JP2022530316A

JP2022530316A - 溶融浸透セラミックマトリックス複合材料（ｃｍｃ）物品の緻密化

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Publication number: JP2022530316A
Application number: JP2021559103A
Authority: JP
Inventors: ロバートパロリニ、ジェイソン; ウスルハードウィック、カナン; チャンドゥルドゥコッティリンガム、シリカンス; ジョセフ３世マレー、ジェイムズ
Original assignee: General Electric Co
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Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2022-06-29
Also published as: EP3959186A1; KR20220002962A; CN113710628A; US11117839B2; WO2020219315A1; US20200339483A1

Abstract

さまざまな実施形態が、溶融浸透セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品を緻密化する方法、およびそれによって形成された緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品を含む。特定の実施形態は、鋳造装置の第１の領域内に多孔質ＣＭＣプリフォームを供給するステップと、第１の領域に動作可能に接続された鋳造装置の第２の領域の圧力ヘッド領域内に、ケイ素の少なくとも１つの供給源を含む溶融した緻密化剤を供給するステップと、圧力ヘッド内の溶融した緻密化剤に第１の圧力を印加することにより、溶融した緻密化剤を多孔質ＣＭＣプリフォーム内の空隙に浸透させ、緻密化された溶融浸透ＣＭＣ物品を形成するステップとを含む方法を含む。【選択図】図３

Description

本開示は、広くには、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品の緻密化に関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの溶融浸透ＣＭＣ構成部品の緻密化に関する。

セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品は、一般に、例えばその耐熱性、高温強度、および化学的安定性ゆえに、タービンエンジンの構造構成部品によく適していると考えられている。しかしながら、タービンエンジンにおけるＣＭＣ物品は、過大な応力、損傷（例えば、割れ）、不適切な形成、などによる損傷に悩まされる可能性がある。ＣＭＣ物品の損傷しやすさに対処するための１つの技術は、緻密化である。しかしながら、溶融浸透ＣＭＣを緻密化するための従来からの技術の成功は、緻密化剤の浸透（例えば、ケイ素の浸透）の結果として生じ得る無数の欠陥に起因して制限される。ケイ素の浸透におけるそのような欠陥は、例えば、緻密化プロセスの最中に閉塞、亀裂、および／または材料浸透の少ない領域を生じさせ、したがって結果として得られる緻密化されたＣＭＣ物品内に弱点を引き起こす可能性がある。従来の緻密化されたＣＭＣ物品におけるこれらの欠点は、ＣＭＣ物品が厚くなるほど悪化する傾向がある。

部品を鋳造するための従来からの技術（例えば、金属の鋳造）として、射出成形、高圧ダイカスト、および低圧ダイカストが挙げられる。射出成形は、３０～２００ミリメートル／秒（ｍｍ／ｓ）の速度で、３００～８００Ｂａｒの注入圧力の下で、部品を形成するために材料を注入することができる。高圧ダイカストは、金属材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）合金）を、２００ｍｍ／ｓを超える速度で、１０００Ｂａｒ以上の注入圧力の下で注入して、部品を形成することができる。低圧ダイカストは、例えば注入速度１０ｍｍ／ｓ、注入圧力５～１０Ｂａｒなど、より低い動作パラメータを使用して実施される。しかしながら、これらの従来からの鋳造技術はいずれも、これらの技術を実施するための動作パラメータが、緻密化プロセスの実施時にＣＭＣ物品を損傷させる可能性を高める可能性があり、さらには／あるいはＣＭＣ物品に損傷を引き起こす可能性があるため、ＣＭＣ物品について緻密化プロセスを実施するためには利用されていない。

