JP2021098648A - 犠牲繊維および非湿潤塗膜を使用してセラミック基質複合材料を形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶解浸透を使用してセラミック基質複合材料を準備するための方法、およびそれによって得られるセラミック基質複合材料を提供すること。【解決手段】方法および製品は、非湿潤塗膜を１つまたは複数の犠牲繊維に組み込むことを含む。１つまたは複数の犠牲繊維は、熱分解の間の分解などで除去され、セラミック基質複合材料に沿った均一で細長いチャネルの形態の、複数の機能的形体の形成をもたらす。１つまたは複数の犠牲繊維を除去する間、非湿潤塗膜は、複数の機能的形体の内面の上に留まって、溶浸材が複数の機能的形体に浸透してその上に堆積するのを阻止する。代替的に、犠牲繊維は、溶解浸透の後に除去されてもよい。【選択図】図１

Description

全般的には、セラミック基質複合材料を作製する方法が、そのような方法で作製される製品とともに提供される。具体的には、セラミック基質複合材料製品は、溶解浸透（ＭＩ）によって形成される。

セラミック基質複合材料（「ＣＭＣ」）は、高温能力を有し、軽量である。したがって、複合材料は、温度耐久性および重量が重要な検討事項であるガスタービンエンジンの中の構成要素のためなど、様々な用途に対して魅力的な材料である。ＣＭＣ製品を準備する現在の方法は、セラミック繊維およびセラミック基質のラミネートを形成するステップと、ラミネートを熱処理するステップと、溶浸材をラミネートに塗布するステップと、ラミネートを高密度化するステップとを伴う。次いで、高密度化されたラミネートが、所望の寸法および機能的形体、より詳細には、冷却チャネルなどの細長いチャネルを有するＣＭＣ製品を準備するために機械加工され得る。代替的に、織りプレフォームが、ラミネートの代わりに使用され得る。

懸念されるのは、必要な浸透後の機械加工および溶解浸透の後のプレフォームの機械加工において遭遇する困難である。特に懸念されるのは、溶解浸透プレフォームの中への、冷却チャネルなどの機能的形体の機械加工である。サイズ、形状、および再生可能な方法におけるこれらのチャネルの数の制御は、難易度が高い。この課題を克服するために、機能的形体は、プレフォームのレイアップおよびラミネート加工の間、および溶解浸透の前に形成され得る。これらの機能的形体が、溶解浸透の前に形成される場合、溶浸材が溶解浸透の間に、表面上に堆積することなどによって機能的形体を埋めることを防止することにおいて、課題が生じる。

したがって、セラミック基質複合材料を準備する改善された方法、特に溶解浸透の間に溶浸材で機能的形体を埋めることを防止するように機能的形体を形成する改善された方法を可能にすることが、当技術分野において望ましい。

本開示の態様および利点は、以下の明細書の中である程度説明されるか、本明細書から明らかとなり得るか、または本開示の実践を介して学習され得る。

方法は、一般に、セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）製品を、そのような方法から形成される派生製品とともに形成するステップを提供される。一実施形態では、方法は、塗膜レイヤのうちの少なくとも１つが非湿潤塗膜である１つまたは複数の塗膜レイヤを１つまたは複数の犠牲繊維の上に堆積させて、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を形成するステップと、基質前駆体、複数の強化用繊維および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を含むＣＭＣプレフォームを形成するステップと、１つまたは複数の機能的形体がＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去することであって、非湿潤塗膜が１つまたは複数の機能的形体の上に留まるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、除去すること、または流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布し、それによりＣＭＣプレフォームを高密度化することのうちの一方を実行するステップと、１つまたは複数の機能的形体がＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去することであって、非湿潤塗膜が１つまたは複数の機能的形体の上に留まるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、除去すること、または流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布し、それによりＣＭＣプレフォームを高密度化することのうちの他方を実行するステップとを含む。非湿潤塗膜は、溶解浸透の間に、流体溶浸材が１つまたは複数の機能的形体に流れてその上に堆積するのを阻止するように適応される。

代替実施形態では、方法は、塗膜レイヤのうちの少なくとも１つが非湿潤塗膜である１つまたは複数の塗膜レイヤを１つまたは複数の犠牲繊維の上に堆積させるステップと、基質前駆体、複数のセラミック強化用繊維および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を含むＣＭＣプレ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チャネルがＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップであって、非湿潤塗膜が１つまたは複数の細長いチャネルの内面の上に留まるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、ステップと、流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布し、それによりＣＭＣプレフォームを高密度化してＣＭＣ製品を形成するステップとを含む。非湿潤塗膜は、溶解浸透の間に、流体溶浸材が１つまたは複数の細長いチャネルに流れて堆積するのを阻止するように適応される。

さらに別の実施形態では、方法は、基質前駆体、複数のセラミック強化用繊維およびその上に堆積された窒化ホウ素（ＢＮ）から成る塗膜を有する１つまたは複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプレフォームを形成するステップであって、１つまたは複数の犠牲繊維が約１０μｍ〜１０００μｍの平均直径を有し、ＣＭＣプレフォームを形成することが１つまたは複数の犠牲繊維を織りパターンまたは不織パターンのうちの一方に形成することを含む、ステップと、細長いチャネルがＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップであって、塗膜が細長いチャネルの内面の上に留まるように１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含むステップと、ケイ素またはケイ素合金のうちの一方から成る溶解溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布し、それによりＣＭＣプレフォームを高密度化してＣＭＣ製品を形成するステップとを含む。塗膜は、溶解溶浸材を塗布する間に、溶解溶浸材が１つまたは複数の細長いチャネルの各々の中に形成された空洞に流れてその上に堆積するのを阻止するように適応される。

本開示のこれらのおよび他の特徴、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で、より良く理解されよう。本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本開示の実施形態を示し、その説明とともに本開示の原理を説明する役目を果たす。

当業者を対象とする、本開示の最良のモードを含む完全で可能な本開示が、添付の図面を参照する本明細書の中で説明される。

本開示の一実施形態による、犠牲繊維の概略図である。 本開示の一実施形態による、非湿潤塗膜がその上に配置された図１の犠牲繊維の概略図である。 本開示の一実施形態による、犠牲ポリマー塗膜および非湿潤塗膜がその上に配置された図１の犠牲繊維の代替実施形態の概略図である。 本開示の一実施形態による、スラリーで形成した後のＣＭＣプレフォームの概略図である。 本開示の一実施形態による、プレフォームを加熱して圧縮した後のＣＭＣプレフォームの概略図である。 本開示の一実施形態による、犠牲繊維の一部または全部を除去した後のＣＭＣプレフォームの概略図である。 本開示の一実施形態による、溶浸材を浸透した後のＣＭＣプレフォームの概略図である。 本開示の一実施形態による、ＣＭＣ製品の概略図である。 本開示の一実施形態による、スラリーで形成した後の別の実施形態によるＣＭＣプレフォームの概略図である。 本開示の一実施形態による、溶浸材を浸透した後のＣＭＣプレフォームの概略図である。 本開示の一実施形態による、犠牲繊維の一部または全部を除去した後のＣＭＣプレフォームの概略図である。 本開示の一実施形態による、図８の実施形態によるＣＭＣ製品の概略図である。 本開示の一実施形態による、ＣＭＣ製品を形成する例示的方法のフローチャートである。 以下で説明する例による、ＣＭＣ製品の断面を概略的に示す図である。

示される実施形態の同じまたは類似の形体または要素を表すために、本明細書および図面における参照記号を繰り返し使用することが意図されている。

次に、本開示の実施形態を詳細に参照して、実施形態のうちの１つまたは複数の例が、図面に示される。各例は、本開示を限定することなく、本開示の説明によって提供される。実際、様々な修正形態および変更形態が、本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、本開示の中で作成され得ることは、当業者には明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示または説明される形体は、さらなる実施形態を得るために別の実施形態を用いて使用され得る。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に入るような修正形態および変更形態をカバーすることが意図されている。

