記ＣＭＣプリフォームを高密度化し、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを画定する、ステップの他方を実行するステップと、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つから前記セラミックマトリックス複合材構成要素の外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数の孔を形成するステップであって、それによって前記流体源から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の外部までの流体の流れをもたらし、１つまたは複数の冷却チャネルを形成する、ステップとを含む、方法。

［項１７］前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つが、絶縁チャネルを形成するために、前記流体源からの前記流体の流れを前記細長い機能的特徴内に保持するように構成される、任意の前項に記載の方法。

［項１８］前記セラミックマトリックス複合材構成要素の前記内面の近位の入口から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の前記外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔を形成するステップをさらに含む、任意の前項に記載の方法。

［項１９］前記セラミックマトリックス複合材構成要素が、高温ガス経路タービン構成要素である、任意の前項に記載の方法。

［項２０］前記高温ガス経路タービン構成要素が、ライナ、ブレード、シュラウド、ノズル、燃焼器、ノズル端壁、およびブレードプラットフォームからなる群から選択される、任意の前項に記載の方法。

１０セラミックマトリックス複合材構成要素
１１外面
１２タービンノズルセグメント
１３内面
１４タービン翼
１６高温排気ガス、高温ガス経路の流れ
１８翼圧力側
２０翼吸引側
２２外側バンド
２３内側バンド
２４翼前縁
２６翼後縁
２８前方端
３０後方端
３２プレナム
４０機能的特徴
４２冷却チャネル
４４セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）プライ
４６冷却チャネル出口
４７孔
４８入口
５０ＣＭＣ構成要素
５２タービンロータセグメント
５３翼先端
５４ありつぎ部
５６翼プラットフォーム
５８全長
６０冷却マニホールド
６２冷却流体流、冷却流体
６４追加の冷却流体流
７０フィルム冷却貫通孔
７２入口
７４出口
８０絶縁チャネル
１００方法
Ｃ翼弦

Claims

セラミックマトリックス複合材構成要素であって、
高密度体を形成するスタック構成の複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと、
前記高密度体内に形成され、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと位置合わせする１つまたは複数の細長い機能的特徴であって、前記１つまたは複数の細長い機能的特徴のそれぞれは、流体源からの冷却流体の流れと流体連通する入口を含む、１つまたは複数の細長い機能的特徴と、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つから前記セラミックマトリックス複合材構成要素の外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数の孔とを備える、セラミックマトリックス複合材構成要素。
前記セラミックマトリックス複合材構成要素の内面から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の前記外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔をさらに備える、請求項１に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つが、絶縁チャネルを形成するために、流体源からの冷却流体の流れを前記細長い機能的特徴内に保持するように構成される、請求項１に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴が、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライの複数のプライ内に構成される、請求項１に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記１つまたは複数の孔が、前記セラミックマトリックス複合材をレーザ穿孔する、放電機械加工する、切断する、または機械加工することの１つまたは複数によって形成される、請求項１に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔が、前記セラミックマトリックス複合材をレーザ穿孔する、放電機械加工する、切断する、または機械加工することの１つまたは複数によって形成される、請求項１に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴が、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライのレイアップ中に形成される、請求項１に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記セラミックマトリックス複合材構成要素が、高温ガス経路タービン構成要素である、請求項１に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記高温ガス経路タービン構成要素が、燃焼器ライナ、ブレード、シュラウド、ノズル、ノズル端壁、およびブレードプラットフォームからなる群から選択される、請求項８に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
セラミックマトリックス複合材構成要素であって、
高密度体を形成するスタック構成の複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライと、
前記高密度体内に形成された１つまたは複数の細長い機能的特徴であって、前記１つまたは複数の細長い機能的特徴のそれぞれが、流体源からの冷却流体の流れと流体連通する入口を含む、１つまたは複数の細長い機能的特徴と、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つから前記セラミックマトリックス複合材の外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開して少なくとも１つの冷却チャネルを形成する、１つまたは複数の孔とを備え、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つが、絶縁チャネルを形成するために、前記流体源からの流体の前記流れを前記細長い機能的特徴内に保持するように構成される、セラミックマトリックス複合材構成要素。
前記セラミックマトリックス複合材構成要素の内面から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の前記外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔をさらに備える、請求項１０に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記１つまたは複数の孔が、前記セラミック複合材料をレーザ穿孔する、放電機械加工する、切断する、または機械加工することの１つまたは複数によって形成される、請求項１０に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記１つまたは複数の機能的特徴が、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライのレイアップ中に形成される、請求項１０に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記セラミックマトリックス複合材構成要素が、高温ガス経路タービン構成要素である、請求項１０に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
前記高温ガス経路タービン構成要素が、燃焼器ライナ、ブレード、シュラウド、ノズル、ノズル端壁、およびブレードプラットフォームからなる群から選択される、請求項１４に記載のセラミックマトリックス複合材構成要素。
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
マトリックス前駆体、複数の強化繊維、および複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプリフォームを形成するステップと、
１つまたは複数の細長い機能的特徴が冷却流体流源と流体連通して前記ＣＭＣプリフォーム内に形成されるように、前記複数の犠牲繊維を除去するステップ、または
流体含浸材を前記ＣＭＣプリフォームに加えるステップであって、それによって前記ＣＭＣプリフォームを高密度化し、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを画定する、ステップの一方を実行するステップと、
１つまたは複数の細長い機能的特徴が冷却流体流源と流体連通して前記ＣＭＣプリフォーム内に形成されるように前記複数の犠牲繊維を除去するステップ、または
流体含浸材を前記ＣＭＣプリフォームに加えるステップであって、それによって前記ＣＭＣプリフォームを高密度化し、複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを画定する、ステップの他方を実行するステップと、
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つから前記セラミックマトリックス複合材構成要素の外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数の孔を形成するステップであって、それによって流体源から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の外部までの流体の流れをもたらし、１つまたは複数の冷却チャネルを形成する、ステップとを含む、方法。
前記１つまたは複数の細長い機能的特徴の少なくとも１つが、絶縁チャネルを形成するために、前記流体源からの前記流体の流れを前記細長い機能的特徴内に保持するように構成される、請求項１６に記載の方法。
前記セラミックマトリックス複合材構成要素の内面の近位の入口から前記セラミックマトリックス複合材構成要素の前記外面の近位の出口まで、前記複数の長手方向に延びるセラミックマトリックス複合材プライを切開する１つまたは複数のフィルム冷却貫通孔を形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記セラミックマトリックス複合材構成要素が、高温ガス経路タービン構成要素である、請求項１６に記載の方法。
前記高温ガス経路タービン構成要素が、ライナ、ブレード、シュラウド、ノズル、燃焼器、ノズル端壁、およびブレードプラットフォームからなる群から選択される、請求項１９に記載の方法。