米国特許出願公開第２０１４／００７５１５号明細書

溶融浸透セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品を緻密化する方法、およびそれによって形成された緻密化ＣＭＣ物品が開示される。本開示の第１の態様において、溶融浸透ＣＭＣ物品の緻密化のための方法が、鋳造装置の第１の領域内に多孔質ＣＭＣプリフォームを供給するステップと、第１の領域に動作可能に接続された鋳造装置の第２の領域の圧力ヘッド領域内に、ケイ素の少なくとも１つの供給源を含む溶融した緻密化剤を供給するステップと、圧力ヘッド内の溶融した緻密化剤に第１の圧力を印加することにより、溶融した緻密化剤を互いにつながった多孔質ＣＭＣプリフォーム内の空隙に浸透させ、緻密化された溶融浸透ＣＭＣ物品を形成するステップとを含む。

本開示の第２の態様において、溶融浸透ＣＭＣ物品の緻密化のための方法が、鋳造装置の第１の領域内に多孔質ＣＭＣプリフォームを供給するステップと、第１の領域に動作可能に接続された鋳造装置の第２の領域の圧力ヘッド領域内に、ケイ素の少なくとも１つの供給源を含む溶融した緻密化剤を供給するステップと、第１の時間期間にわたって、圧力ヘッド内の溶融した緻密化剤に、多孔質ＣＭＣプリフォームの第１の深さにわたって、溶融した緻密化剤の第１の浸透速度を確立させるために充分な第１段階の圧力を、印加するステップと、第２の時間期間にわたって、圧力ヘッド内の溶融した緻密化剤に、第１段階の圧力と異なり、多孔質ＣＭＣプリフォームの第１の深さを含まない第２の深さにわたって、溶融した緻密化剤の第２の浸透速度を確立させるために充分な第２段階の圧力を、印加するステップとを含む。

本開示の第３の態様において、緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品が、少なくともケイ素を内部に浸透させて有している多孔質セラミックマトリックスと、セラミックマトリックスに埋め込まれたセラミック繊維とを含み、この緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品は、実質的に均一な密度を有している。

本開示のこれらの特徴および他の特徴は、本開示のさまざまな態様に関する以下の詳細な説明を、本開示のさまざまな実施形態を示す添付の図面と併せて検討することで、さらに容易に理解されるであろう。

浸透前の状態および浸透後の状態の両方を含む本開示の緻密化溶融浸透セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品を形成するための例示的な鋳造装置の概略図を示している。本開示の緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品を形成するための別の例示的な鋳造装置の概略図を示している。本開示の緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品を形成するためのさらに別の例示的な鋳造装置の概略図を示している。本開示の緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品を形成するための面内浸透に関する相対の速度および深さを示している。本開示の緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品を形成するための交差面浸透に関する相対の速度および深さを示している。

本開示の図面が、必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えられるべきではない。図面において、類似する番号は、図面間で類似する要素を表す。

本開示は、広くには、セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品の緻密化に関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの溶融浸透ＣＭＣ構成部品の緻密化に関する。上述のように、溶融浸透ＣＭＣを緻密化するための従来からの技術の成功は、緻密化剤の浸透（例えば、ケイ素の浸透）の結果として生じ、次いで緻密化プロセスにおいて障害物（浸透の欠如）および／または亀裂をもたらす可能性がある無数の欠陥に起因して制限される。したがって、そのような従来からの技術によってもたらされる緻密化ＣＭＣ物品は、不均一な密度（例えば、ドライスポット、多孔性）および内部の弱点箇所を有し、どちらもＣＭＣ物品の厚さが増加するにつれて悪化する可能性がある（例えば、密度の極端な不均一性および／または弱点箇所の増加）。従来とは対照的に、本開示のさまざまな態様は、浸透の際に溶融ケイ素源の圧力ヘッドを作成し、鋳造装置を使用して浸透を達成することによって、溶融浸透ＣＭＣ物品を緻密化する方法を含む。本開示の方法に従って製造された緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品は、たとえＣＭＣ物品の厚さが厚くても、実質的に均一な密度を有することができる。溶融浸透ＣＭＣ物品を緻密化するための本開示の方法が、理解を容易にするために図１～図５を参照して以下で説明される。