本開示では、レイヤが別のレイヤまたは基板の「上（ｏｎ）」または「上（ｏｖｅｒ）」として説明されているとき、レイヤは、それに反することが明確に記載されない限り、互いに直接接触しているか、またはレイヤの間に別のレイヤもしくは形体を有するかのいずれかであり得ることを理解されたい。したがって、これらの用語は、複数のレイヤの、互いに対する相対位置を説明しているにすぎず、上または下の相対位置は、観察者に対するデバイスの幾何学的配置（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）に依存するので、必ずしも「〜の面上」を意味するとは限らない。

化学元素が、元素周期表で一般的に見られるような、それらの一般的な化学略語を使用して、本開示の中で説明される。たとえば、水素は、その一般的な化学略語Ｈで表され、ヘリウムは、その一般的な化学略語Ｈｅで表され、以下同様。

本明細書で使用する「平均粒子直径」または「平均繊維直径」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。

本明細書で使用する「実質的に」は、説明されるグループのうちの少なくとも約９０％以上を指す。たとえば、本明細書で使用する「実質的にすべて」は、それぞれのグループのうちの少なくとも約９０％以上が適用可能な特徴を有することを、および「実質的にない（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｎｏ）」または「実質的に何もない（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｎｏｎｅ）」は、それぞれのグループのうちの少なくとも約９０％以上が適用可能な特徴を有しないことを示す。本明細書で使用する「大多数」は、説明されるグループのうちの少なくとも約５０％以上を指す。たとえば、本明細書で使用する「〜の大多数」は、それぞれのグループのうちの少なくとも約５０％以上が適用可能な特徴を有することを示す。

セラミック基質複合材料製品（「ＣＭＣ製品」）、特に溶解浸透から形成されたセラミック基質複合材料製品は、一般に、そのような製品を形成する方法とともに本明細書で提供される。ＣＭＣ製品は、ＣＭＣプレフォームの中の冷却チャネル、アタッチメント（搭載）穴、シール表面、およびスロットなど、ＣＭＣの機能を強化するために細長い機能的形体を生成する塗膜された犠牲繊維を使用して形成される。塗膜された犠牲繊維は、ＣＭＣ製品の改善された機能を可能にする。

本ＣＭＣ製品およびそれを準備する方法は、塗膜された犠牲繊維を使用して、後続の溶解浸透の間にチャネルが開かれたままで溶浸材が取り除かれるような方式で、所望の直径、間隔およびロケーションの細長い機能的形体をＣＭＣプレフォームに導入する。製作の間、１つまたは複数の犠牲繊維が、最初に、非湿潤塗膜で塗膜されて塗膜された犠牲繊維を形成し、塗膜は、熱プロセス（たとえば、溶解、蒸発および／または分解）または化学プロセス（たとえば、溶媒中の溶解および／または化学エッチング）によって犠牲繊維を除去した後、機能的形体の中に留まる。一実施形態では、たとえば、塗膜された犠牲繊維は、細長いチャネルの内面の上の塗膜レイヤをその部分の中に残すように、熱的に分解され得る。本明細書で開示する犠牲繊維の直径、位置、体積分率および長さは、その部分の中の細長いチャネルの所望のサイズ、形状および分布を提供することができる。１つまたは複数の犠牲繊維が使用され得る。製作の間に非湿潤塗膜を組み込むことで、溶解浸透プロセスの間の開かれてクリアな細長いチャネルのメンテナンスが提供される。

本明細書で使用する「細長い」は、１より大きいアスペクト比（長さ／幅）を有する本体を指す。塗膜された犠牲繊維の使用は、ＣＭＣ製品における冷却チャネルの製作に特に有益であり得る。塗膜された犠牲繊維は、製品製造プロセスのテープ作成および／またはレイアッププロセスの間に導入され得、一般に、非湿潤塗膜で塗膜された、円形、楕円形、正方形、長方形、平らなリボンなど、様々な形状を含む円筒形の本体であり得る。いくつかの実施形態では、塗膜された犠牲繊維は、テープ作成プロセス中に存在する任意の溶媒に耐性を示し、加圧またはオートクレーブ条件（たとえば、約５０℃〜約２００℃など、約２００℃以下の温度）などの圧密に耐え抜くことができる。一実施形態では、犠牲繊維は、分解または熱分解して、細長い機能的形体、より詳細にはプレフォームの中の細長いチャネルを形成しながら、約２００℃〜約６５０℃などの温度における分解条件のもとなどで、非湿潤塗膜を細長いチャネルの内面の上に留めたままにする。しかしながら、他の実施形態では、犠牲繊維は、他の熱的方法（たとえば、溶解、蒸発など）または化学的方法（たとえば、溶媒中の溶解および／または化学的エッチング）によって除去され得る。加えて、他の実施形態では、犠牲繊維は、抽出などによる物理的方法で除去され得る。

本明細書で開示する方法によって形成される細長いチャネルは、熱分解またはバーンアウトプロセスの間に気体が漏出する通路を設ける。そのような漏出をもたらすために、チャネルは、自由表面において終端し得る。加えて、本明細書で開示する方法によって形成される細長いチャネルは、同じく、浸透プロセスの間に気体が漏出する通路を設け得る。気体は、浸透温度においてプレフォームから放出し得る。気体が漏出する通路がない場合、圧力がプレフォームの中に蓄積することがあり、それが、得られるＣＭＣの中に泡または他の空所／くぼみをもたらす場合がある。本開示の犠牲繊維の使用では、気体がプレフォームから漏出する通路を設けることによって圧力の増加が防止され得る。

塗膜された犠牲繊維は、テープ作成の間に、または代替的に、レイアッププロセス中に導入され得る。塗膜された犠牲繊維は、単一のより糸、織りマットもしくは不織マット、（たとえば、２次元で連続で単レイヤの）連続格子、または様々な他の構成、ならびにそれらの組合せとして配置され得る。塗膜された犠牲繊維は、一般に、テープ作成プロセスの中に存在する溶媒に耐性を示し、圧密プロセスの間の流れに耐えるのに十分な熱的健全性（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を有する。塗膜された犠牲繊維は、同じく、一般に、圧密プロセスの中に存在する温度において分解しないが、犠牲繊維自体は、溶解浸透の前のバーンアウトプロセスの間に分解する。代替的に、塗膜された犠牲繊維は、溶解浸透の後に分解するように形成され得る。犠牲繊維の組成物は、細長いチャネルの所望の構造をもたらすために、できるだけきれいに燃えつくして最小の炭化物の算出を目標にするように、およびより詳細には、最小の量の残留物を後に残すチャネルを形成するように選択され得る。

耐溶媒性および耐温度性は、所望の細長いチャネルおよび得られるＣＭＣ製品をもたらすために、高められた融点を有する半結晶ポリマー繊維の使用を介して、架橋ポリマー繊維の使用を介して、アモルファスポリマーもしくはポリマーブレンドの組成物の賢明な選択を介して、それらの組合せの使用を介して、または他の修正形態を介して分け与えられ得る。たとえば、犠牲繊維は、約６００℃の分解温度を有し得る架橋フェノール樹脂（たとえば、Ｋｙｎｏｌ（登録商標））、架橋ポリ（ビニルブチラール）、約２６５℃の融解温度および約４００℃の分解温度を有し得るナイロン６６などのポリアミド、約２５０℃の融解温度および約４００℃の分解温度を有し得るポリエステル繊維、約１６０℃の融解温度および約４００℃の分解温度を有し得るアクリル繊維、およびそれらの組合せを含み得る。

ＣＭＣプレフォームは、強化用繊維および塗膜された犠牲繊維を含むスラリーを用いて準備され得る。スラリーは、同じく、１つまたは複数の溶媒、微粒子、または他の好適な材料を含み得る。プレフォームは、犠牲繊維のオートクレーブに続いて、熱分解および分解を受ける場合がある。次いで、溶浸材が、ＣＭＣプレフォームを高密度化してＣＭＣ製品を形成するために追加され得る。代替的に、溶浸材は、犠牲繊維を分解する前に導入され得る。塗膜された犠牲繊維を組み込むこと、およびそれに続いて、犠牲繊維の分解から細長いチャネルを形成しながら、塗膜が細長いチャネルの内面に粘着したままにして、溶浸材が、細長いチャネルの内部に詰まるかまたは粘着することなく、プレフォームに浸透することができ、したがって、開かれてクリアなままの細長いチャネルが形成される。

本方法は、セラミック基質複合材料を含む多様な構成要素を準備するために使用され得る。たとえば、本方法は、航空産業における構成要素を準備するために使用され得る。本方法は、高圧圧縮機（ＨＰＣ）、ファン、ブースタ、高圧タービン（ＨＰＴ）、および空中と陸上の両方のガスタービンエンジンの低圧タービン（ＬＰＴ）におけるようなガスタービンエンジンのための構成要素を準備するために使用され得る。たとえば、本方法は、ターボジェットを含むターボファンエンジンまたは一般的なターボ機械、工業用および船舶用ガスタービンエンジンを含むターボプロップおよびターボシャフトのガスタービンエンジン、ならびに補助電源装置のための構成要素を準備するために使用され得る。たとえば、燃焼ライナ、シュラウド、ノズル、ブレードなどの構成要素が、本方法および材料を用いて準備され得る。

本開示にとって特に興味のあるＣＭＣ材料は、ケイ素含有基質または酸化物含有基質および強化材である。本明細書で使用するためにアクセス可能なＣＭＣのいくつかの例には、限定はしないが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、ケイ素化合物、およびそれらの混合物などの非酸化物系ケイ素基材料を含む基質繊維および強化用繊維を有する材料が含まれる。例には、限定はしないが、炭化ケイ素基質および炭化ケイ素繊維と、窒化ケイ素基質および炭化ケイ素繊維と、炭化ケイ素／窒化ケイ素基質混合物および炭化ケイ素繊維とを有するＣＭＣが含まれる。さらに、ＣＭＣは、酸化物セラミックから成る基質繊維および強化用繊維を有することができる。具体的には、酸化物−酸化物ＣＭＣ（ｏｘｉｄｅ−ｏｘｉｄｅ ＣＭＣ）は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）、アルミノケイ酸塩、およびそれらの混合物などの酸化物系材料を含む基質繊維および強化用繊維から成り得る。アルミノケイ酸塩は、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３ ２ＳｉＯ_２）などの結晶性材料、ならびにガラス状アルミノケイ酸塩を含むことができる。炭素、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化ホウ素、または他のセラミック材料を、単独でまたは上記の材料との組合せで含む、ケイ素からも酸素からも成らない他のセラミック複合材料が使用されてもよい。

図１〜図８は、本開示の一実施形態による、ＣＭＣ製品を形成する例示的方法の概略図である。特に、図１〜図８は、本開示の一実施形態による、ＣＭＣ製品を形成する様々な段階を示す。これらの段階の様々な組合せが実行されてよく、必ずしもすべて段階が、本方法において実行されるとは限らない。

図１は、本明細書で開示するＣＭＣ製品において使用するための単一の犠牲繊維１２を示す。犠牲繊維１２は、スラリー中で安定な材料から成る繊維（すなわち、繊維は、繊維およびスラリーのドラム巻きの間に組み込まれる）、またはプリプレグテープ（すなわち、繊維は、繊維およびスラリーのドラム巻きの間に組み込まれる）を含んでよく、圧縮および加熱に耐えることができ、かつ分解／熱分解の段階の間に分解することができる。いくつかの実施形態では、犠牲繊維１２は、分解／熱分解が実行される温度以下の分解温度または融点を有するべきである。たとえば、１つまたは複数の犠牲繊維１２は、約２００℃〜約６００℃または約４００℃〜約６００℃など、約２００℃〜約７００℃の分解温度を有し得る。犠牲繊維１２に好適な犠牲材料は、架橋フェノール樹脂、架橋ポリ（ビニルブチラール）、ポリアミド、ポリエステル、およびそれらの組合せなど、半結晶ポリマー、架橋ポリマー、アモルファスポリマー、またはそれらの組合せなどのポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、液体または気体を介してエッチングされ得る低融点金属または反応性金属が、単独でまたは前述の犠牲材料のいずれかとの組合せで犠牲繊維１２として使用され得る。図１〜図７に示す実施形態では、犠牲繊維１２は、一般に、同じ材料から成り得るが、単層（ｓｉｎｇｌｅ ｐｌｙ）の犠牲繊維１２は組成が変化してよく、および／または犠牲繊維１２は複数層にわたって組成が変化してよい。犠牲繊維１２は、一般に、単層の中で連続的である。すなわち、犠牲繊維１２の各々は、一般に、繊維性材料の断片とは対照的に、層にわたって連続するより糸である。他の実施形態では、連続的より糸と断片の両方の犠牲繊維１２を形成することが望ましい場合があるが、他の実施形態では、断片のみの犠牲繊維１２を形成することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、犠牲繊維１２は、各犠牲繊維が、連続繊維としてセラミックプレフォーム（現在説明する）のかなりの長さまたは幅を横切るようなアスペクト比を有する。

図２は、非湿潤塗膜１４で塗膜された後の犠牲繊維１２を示し、本明細書では組合せて、塗膜された犠牲繊維１６と呼ばれる。特定の実施形態では、非湿潤塗膜１４は、溶解浸透および／または後続の機能的形体（現在説明する）の上への堆積の間に、液体材料が機能的形体に流れるのを阻止するように適応される。一実施形態では、非湿潤塗膜は、溶浸材ストップオフ材料の１つまたは複数の犠牲繊維１２への塗装、噴霧、堆積、浸漬、またはスパッタリングのいずれかによって、１つまたは複数の犠牲繊維１２に塗布され得る。一実施形態では、非湿潤塗膜１４は、選択された溶浸材に基づいて選択されるケイ素ストップオフ材料から成る。例示的実施形態では、非湿潤塗膜１４は、ホウ素（たとえば、窒化ホウ素）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの酸化物、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、または酸化物および窒化ホウ素のそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む。一実施形態では、非湿潤塗膜１４は、窒化ホウ素（ＢＮ）から成り、溶浸材は、ケイ素から成る。非湿潤塗膜１４の厚さは、得られる機能的形体の直径に依存し、特徴づける直径が大きいほど、より厚い非湿潤塗膜１４を含む。一実施形態では、非湿潤塗膜１４の厚さは、望ましくは、得られる機能的形体の直径の約１０％である。一実施形態では、公称の形体の直径は、２５０〜１０００μｍに及び、２５〜１００μｍに及ぶ厚さの非湿潤塗膜１４を有する。機能的形体がプレナムなどの役目を果たす代替実施形態では、形体の直径はより大きく、より厚い非湿潤塗膜１４を組み込む。

図３は、犠牲繊維１２を含む塗膜された犠牲繊維１６と、犠牲ポリマー塗膜１５および非湿潤塗膜１４を含む複数の塗膜レイヤとの代替実施形態を示す。例示的実施形態では、非湿潤塗膜１４の一部が、例示の目的で除去されているように示される。より詳細には、この特定の実施形態では、犠牲繊維１２は金属から形成され、本明細書で説明するように、犠牲ポリマー塗膜１５が、後続の犠牲繊維１２の除去を助けるために外面上に設けられる。図２の実施形態におけるように、非湿潤塗膜１４は、溶解浸透の間に、液体材料が機能的形体（現在説明する）に流れるのを阻止するように適応される。一実施形態では、犠牲ポリマー塗膜１５と非湿潤塗膜１４の両方が、材料の塗装、噴霧、堆積、浸漬、またはスパッタリングのいずれかによって１つまたは複数の犠牲繊維１２に塗膜レイヤとして塗布され得る。代替実施形態では、犠牲ポリマー塗膜１５は、犠牲繊維１２がその中に配置されるチュービングの形態であり、非湿潤塗膜１４は、チュービングの外面に塗布される。例示的実施形態では、犠牲ポリマー塗膜１５は、架橋フェノール樹脂、架橋ポリ（ビニルブチラール）、ポリアミド、ポリエステル、およびそれらの組合せなど、半結晶ポリマー、架橋ポリマー、アモルファスポリマー、またはそれらの組合せなどのポリマーを含む。図２の実施形態と同様に、非湿潤塗膜１４は、ホウ素（たとえば、窒化ホウ素）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの酸化物、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、または酸化物および窒化ホウ素のそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む。一実施形態では、犠牲ポリマー塗膜１５はポリアミドから成り、非湿潤塗膜１４は窒化ホウ素（ＢＮ）から成り、溶浸材はケイ素から成る。犠牲ポリマー塗膜１５と非湿潤塗膜１４の両方の厚さは、得られる機能的形体の直径に依存し、特徴づける直径が大きいほど、より厚い塗膜を含む。