一実施形態において、溶融浸透ＣＭＣ物品を緻密化するための本開示の方法は、最初に多孔質ＣＭＣプリフォームを用意することを含む。本明細書において使用されるとき、「ＣＭＣ」は、セラミック繊維がセラミックマトリックスに埋め込まれているセラミックマトリックス複合材料を指す。ＣＭＣ物品は、セラミック繊維で連続的または不連続に強化されたセラミックマトリックスを含むことができる。セラミックマトリックスは、炭素（Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、および／またはケイ酸アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）を含むことができる。セラミック繊維は、炭素（Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、および／またはケイ酸アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）を含むことができる。セラミックマトリックスおよびセラミック繊維は、同じ材料から構成されてよく、あるいは異なってもよい。例えば、セラミックマトリックスおよびセラミック繊維が同じ材料から構成される場合、ＣＭＣ物品は、例えば、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）物品であってよい。セラミックマトリックスとセラミック繊維とが異なる材料から構成される場合、ＣＭＣ物品は、例えば、炭素繊維強化炭化ケイ素（Ｃ／ＳｉＣ）物品であってよい。典型的には、ＣＭＣ物品を、例えば、射出成形、スリップキャスティング、テープキャスティング、浸透法（例えば、化学蒸気浸透、溶融浸透、など）、ならびにさまざまな他の適切な方法および／またはプロセスなど、当技術分野で知られている任意の適切な製造プロセスから製作することができる。本開示は、溶融浸透ＣＭＣ物品の緻密化に関する。したがって、本明細書において使用されるとき、「ＣＭＣプリフォーム」は、緻密化剤による溶融浸透の前のＣＭＣ物品を指す。

図１を参照すると、ＣＭＣプリフォーム１１０が、鋳造装置１００の第１の領域１２０内に供給される。ＣＭＣプリフォーム１１０は、上記で説明した浸透前のＣＭＣ物品である。図１は、鋳造装置１００の浸透前の状態（矢印の左側）および浸透後の状態（矢印の右側）の両方の図を含む。

本開示の方法は、鋳造装置１００の第２の領域１４０の圧力ヘッド領域内に溶融した緻密化剤１３０を供給することをさらに含む。第２の領域１４０の溶融した緻密化剤１３０を供給することは、第１の領域１２０の多孔質ＣＭＣプリフォーム１１０の供給の前、供給の後、または供給と同時に行うことができる。装置１００の第１および第２の領域１２０，１４０は、溶融した緻密化剤１３０をＣＭＣプリフォーム１１０に適用できるように互いに動作可能に接続される。溶融した緻密化剤１３０は、多孔質ＣＭＣプリフォーム１１０の密度を増加させることができる化合物または組成物の任意の適切な溶融した供給源を含むことができる。例えば、溶融した緻密化剤１３０は、ケイ素の１つ以上の溶融した供給源を含むことができる。

ＣＭＣプリフォーム１１０および溶融した緻密化剤１３０の両方を供給した後に、本開示の方法は、溶融した緻密化剤１３０に第１の圧力を印加することをさらに含むことができる。第１の圧力は、大気圧（例えば、１Ｂａｒ）または大気圧よりもわずかに高い圧力（例えば、３Ｂａｒ未満）を含むことができる。別の例においては、これに限られるわけではないが、溶融した緻密化剤１３０への第１の圧力の印加を、例えば約１．３３×１０^－６Ｂａｒなどの大気圧よりも低い圧力の真空中または真空下で実行してもよい。他の例においては、これに限られるわけではないが、第１の圧力を、緻密化プロセスの最中にＣＭＣプリフォーム１１０に約１ミリバール～１バールの範囲内で印加してもよい。第１の圧力は、溶融した緻密化剤１３０による多孔質ＣＭＣプリフォーム１１０内の空隙（細孔）の浸透を可能にする。図１（矢印の右側）に示されるように、緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品１５０が、この浸透によって形成される。