代替実施形態では、犠牲ポリマー塗膜１５は、非湿潤塗膜１４の外面の上に配置され得る。より具体的には、塗膜された犠牲繊維１６は、図２の実施形態に従って形成され、非湿潤塗膜１４の外面の上に配置される犠牲ポリマー塗膜１５をさらに含む。

一実施形態では、犠牲ポリマー塗膜１５は、犠牲繊維１２の分解温度より低い分解温度を有する材料から成る。一実施形態では、犠牲ポリマー塗膜１５は、２００℃より低い分解温度を有する材料から成り、犠牲繊維１２は、２００℃と７００℃との間の分解温度を有する材料から成る。

図４は、スラリー２０とともに強化用繊維１８および複数の塗膜された犠牲繊維１６の導入を示す。一実施形態では、スラリー２０は、一般に、キャリア液の中の粒子と樹脂との懸濁液から成る。代替実施形態では、１つまたは複数の犠牲繊維１６は、犠牲繊維が、繊維およびスラリーのドラム巻きの後に組み込まれる、後の段階において導入され得る。図４は、一方向層（たとえば、各層の中の強化用繊維が、一般に、互いに平行方向に配置される）を示す。単層の中の実質的にすべての強化用繊維１８が互いに平行方向に配置されるとき、層は、「一方向性」と呼ばれる場合がある。いくつかの実施形態では、各レイヤの中の少なくとも１つの強化用繊維１８が、それぞれのレイヤの中の別の強化用繊維１８に対して直角方向に配置される。単層の中の実質的にすべての強化用繊維１８が、繊維が織られるように、平行方向または直角方向に配置されるとき、層は、「交差織り（ｃｒｏｓｓ−ｗｏｖｅｎ）」と呼ばれる場合がある。各層が様々な方向（たとえば、第３、第４および第５の方向など）に向けられる、複数のレイヤまたは「層」が使用され得る。たとえば、第１の層が、第１の方向に向けられた強化用繊維を有してよく、第２の層が、第２の方向に向けられた強化用繊維を有してよい。第１の方向は、第２の方向に対して約４５℃など、約０℃〜約９０℃などの任意の向きに配置されてよい。図４〜図８は、一方向層を有する実施形態を示すが、本方法および材料は、単一の一方向、交差織りまたは不織の層、あるいは層が多様な向きにまたは多方向織りもしくは編みに重ねられた、複数の一方向、交差織りおよび／または不織の層を用いて使用され得る。本明細書で使用する「不織」は、一般に、繊維が多様な向きおよび構成で配置された織物（ｗｅｂ）の中など、繊維の無秩序な配置を指す。様々な構成が、本開示の意図から逸脱することなく使用され得る。

強化用繊維１８は、得られるＣＭＣ製品に対する補強を与える任意の好適な繊維であってよく、本明細書で説明するＣＭＣ材料のいずれかを含み得る。強化用繊維１８は、より具体的には、セラミック強化用繊維１８と呼ばれる場合がある。図４〜図８に示す実施形態では、強化用繊維１８は、一般に、同じ材料から成り得るが、単層の強化用繊維１８は組成が変化してよく、および／または強化用繊維１８は複数層にわたって組成が変化してよい。

いくつかの実施形態では、強化用繊維１８は、その上に少なくとも１つの塗膜を有し得る。特定の実施形態では、少なくとも１つの塗膜は、窒化物レイヤ（たとえば、窒化ケイ素レイヤ）、炭化物レイヤ（たとえば、炭化ケイ素レイヤ）、ホウ素レイヤ（たとえば、窒化ホウ素レイヤ）、炭素レイヤ、およびそれらの組合せから成る群から選択されたレイヤを有することができる。たとえば、少なくとも１つの塗膜は、窒化物塗膜および炭化ケイ素塗膜と、窒化ホウ素、炭化物および窒化ケイ素塗膜システムと、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化物および窒化ケイ素塗膜システムと、窒化ホウ素、炭素、窒化ケイ素および炭素塗膜システムと、炭素、窒化ホウ素、炭素、窒化ケイ素および炭素塗膜システムと、それらの混合物とから成る群から選択された塗膜システムとして堆積され得る。存在する場合、塗膜の厚さは、約０．１マイクロメートル（μｍ）〜約４．０μｍであり得る。

強化用繊維１８は、一般に、単層において連続的である。すなわち、強化用繊維１８の各々は、一般に、繊維性材料の断片とは対照的に、層にわたる連続的より糸である。強化用繊維１８は、所望のセラミック製品を提供するのに好適な任意の直径または長さを有し得る。いくつかの実施形態では、強化用繊維１８は、約７μｍ〜約１４μｍなど、約５μｍ〜約２０μｍの直径を有し得る。いくつかの実施形態では、強化用繊維１８は、単繊維と見なされてよく、約１４０μｍ〜約１６０μｍなど、約１２５μｍ〜約１７５μｍの平均直径を有し得る。

スラリー２０は、１つまたは複数の溶媒、粒子（たとえば、ケイ素、ポリマー、炭化ケイ素、炭素）、およびそれらの組合せなど、様々な成分を含み得る。たとえば、スラリー２０は、本明細書で説明するＣＭＣ材料の様々な基質前駆体材料を含み得る。いくつかの実施形態では、スラリーの中に界面活性剤、分散剤、および／または他の成分を含むこと、ならびにセラミック基質に対する基質前駆体材料を含むことが有益であり得る。

図４に示すように、この実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、互いに実質的に平行方向に配置される。代替実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、それらが互いに平行でない方向に（すなわち、放射状に、直角に、ランダム構成に、など）配置される。より詳細には、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、互いに様々な方向に配置されてよく、不織構成と同様に、特定の方向性に向かずに配置されてよい。１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、ＣＭＣプレフォーム１０を形成しながら織りマットまたは織り格子を形成するように織られてよく、および／またはＣＭＣプレフォーム１０に組み込む前に織られてもよい。多方向織りまたは編みにおいて使用されるとき、犠牲繊維は、面内と面外の両方に向けられてよい。一実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、ＣＭＣプレフォーム１０を形成しながら、位置決めを助けるように結合されてよく、そのような結合構造は、ＣＭＣプレフォーム１０の中に含まれない。そのような結合構成は、金型の中での鋳造または３次元印刷によるなど、１つまたは複数の成形された犠牲繊維を含み得る（金型の中で鋳造され得るかまたは３Ｄ印刷され得る）。

望ましい実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、得られる細長い機能的形体、より具体的には冷却チャネルが望まれる方式（すなわち、見通し内機能的形体、見通し外機能的形体）で構成される。得られる細長いチャネルのそのような構成は、限定はしないが、互いに平行な真っ直ぐなチャネル、互いに平行でない真っ直ぐなチャネル、層の平面内に留まる（見通し外）かまたは繊維層と同様の曲がりを有する（見通し外）曲がったチャネルを含み得る。１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、ＣＭＣプレフォーム１０に対して様々な量で含まれ得る。たとえば、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、ＣＭＣプレフォーム１０の約１体積％〜約１５体積％、約１体積％〜約１０体積％、または約１体積％〜約７体積％など、約０．１体積％〜約２０体積％の量で含まれ得る。