さらに、図１は、第１の圧力が大気圧であってよい実施形態を示している。図示のように、装置１００の第１および第２の領域１２０，１４０は、溶融した緻密化剤１３０自体の重量が溶融した緻密化剤１３０によるＣＭＣプリフォーム１１０の浸透を引き起こすことができるように互いに配向される。この形式の大気圧に基づく配置は、重力式供給システムと呼ばれることもある。

高い圧力が関心事でない重力式供給システムであっても、ＣＭＣプリフォーム１１０の材料特性を装置１００によって考慮する必要があり得る。一実施形態において、装置１００の第１の領域１２０は、少なくとも２つの部分１２１，１２２を有するダイセットであってよい。部分１２１，１２２は、ダイ開口部１２５を間に生成することができるように、お互いに対して移動することができる。したがって、浸透前（矢印の左側－図１）に、ＣＭＣプリフォーム１１０の多孔質マトリックスの損傷（例えば、割れ）を回避するために、ＣＭＣプリフォーム１１０への圧力を低減または排除するようにダイ開口部１２５を設定（調整）することができる。ダイ開口部１２５の幅を、ＣＭＣプリフォーム１１０の密度が増加するにつれて、浸透中に調整でき、例えば減少させることができる。浸透の完了時（矢印の右側－図１）に、ダイ開口部１２５の幅はほぼゼロであってよい。これに加え、あるいはこれに代えて、このプロセスを実行し、さらには／あるいはダイ開口部１２５の幅をほぼゼロへと閉じることにより、ＣＭＣプリフォームの減量および／または部品間の寸法／サイズ／特徴の一貫性を改善することができる。

装置１００が重力式供給システム（例えば、図１）として形成される例において、溶融した緻密化剤１３０を、制御された速度でもたらすことができる。例えば、溶融した緻密化剤１３０を、１ミリメートル／秒（ｍｍ／ｓ）以下の制御された速度でもたらすことができる。この速度で（さらには、本明細書で特定される圧力の下で）溶融した緻密化剤１３０をもたらすとき、溶融した緻密化剤１３０は、緻密化プロセスの最中に望ましくない応力／歪み、損傷（例えば、割れ）、および／または不適切な形成を引き起こすことなく、ＣＭＣプリフォーム１１０に浸透することができる。

重力式供給システムに加えて、図１の装置１００は、圧力に基づくシステムにも使用することができる。換言すると、溶融した緻密化剤１３０に印加される第１の圧力が、大気圧よりも高くてよい。そのような圧力に基づくシステムにおいて、ダイ開口部１２５の幅を制御および調整することが、ＣＭＣプリフォーム１１０の損傷を回避するために重要となり得る。

図２が、第１の圧力が大気圧よりも高くてよい別の実施形態を示している。この実施形態において、多孔質ＣＭＣプリフォーム２１０が、鋳造装置２００の第１の領域２２０内に供給される。第１の領域２２０への多孔質ＣＭＣプリフォーム２１０の供給の前、供給の後、または供給と同時に、溶融した緻密化剤２３０を、鋳造装置２００の第２の領域２４０の圧力ヘッド領域内に供給することができる。プリフォーム２１０および溶融した緻密化剤２３０は、上述したもの（１１０，１３０）と同じであってよい。

この実施形態の高い圧力（すなわち、大気よりも高い）を考慮して、高い圧力での溶融した緻密化剤２３０によるプリフォーム２１０の浸透が、プリフォーム２１０の多孔質マトリックスを損傷させることなく実行されるように、鋳造装置２００の第１および第２の領域２２０，２４０を、互いに動作可能に結合させることができる。例えば、装置２００の第１および第２の領域２２０，２４０の一方または両方が、溶融した緻密化剤２３０をプリフォーム２１０へと通すための入口２６０を含むことができる。入口２６０は、プリフォーム２１０との接触における溶融した緻密化剤２３０の速度を低下させるように構成することができる。１つの入口２６０が図示されているが、任意の数および任意の構成の入口２６０を利用することができる。この例（ただし、これに限られるわけではない）においては、図１と同様に、溶融した緻密化剤２３０を装置２００にもたらす圧力を制御および／または調整することによって、溶融した緻密化剤２３０を１ｍｍ／ｓ以下の制御された速度でもたらすことができる。