ＣＭＣプレフォーム１０は、多様な方法で準備され得る。いくつかの実施形態では、強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、１つまたは複数の層を形成するために、スラリー２０および任意の他の追加の所望の成分の中に導入され得る。代替実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、プリプレグテープを形成した後に導入され得る。

一実施形態では、スラリーが、強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６と組み合わされると、それは、プリプレグテープを形成するためにドラムロールの上に巻きつけられ、次いで、層に切断され得る。代替的に、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、前に説明したように、後の段階で組み込まれてよく、犠牲繊維は、繊維およびスラリーのドラム巻きの後に組み込まれる。１つまたは複数の層は、様々な相対的な向きを有する層で重ねられ得る。たとえば、１つまたは複数の層は、繊維が同じ方向に向けられるように、互いの上に直接クロスプライされ得るかまたは重ねられ得る。テープの中の繊維の構成および層の構成は、所望のＣＭＣ製品およびＣＭＣ製品の所望の機械的特性に応じて修正され得る。他の実施形態では、スラリーは、テープ鋳造、スクリーン印刷、または任意の他の好適な方法を介して繊維に導入され得る。複合材料の中の強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、一方向、交差織りまたは不織であり得る。スラリー２０およびスラリー２０を強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６に導入する方法は、強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６の向きに応じて修正され得る。

図５は、たとえば加熱および／または圧縮によるラミネート加工および圧密の後のＣＭＣプレフォーム１０を示す。ＣＭＣプレフォーム１０は、強化用繊維１８、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６、および基質前駆体材料２２を含む。加熱および／または圧縮活動が、スラリー２０（図３）の溶媒の一部または全部を除去して、スラリー２０の基質前駆体材料２２を残す。基質前駆体材料は、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６が、加熱および圧縮段階の間に安定であるように準備される。たとえば、加熱および圧縮段階は、約２００℃以下の温度で実行され得る。

図６は、たとえば分解、物理的抽出などを介して、１つまたは複数の犠牲繊維１２の一部または全部を除去した後の例示的なＣＭＣプレフォーム１０を示す。犠牲繊維１２の一部または全部の除去は、細長い機能的形体、またはＣＭＣプレフォーム１０に沿ったチャネル２４の形成をもたらし、その中に空洞３８を画定しながら、非湿潤塗膜１４が、１つまたは複数の細長いチャネル２４の内面２６に粘着したままにする。同じく、基質前駆体材料２２の一部または全部が除去されて、ＣＭＣプレフォーム１０の中に気孔２８を形成し得る。図５に示す実施形態では、気孔２８は、ＣＭＣプレフォーム１０に沿って配置される。気孔２８の分布は変化し得、ＣＭＣプレフォーム１０の中に所望の間隙率をもたらすように制御され得る。１つまたは複数の犠牲繊維１２の分解は、約２００℃〜約６５０℃または約４００℃〜約６００℃など、約２００℃〜約７００℃の温度で発生し得る。分解の雰囲気は、酸化性、還元性、不活性、または真空であり得る。強化用繊維１８は、ＣＭＣプレフォーム１０の中に維持される。

細長いチャネル２４は、一般に、ＣＭＣプレフォーム１０の中に形成される連続的中空チャネルである。細長いチャネル２４は、冷却流体がその中を通って流れるのを可能にするのに十分なサイズであり、一般に、直径／幅より高い長さを有する円筒形の中空チャネルと見なされ得る。１つまたは複数の犠牲繊維１２の実質的にすべが分解して、非湿潤塗膜１４が細長いチャネル２４の内面２６の上に留まったままであるとき、細長いチャネル２４は、１つまたは複数の犠牲繊維１２のものと実質的に同じサイズおよび分布（たとえば、同じ体積％およびアスペクト比）を有し得る。前述のように、得られる細長いチャネル２４は、限定はしないが、互いに平行である真っ直ぐなチャネル、互いに平行でない真っ直ぐなチャネル、層の平面内に留まる（見通し外）かまたは繊維層と同様の曲がりを有する（見通し外）曲がったチャネルなど、見通し内構成および見通し外構成を含み得る。

図７は、溶浸材３０が浸透した後のＣＭＣプレフォーム１０を示す。溶浸材３０は、プレフォーム１０の中に気孔２８を満たして、浸透された基質３２を形成する。細長いチャネル２４の内面２６の上に留まる非湿潤塗膜１４は、内面２６の上および細長いチャネル２４によって画定される１つまたは複数の空洞３８の中の、溶浸材３０の充填物および／または堆積物を、除外するとまでは言わなくとも最小化する。

溶浸材３０は、最終のＣＭＣ製品の密度を増加させるために気孔２８の中に配置され得る。溶浸材３０は、セラミック基質複合材料の処理に使用される様々な材料のいずれかであり得る。好適な溶浸材の例には、溶解浸透のための、ケイ素またはケイ素合金などの溶融物質が含まれる。

図８は、最終のＣＭＣ製品１００を示す。溶浸材を用いるＣＭＣプレフォーム１０の浸透では、その中に複数の細長いチャネル２４、より具体的には複数の冷却チャネル３６が形成された、高密度化されたＣＭＣ製品１００が形成される。図８には、非湿潤塗膜１４を内面の上に留めたままにし、かつ空洞３８を画定する内面２６を示す、単一の細長いチャネル２４の拡大された一部が示される。いくつかの実施形態では、複数の浸透段階が、ＣＭＣ製品１００を取得するために実行され得る。いくつかの実施形態では、浸透が、１つまたは複数の犠牲繊維１６を除去する前に行われる場合がある。浸透の後、ＣＭＣ製品１００は、さらに、高密度化、焼きなましの加熱、冷却、機械加工、検査、またはそれらの組合せが行われる場合がある。いくつかの実施形態では、外部塗膜が塗布される場合がある。いくつかの実施形態では、溶解浸透に続いて、非湿潤塗膜１４が、乾式エッチングプロセス、酸化プロセス、湿式エッチングプロセス、化学エッチングプロセス、または機械的表皮剥脱などの物理的プロセスによって除去され得る。ＣＭＣ製品１００は、ＣＭＣ製品１００に沿って配置されたセラミック基質材料３４（「セラミック基質」）、強化用繊維１８、および１つまたは複数の細長いチャネル２４を含む。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、ＣＭＣプレフォーム１０にわたって細長いチャネル２４を設けるために、格子パターンに配置され得る。たとえば、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、直角方向または平行方向のいずれかに配置された１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６を用いて織られた格子パターンに配置され得る。いくつかの他の実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、不織パターンに配置され得る。そのような実施形態では、犠牲繊維を交点で融合させることが有利であり得る。図９〜図１２は、本開示の一実施形態による、ＣＭＣ製品を形成する例示的方法の概略図である。特に、図９〜図１２は、犠牲繊維が格子パターンに配置される本開示の一実施形態による、ＣＭＣ製品を形成する様々な段階を示す。これらの段階の様々な組合せが実行されてよく、必ずしもすべて段階が、本方法において実行され得るとは限らない。

次に図９〜図１２を参照すると、図１２は、強化用繊維１８および細長いチャネル２４を含むＣＭＣ製品２００を示す。図１２に示すＣＭＣ製品２００は、単層と見なされ得る（たとえば、製作の間に、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６が、強化用繊維１８と０／９０°の角度で中間に重ねられる）。複数のレイヤまたは「層」が、前に説明したように、様々な方向（たとえば、第３、第４および第５の方向など）に向けられた各層とともに使用され得る。図１２は、単層を有する一実施形態を示すが、本方法および材料は、単一の一方向、交差織りまたは不織の層、あるいは様々な向きにまたは多方向織りもしくは編みに重ねられた代替の層を有する複数の一方向、交差織りおよび／または不織の層を用いて使用され得る。たとえば、一実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６が互いに交差する格子の形態であり得る。１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、第１のレイヤおよび第２のレイヤの中に織られるかまたは構成されてよく、第１および第２のレイヤは、０／９０°構成で直接接触して、格子パターンを作成する。他の実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、単層において２次元の連続格子を形成し得る。繊維は、円筒形であり得るか、または場合によっては、同じ平面の上に細長いチャネルをもたらし得る。様々な構成が、本開示の意図から逸脱することなく使用され得る。

１つまたは複数の犠牲繊維１２、非湿潤塗膜１４、スラリー２０、強化用繊維１８、基質前駆体材料２２、気孔２８、溶浸材３０、細長いチャネル２４、およびセラミック基質材料３４、ならびに図９〜図１２に示す実施形態で使用される他の構成要素は、添付の特性とともに（たとえば、図１〜図８に関して）本明細書で説明するそれらの材料のいずれかであり得る。

図１２に示す実施形態を形成するために、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、図９に示すように、格子パターンに配置される。すなわち、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、ＣＭＣプレフォーム２１０の長さと幅の両方を横断するように配置され、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６のうちの一部が長さまたは幅を横断する第１の方向に配置され、塗膜された犠牲繊維１６の第２のセットが長さまたは幅を横断する第２の方向に配置され、第２の方向は第１の方向と垂直である。１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６が、プレフォーム２１０全体にわたるように、ＣＭＣプレフォーム２１０に沿って１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６を構成することが望ましい場合がある。格子パターンは、任意の機械的／熱的特性の低下を最小化しながら、細長いチャネル２４（図１２）を形成するように、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６を構成する好適な方法であり得る。

ＣＭＣプレフォーム２１０は、多様な方法で準備され得る。いくつかの実施形態では、強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、１つまたは複数の層を形成するために、スラリー２０および任意の他の追加の所望の成分の中に導入され得る。たとえば、いくつかの実施形態では、スラリーの中に界面活性剤、分散剤、および／または他の成分を含むこと、ならびにセラミック基質に対する基質前駆体材料を含むことが有益であり得る。

一実施形態では、スラリー２０が、強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６と組み合わされると、ＣＭＣプレフォーム１１２は、テープを形成するためにドラムロールの上に巻きつけられ、次いで、層に切断され得る。代替実施形態では、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６が繊維およびスラリーのドラム巻きの後に組み込まれる後の段階において導入され得る。１つまたは複数の層は、様々な相対的な向きを有する層で重ねられ得る。たとえば、１つまたは複数の層は、繊維が同じ方向に向けられるように、互いの上に直接クロスプライされ得るかまたは重ねられ得る。テープの中の繊維の構成および層の構成は、所望のＣＭＣ製品およびＣＭＣ製品の所望の機械的特性に応じて修正され得る。他の実施形態では、スラリーは、テープ鋳造、スクリーン印刷、または任意の他の好適な方法を介して繊維に導入され得る。複合材料の中の強化用繊維１８および／または１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６は、一方向、交差織りまたは不織であり得る。スラリー２０ならびにスラリー２０を強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６に導入する方法は、強化用繊維１８および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６の向きに応じて修正され得る。

図９は、強化用繊維１８、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６、および図７の基質前駆体２２と概して同様の基質前駆体材料を含む、図１〜図８の実施形態に関して前に説明した加熱および／または圧縮などによるラミネート加工および圧密の後のＣＭＣプレフォーム２１０を示す。加熱および圧縮活動が、スラリー２０の溶媒の一部または全部を除去して、スラリー２０の基質前駆体材料２２を残す。

図１〜図８の実施形態とは対照的に、ＣＭＣプレフォーム２１０は、１つまたは複数の犠牲繊維１２を除去する前に、図１０に示すように、溶浸材３０による溶解浸透を受ける。図１〜図７の実施形態に関して前に説明したように、溶浸材によるＣＭＣプレフォーム２１０の浸透は、図１１のＣＭＣプレフォーム２１０を高密度化する。

１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維１６の１つまたは複数の犠牲繊維１２は、次に、分解などを介して除去され、高密度化されたセラミックプレフォーム２１０全体にわたって図１２の細長いチャネル２４を形成する。分解の間、１つまたは複数の犠牲繊維１２は、非湿潤塗膜１４が１つまたは複数の細長いチャネル２４の内面２６に粘着したままにしながら、分解される。前に説明した実施形態におけるように、分解の雰囲気は、酸化性、還元性、不活性、または真空であり得る。強化用繊維１８は、高密度化されたＣＭＣプレフォーム２１０の中に維持される。

図１２に示す実施形態では、冷却チャネルなどの複数の機能的形体が、ＣＭＣ製品２００に沿って両方向に形成されるように、細長いチャネル２４が、最終のＣＭＣ製品２００の長さおよび幅を横断する。図１〜図８の実施形態に関して前に説明したように、溶浸材によるＣＭＣプレフォーム２１０の浸透では、高密度化されたＣＭＣ製品２００（図１２）が形成される。１つまたは複数の犠牲繊維１２を除去した後、ＣＭＣ製品２００は、さらに、高密度化、焼きなましの加熱、冷却、機械加工、検査、またはそれらの組合せを行われ得る。いくつかの実施形態では、外部塗膜が塗布される場合がある。ＣＭＣ製品２００は、セラミック基質材料３４（「セラミック基質」）、強化用繊維１８、およびＣＭＣ製品２００に沿って配置された１つまたは複数の細長いチャネル２４を含む

図１３は、本開示の一実施形態による、ＣＭＣ製品を形成する例示的方法のフローチャートである。図１３に示す方法３００は、ステップ３０２において、１つまたは複数の塗膜レイヤを１つまたは複数の犠牲繊維の上に堆積させて、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を形成するステップと、ステップ３０４において、基質前駆体、強化用繊維、および１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を含むＣＭＣプレフォームを形成するステップとを含み、ＣＭＣプレフォームを形成するステップは、ＣＭＣプレフォームを圧縮するステップも含み得る。いくつかの実施形態では、ＣＭＣプレフォームを形成するステップは、ステップ３０６において、塗膜された犠牲繊維を織りパターンに形成するステップを含むが、いくつかの実施形態では、ＣＭＣプレフォームを形成するステップは、ステップ３０８において、塗膜された犠牲繊維を隣接する犠牲繊維に平行の方向に形成するステップを含む。一実施形態では、１つまたは複数の犠牲繊維は、ステップ３１０において、次に、１つまたは複数の機能的形体がＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように除去され、除去するステップは、非湿潤塗膜が１つまたは複数の機能的形体の上に留まるように、１つまたは複数の犠牲繊維および任意の追加の犠牲塗膜材料を除去するステップを含む。最後に、ステップ３１２において、流体溶浸材（溶解溶浸材など）がＣＭＣプレフォームに浸透することがもたらされ、それにより、ＣＭＣプレフォームが高密度化されてＣＭＣ製品が形成される。

代替実施形態では、ステップ３１０において、１つまたは複数の犠牲繊維および任意の存在する犠牲塗膜材料を除去する前に、ステップ３１２において、流体溶浸材がＣＭＣプレフォームに浸透することがもたらされる。浸透に続いて、ステップ３１０において、１つまたは複数の犠牲繊維および任意の存在する犠牲塗膜材料が、１つまたは複数の機能的形体がＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように、除去される。

一実施形態では、残りの非湿潤溶液が、乾式エッチングプロセス、酸化プロセス、湿式エッチングプロセス、または化学エッチングプロセスによって除去され得る。スラリー／基質前駆体、強化用繊維、犠牲繊維、非湿潤塗膜、溶浸材、ならびに方法３００で使用される他の成分は、本明細書で説明するそれらのいずれかであり得る。一実施形態では、犠牲繊維および存在する任意の犠牲塗膜レイヤを除去するステップは、（ｉ）流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布する前の熱分解、（ｉｉ）流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布する前の溶解、（ｉｉｉ）流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布する前の物理的抽出、（ｉｖ）流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布した後の酸化、および（ｖ）流体溶浸材をＣＭＣプレフォームに塗布した後の溶解のうちの１つまたは複数によって除去するステップを含む。