本開示の方法は、上述したように、システムに印加される第１の圧力（例えば、重力式供給システムの場合は大気圧であり、圧力に基づくシステムの場合は大気圧よりも高い）に依存して実行することが可能である。本開示の方法を、複数の圧力を利用して実行することも可能である。

図１に戻ると、プリフォーム１１０を内部に保持する鋳造装置１００の第１の領域１２０に、第２の圧力を関連付けることができる。例えば、第２の圧力は、溶融した緻密化剤１３０に印加される第１の圧力よりも低くてもよい。例えば、第２の圧力は、大気圧未満であってよい。重力式供給システムの場合のように、第１の圧力が大気圧である場合、大気圧未満である第２の圧力は、溶融した緻密化剤１３０をプリフォーム１１０へと引き込む（または、吸い上げる）ことによって浸透プロセスを支援することができる。この溶融した緻密化剤１３０のプリフォーム１１０への引き込みを、溶融した緻密化剤１３０の重量によるプリフォーム１１０への押し込みに追加することができる。

第２の圧力は、大気圧よりも低くてよいが、第２の圧力は、プリフォーム１１０の多孔質マトリックスの損傷が生じる最小圧力よりも高くてもよい。例えば、最小圧力を下回る第２の圧力が、ＣＭＣプリフォーム１１０内の空隙（細孔）のつぶれを引き起こす可能性がある。したがって、鋳造装置１００の第１の領域１２０の第２の圧力を制御するという利益に関して、圧力設定装置（図示せず）をシステムに追加してもよい。

図３が、本開示の方法を複数の圧力を利用して実行することができる別の例示的な実施形態を示している。この実施形態において、多孔質ＣＭＣプリフォーム３１０が、鋳造装置３００の第１の領域３２０内に供給される。第１の領域３２０への多孔質ＣＭＣプリフォーム３１０の供給の前、供給の後、または供給と同時に、溶融した緻密化剤３３０を、鋳造装置３００の第２の領域３４０の圧力ヘッド領域内に供給することができる。プリフォーム３１０および溶融した緻密化剤３３０は、上述したもの（１１０，１３０および／または２１０，２３０）と同じであってよい。この実施形態は、鋳造装置３００の第３の領域３７０が利用されるという点で、上述した実施形態から相違する。

第３の領域３７０は、第２の領域３４０の第１の圧力とは異なる自身の圧力を有する。より具体的には、第２の領域３４０の第１の圧力は、第３の領域３７０の圧力よりも高くてよく、多孔質ＣＭＣプリフォーム３１０は、第２の領域３４０と第３の領域３７０との間に位置する（例えば、両者の間にまたがる）ことができる。第２の領域３４０の第１の圧力と第３の領域３７０の圧力との間の差が、溶融した緻密化剤３３０によるプリフォーム３１０の浸透を可能にする。第２の領域３４０の第１の圧力が第３の領域３７０の圧力よりも高い上記の例においては、第１の圧力が溶融した緻密化剤３３０に力（矢印を参照）を及ぼし、多孔質ＣＭＣプリフォーム３１０へと押し込む。