方法３００は、追加の構成要素または活動を含んでよく、前に説明した活動のうちの１つまたは複数を繰り返してもよい。方法３００の様々な代替構成が、本開示の意図から逸脱することなく使用され得る。ＣＭＣ製品は、必要に応じてさらに処理されてよく、または機械加工されてよい。

（実施例）
窒化ホウ素などの非湿潤塗膜を、非湿潤塗膜を通して繊維を引きずることによってナイロン繊維（直径８ミル（２０３μｍ））の上に配置した。塗膜されたナイロン繊維は、５０ミル（１．２７ｍｍ）間隔でプリプレグセラミックテープに巻きつけた。テープを切断し、０°／９０°構成のパネルに重ねた。パネルは、溶媒を除去するために、加熱し、圧縮した。次いで、ナイロン繊維を分解してパネルを横断する細長いチャネルを形成するために、パネルを熱分解させた。熱分解するステップの間、非湿潤塗膜は、形成される細長いチャネルの内面の上に留まる。次いで、溶融ケイ素の溶解浸透を使用してパネルに浸透させた。非湿潤溶液は、溶融ケイ素が細長いチャネルの内部に堆積することを防止する。溶融ケイ素の一部分が反応して、セラミック基質を形成した。図１４は、本明細書で開示する方法によってその中に形成された、ＣＭＣ製品１００の断面の一部を示し、かつ複数の細長いチャネル２４、より具体的には冷却チャネル３６を示す概略図である。

本開示は、１つまたは複数の特定の実施形態に関して説明してきたが、他の形態が、当業者によって採用され得ることは明白である。本明細書で説明する塗膜組成物に関連する「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の使用は、具体的には、塗膜組成物が、指定された成分「から本質的に成る」（すなわち、指定された成分を含みかつ基本的で新奇の開示された特徴に顕著に悪影響を与える他の成分を含まない）実施形態、および塗膜組成物が、指定された成分「から成る」（すなわち、指定された成分の各々に必然的かつ不可避的に存在する混入物質を除いて指定された成分のみを含有する）実施形態を開示しかつ含むことを理解されたい。

本明細書は、実施例を使用して、最良モードを含む本発明を開示し、同じく、任意のデバイスまたはシステムを作製して使用することおよび任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、本発明を当業者が実践することを可能にする。本開示の特許を受けられる範囲は、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、それらが本特許請求の範囲の文言と違わない構造要素を含む場合、またはそれらが本特許請求の範囲の文言とわずかな差異で同等の構造要素を含む場合、本特許請求の範囲の範囲に入ることが意図されている。

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］セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
塗膜レイヤのうちの少なくとも１つが非湿潤塗膜である１つまたは複数の塗膜レイヤを１つまたは複数の犠牲繊維の上に堆積させて、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を形成するステップと、
基質前駆体、複数の強化用繊維、および前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を含むＣＭＣプレフォームを形成するステップと、
１つまたは複数の機能的形体が前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することであって、前記非湿潤塗膜が前記１つまたは複数の機能的形体の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、除去すること、または
流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化すること
のうちの一方を実行するステップと、
１つまたは複数の機能的形体が前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することであって、前記非湿潤塗膜が前記１つまたは複数の機能的形体の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、除去すること、または
流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化すること
のうちの他方を実行するステップとを含み、
前記非湿潤塗膜が、溶解浸透の間に、前記流体溶浸材が前記１つまたは複数の機能的形体に流れてその上に堆積するのを阻止するように適応される、方法。

［項２］前記１つまたは複数の機能的形体が細長いチャネルである、任意の前項に記載の方法。

［項３］前記１つまたは複数の細長いチャネルが、冷却流体流チャネルである、任意の前項に記載の方法。

［項４］前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップが、
前記ＣＭＣプレフォームを加熱して、前記犠牲繊維を分解するステップを含み、
前記１つまたは複数の犠牲繊維が、約２００℃〜約７００℃の分解温度を有する材料から形成される、任意の前項に記載の方法。

［項５］前記１つまたは複数の塗膜レイヤが、１つまたは複数の犠牲ポリマー塗膜および前記非湿潤塗膜を含む、任意の前項に記載の方法。

［項６］前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップが、
前記ＣＭＣプレフォームを加熱して、前記１つまたは複数の犠牲ポリマー塗膜を分解するステップと、
前記１つまたは複数の犠牲繊維を抽出するステップとを含む、任意の前項に記載の方法。

［項７］前記非湿潤塗膜を前記１つまたは複数の犠牲繊維に前記塗布するステップが、溶浸材ストップオフ材料を塗装、噴霧、堆積、浸漬、またはスパッタリングするステップを含む、任意の前項に記載の方法。

［項８］前記非湿潤塗膜が、ホウ素、酸化物、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）から成る群から選択された１つまたは複数の材料を含む、任意の前項に記載の方法。

［項９］前記方法が、乾式エッチングプロセス、酸化プロセス、湿式エッチングプロセス、機械的表皮剥脱、または化学エッチングプロセスを使用して前記非湿潤塗膜を除去するステップをさらに含む、任意の前項に記載の方法。

［項１０］前記溶浸材が、ケイ素またはケイ素合金を含む、任意の前項に記載の方法。

［項１１］前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維が、（ｉ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布する前の熱分解、（ｉｉ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布する前の溶解、（ｉｉｉ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布する前の物理的抽出、（ｉｖ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布した後の酸化、および（ｖ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布した後の溶解のうちの１つまたは複数によって除去される１つまたは複数の犠牲材料を含む、任意の前項に記載の方法。

［項１２］前記１つまたは複数の犠牲繊維が、半結晶ポリマー、架橋ポリマー、アモルファスポリマー、金属、セラミック、またはそれらの組合せを含む、任意の前項に記載の方法。

［項１３］前記１つまたは複数の犠牲繊維が、架橋フェノール樹脂、架橋ポリ（ビニルブチラール）、ポリアミド、ポリエステル、アクリル、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む、任意の前項に記載の方法。

［項１４］前記複数の強化用繊維が、炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、ケイ素化合物、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、イットリウムアルミニウムガーネット、アルミノケイ酸塩、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、ＳｉＮＣ、ＳｉＢＮＣ、および炭化ホウ素のうちの１つまたは複数を含む、任意の前項に記載の方法。

［項１５］前記ＣＭＣプレフォームを形成するステップが、織りパターンの１つに、または層内の塗膜された犠牲繊維に隣接する平行方向に、前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を形成するステップを含む、任意の前項に記載の方法。

［項１６］セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
塗膜レイヤのうちの少なくとも１つが非湿潤塗膜である１つまたは複数の塗膜レイヤを１つまたは複数の犠牲繊維の上に堆積させるステップと、
基質前駆体、複数のセラミック強化用繊維、および前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を含むＣＭＣプレ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チャネルが前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップであって、前記非湿潤塗膜が前記１つまたは複数の細長いチャネルの内面の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、ステップと、
流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化して前記ＣＭＣ製品を形成するステップとを含み、
前記非湿潤塗膜が、溶解浸透の間に、前記流体溶浸材が前記１つまたは複数の細長いチャネルに流れて堆積するのを阻止するように適応される、方法。

［項１７］前記１つまたは複数の塗膜レイヤが、犠牲ポリマー塗膜および前記非湿潤塗膜を含む、任意の前項に記載の方法。

［項１８］前記非湿潤塗膜を前記１つまたは複数の犠牲繊維に前記塗布するステップが、溶浸材ストップオフ材料を塗装、噴霧、堆積、浸漬、またはスパッタリングするステップを含む、任意の前項に記載の方法。

［項１９］前記非湿潤塗膜が、ホウ素（たとえば、窒化ホウ素）、酸化物、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、または前記酸化物および窒化ホウ素のそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、任意の前項に記載の方法。

［項２０］前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップが、
前記ＣＭＣプレフォームを加熱して、前記１つまたは複数の犠牲繊維を分解するステップを含み、
前記１つまたは複数の犠牲繊維が、約２００℃〜約６５０℃の分解温度を有する材料から形成される、任意の前項に記載の方法。

［項２１］セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
基質前駆体、複数のセラミック強化用繊維、および犠牲繊維の上に堆積された窒化ホウ素（ＢＮ）から成る塗膜を有する１つまたは複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプレフォームを形成するステップであって、前記１つまたは複数の犠牲繊維が、約１０μｍ〜１０００μｍの平均直径を有し、前記ＣＭＣプレフォームを形成することが、前記１つまたは複数の犠牲繊維を織りパターンまたは不織パターンのうちの一方に形成することを含む、ステップと、
細長いチャネルが前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップであって、前記塗膜が前記細長いチャネルの内面の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、ステップと、
ケイ素またはケイ素合金のうちの一方から成る溶解溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化して前記ＣＭＣ製品を形成するステップとを含み、
前記塗膜が、前記溶解溶浸材を前記塗布する間に、前記溶解溶浸材が前記１つまたは複数の細長いチャネルの各々の中に形成された空洞に流れてその上に堆積するのを阻止するように適応される、方法。

１０ セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）プレフォーム
１２ 犠牲繊維
１４ 非湿潤塗膜
１５ 犠牲ポリマー塗膜
１６ 塗膜された犠牲繊維
１８ 強化用繊維
２０ スラリー
２２ 基質前駆体材料
２４ チャネル
２６ 内面
２８ 気孔
３０ 溶浸材
３２ 浸透された基質
３４ セラミック基質材料
３６ 冷却チャネル
３８ 空洞
１００ ＣＭＣ製品
１０２ 塗膜された犠牲繊維（図１１、図１２より推定）
２００ ＣＭＣ製品
２１０ ＣＭＣプレフォーム

Claims (21)

1. セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
   塗膜レイヤのうちの少なくとも１つが非湿潤塗膜である１つまたは複数の塗膜レイヤを１つまたは複数の犠牲繊維の上に堆積させて、１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を形成するステップと、
   基質前駆体、複数の強化用繊維、および前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を含むＣＭＣプレフォームを形成するステップと、
   １つまたは複数の機能的形体が前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することであって、前記非湿潤塗膜が前記１つまたは複数の機能的形体の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、除去すること、または
   流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化すること
   のうちの一方を実行するステップと、
   １つまたは複数の機能的形体が前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することであって、前記非湿潤塗膜が前記１つまたは複数の機能的形体の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、除去すること、または
   流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化すること
   のうちの他方を実行するステップとを含み、
   前記非湿潤塗膜が、溶解浸透の間に、前記流体溶浸材が前記１つまたは複数の機能的形体に流れてその上に堆積するのを阻止するように適応される、方法。
2. 前記１つまたは複数の機能的形体が細長いチャネルである、請求項１に記載の方法。
3. 前記１つまたは複数の細長いチャネルが、冷却流体流チャネルである、請求項２に記載の方法。
4. 前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップが、
   前記ＣＭＣプレフォームを加熱して、前記犠牲繊維を分解するステップを含み、
   前記１つまたは複数の犠牲繊維が、約２００℃〜約７００℃の分解温度を有する材料から形成される、請求項１に記載の方法。
5. 前記１つまたは複数の塗膜レイヤが、１つまたは複数の犠牲ポリマー塗膜および前記非湿潤塗膜を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップが、
   前記ＣＭＣプレフォームを加熱して、前記１つまたは複数の犠牲ポリマー塗膜を分解するステップと、
   前記１つまたは複数の犠牲繊維を抽出するステップとを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記非湿潤塗膜を前記１つまたは複数の犠牲繊維に前記塗布するステップが、溶浸材ストップオフ材料を塗装、噴霧、堆積、浸漬、またはスパッタリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記非湿潤塗膜が、ホウ素、酸化物、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）から成る群から選択された１つまたは複数の材料を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記方法が、乾式エッチングプロセス、酸化プロセス、湿式エッチングプロセス、機械的表皮剥脱、または化学エッチングプロセスを使用して前記非湿潤塗膜を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記溶浸材が、ケイ素またはケイ素合金を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維が、（ｉ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布する前の熱分解、（ｉｉ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布する前の溶解、（ｉｉｉ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布する前の物理的抽出、（ｉｖ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布した後の酸化、および（ｖ）前記流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布した後の溶解のうちの１つまたは複数によって除去される１つまたは複数の犠牲材料を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記１つまたは複数の犠牲繊維が、半結晶ポリマー、架橋ポリマー、アモルファスポリマー、金属、セラミック、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記１つまたは複数の犠牲繊維が、架橋フェノール樹脂、架橋ポリ（ビニルブチラール）、ポリアミド、ポリエステル、アクリル、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記複数の強化用繊維が、炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、ケイ素化合物、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、イットリウムアルミニウムガーネット、アルミノケイ酸塩、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、ＳｉＮＣ、ＳｉＢＮＣ、および炭化ホウ素のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記ＣＭＣプレフォームを形成するステップが、織りパターンの１つに、または層内の塗膜された犠牲繊維に隣接する平行方向に、前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
16. セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
    塗膜レイヤのうちの少なくとも１つが非湿潤塗膜である１つまたは複数の塗膜レイヤを１つまたは複数の犠牲繊維の上に堆積させるステップと、
    基質前駆体、複数のセラミック強化用繊維、および前記１つまたは複数の塗膜された犠牲繊維を含むＣＭＣプレ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チャネルが前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップであって、前記非湿潤塗膜が前記１つまたは複数の細長いチャネルの内面の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、ステップと、
    流体溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化して前記ＣＭＣ製品を形成するステップとを含み、
    前記非湿潤塗膜が、溶解浸透の間に、前記流体溶浸材が前記１つまたは複数の細長いチャネルに流れて堆積するのを阻止するように適応される、方法。
17. 前記１つまたは複数の塗膜レイヤが、犠牲ポリマー塗膜および前記非湿潤塗膜を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記非湿潤塗膜を前記１つまたは複数の犠牲繊維に前記塗布するステップが、溶浸材ストップオフ材料を塗装、噴霧、堆積、浸漬、またはスパッタリングするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記非湿潤塗膜が、ホウ素（たとえば、窒化ホウ素）、酸化物、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、三酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、または前記酸化物および窒化ホウ素のそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップが、
    前記ＣＭＣプレフォームを加熱して、前記１つまたは複数の犠牲繊維を分解するステップを含み、
    前記１つまたは複数の犠牲繊維が、約２００℃〜約６５０℃の分解温度を有する材料から形成される、請求項１６に記載の方法。
21. セラミック基質複合材料（ＣＭＣ）製品を形成する方法であって、
    基質前駆体、複数のセラミック強化用繊維、および犠牲繊維の上に堆積された窒化ホウ素（ＢＮ）から成る塗膜を有する１つまたは複数の犠牲繊維を含むＣＭＣプレフォームを形成するステップであって、前記１つまたは複数の犠牲繊維が、約１０μｍ〜１０００μｍの平均直径を有し、前記ＣＭＣプレフォームを形成することが、前記１つまたは複数の犠牲繊維を織りパターンまたは不織パターンのうちの一方に形成することを含む、ステップと、
    細長いチャネルが前記ＣＭＣプレフォームに沿って形成されるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去するステップであって、前記塗膜が前記細長いチャネルの内面の上に留まるように前記１つまたは複数の犠牲繊維を除去することを含む、ステップと、
    ケイ素またはケイ素合金のうちの一方から成る溶解溶浸材を前記ＣＭＣプレフォームに塗布し、それにより前記ＣＭＣプレフォームを高密度化して前記ＣＭＣ製品を形成するステップとを含み、
    前記塗膜が、前記溶解溶浸材を前記塗布する間に、前記溶解溶浸材が前記１つまたは複数の細長いチャネルの各々の中に形成された空洞に流れてその上に堆積するのを阻止するように適応される、方法。

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