図４が、本開示の１つ以上の実施形態に関連する相対速度および深さを示しており、本開示の方法が、溶融した緻密化剤に複数の段階にて印加される複数の圧力を利用して実施されている。より具体的には、本開示の方法は、第１段階の圧力を溶融した緻密化剤に第１の時間期間にわたって印加し、次いで第２段階の圧力を溶融した緻密化剤に第２の時間期間にわたって印加することを含むことができる。図４に示されるように、第１段階の圧力は、多孔質ＣＭＣプリフォーム４００の第１の深さ４１０ｄにわたって、溶融した緻密化剤の第１の浸透速度４１０ｖを確立させることができる。同様に、第２段階の圧力は、多孔質ＣＭＣプリフォーム４００の第２の深さ４２０ｄにわたって、溶融した緻密化剤の第２の浸透速度４２０ｖを確立させることができる。本開示の方法を、任意の数の圧力段階を利用して実行することができる。図４は、３つの段階、すなわち第３の深さ４３０ｄにわたる第３の浸透速度４３０ｖを示しているが、本開示はそのように限定されない。さらに、これに限られるわけではない一例において、浸透速度４１０ｖ、４２０ｖ、４３０ｖは、本明細書において説明されるように、１ｍｍ／ｓ以下であってよい。

図４に示されるように、プリフォーム４００は、セラミック繊維４４０，４５０を含む。セラミック繊維４４０は、第１の深さ４１０ｄの範囲に位置するセラミック繊維であり、セラミック繊維４５０は、第２の深さ４２０ｄの範囲に位置するセラミック繊維である。セラミック繊維４４０は、セラミック繊維４５０と比べて密集していなくてもよい。したがって、プリフォーム４００の全体への溶融した緻密化剤の充分な浸透を保証するために、第１の浸透速度４１０ｖは、第２の浸透速度４２０ｖより低くてもよい。別の実施形態において、セラミック繊維４４０およびセラミック繊維４５０は、実質的に同程度に密集していてもよい。したがって、第１および第２の浸透速度４１０ｖ、４２０ｖの間の差を、小さくすることができる。さらに図４に示されるように、セラミック繊維４４０，４５０は、浸透の際に実質的に同じ方向に配向されてもよい。これは、面内浸透と呼ばれることがある。

図５が、ＣＭＣプリフォームのセラミック繊維が互いに実質的に直交するように配向している交差面浸透を示している。図５に示されるように、第１段階の圧力は、多孔質ＣＭＣプリフォーム５００の第１の深さ５１０ｄにわたって、溶融した緻密化剤の第１の浸透速度５１０ｖを確立させることができる。同様に、第２段階の圧力は、多孔質ＣＭＣプリフォーム５００の第２の深さ５２０ｄにわたって、溶融した緻密化剤の第２の浸透速度５２０ｖを確立させることができる。本開示の方法を、任意の数の圧力段階を利用して実行することができる。図５は２つの段階を示しているが、本開示はそのように限定されない。さらに、これに限られるわけではない一例において、浸透速度５１０ｖ、５２０ｖは、本明細書において説明されるように、１ｍｍ／ｓ以下であってよい。

プリフォーム５００は、セラミック繊維５４０，５５０を含む。セラミック繊維５４０は、プリフォーム５００の第１の深さ５１０ｄの範囲に位置するセラミック繊維であり、セラミック繊維５５０は、プリフォーム５００の第２の深さ５２０ｄの範囲に位置するセラミック繊維である。セラミック繊維５４０は、セラミック繊維５５０に対して実質的に直交して配向され、繊維５４０は浸透方向（矢印を参照）にあり、繊維５５０はそれに対して実質的に直交している。したがって、プリフォーム５００の全体への溶融した緻密化剤の充分な浸透を保証するために、第１の浸透速度５１０ｖは、第２の浸透速度５２０ｖより低くてもよい。

本開示の上述の方法のうちの任意の１つ以上を利用して、緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品を得ることができる。本開示の緻密化ＣＭＣ物品は、緻密化剤（例えば、少なくともケイ素）を内部に浸透させた多孔質セラミックマトリックスと、セラミックマトリックスに埋め込まれたセラミック繊維とを含むことができる。本開示の緻密化されたＣＭＣ物品は、実質的に均一な密度を有することができる。本開示のＣＭＣ物品の実質的に均一な密度は、ＣＭＣ物品の厚さが厚い場合および／またはＣＭＣ物品が他の部分と比べて厚さがより厚い部分（例えば、不均一な厚さ）を含む場合でも、達成および／または維持することが可能である。本開示の冒頭で述べたように、本開示のそのような緻密化されたＣＭＣ物品は、それらの低密度、耐熱性、高温強度およびクリープ特性、ならびに化学的安定性ゆえに、ガスタービンエンジンの構成部品として使用することができる。

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定しようとするものではない。本明細書において使用されるとき、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈からそのようでないことが明らかでない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が、本明細書において使用される場合に、そこで述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品が存在することを規定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除するものではないことを、理解できるであろう。

本明細書および特許請求の範囲のあらゆる場所において使用される近似を表す文言は、関連の基本的機能に変化をもたらすことなく差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用され得る。したがって、「約」、「おおむね」、および「実質的に」などの１つまたは複数の用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの場合に、近似を表す文言は、値を測定するための計測器の精度に対応することができる。ここで、本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言によってとくに指示されない限り、そのような範囲が認定され、そこに含まれるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両端の値に適用され、値を測定する機器の精度にとくに依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。「実質的に」は、大部分は、ほとんど、完全に指定された、または本開示の技術的利益と同じ技術的利益をもたらすわずかな逸脱を指す。

添付の特許請求の範囲におけるすべてのミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素について、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求項に記載の要素と組み合わせてその機能を遂行するための一切の構造、材料、または動作を含むように意図されている。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、本開示を開示された形態に限定することも、意図していない。多数の修正および変形が、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者にとって明らかであろう。上述の実施形態は、本開示の原理および実際の用途を最も上手く説明するとともに、想定される特定の使用に適するようなさまざまな修正を伴うさまざまな実施形態に関して、本開示の理解を当業者にとって可能にするために、選択されて説明されている。

１００鋳造装置
１１０多孔質ＣＭＣプリフォーム
１２０第１の領域
１２１部分
１２２部分
１２５ダイ開口部
１３０溶融した緻密化剤
１４０第２の領域
１５０緻密化溶融浸透ＣＭＣ物品
２００鋳造装置
２１０多孔質ＣＭＣプリフォーム
２２０第１の領域
２３０溶融した緻密化剤
２４０第２の領域
２６０入口
３００鋳造装置
３１０多孔質ＣＭＣプリフォーム
３２０第１の領域
３３０溶融した緻密化剤
３４０第２の領域
３７０第３の領域
４００多孔質ＣＭＣプリフォーム
４１０ｄ第１の深さ
４１０ｖ第１の浸透速度
４２０ｄ第２の深さ
４２０ｖ第２の浸透速度
４３０ｄ第３の深さ
４３０ｖ第３の浸透速度
４４０セラミック繊維
４５０セラミック繊維
５００多孔質ＣＭＣプリフォーム
５１０ｄ第１の深さ
５１０ｖ第１の浸透速度
５２０ｄ第２の深さ
５２０ｖ第２の浸透速度
５４０セラミック繊維
５５０セラミック繊維

Claims

溶融浸透セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品の緻密化のための方法であって、
鋳造装置（１００、２００、３００）の第１の領域（１２０、２２０、３２０）内に多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０、２１０、３１０）を供給するステップと、
前記第１の領域（１２０、２２０、３２０）に動作可能に接続された前記鋳造装置（１００、２００、３００）の第２の領域（１４０、２４０、３４０）の圧力ヘッド領域内に、ケイ素の少なくとも１つの供給源を含む溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）を供給するステップと、
前記圧力ヘッド内の前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）に第１の圧力を印加することにより、前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）を前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０、２１０、３１０）内の空隙に浸透させ、緻密化された溶融浸透ＣＭＣ物品を形成するステップと
を含む方法。
前記溶融した緻密化剤（１３０）に印加される前記第１の圧力は、大気圧であり、前記鋳造装置（１００）の前記第１および第２の領域（１２０、１４０）は、前記圧力ヘッド領域内の前記溶融した緻密化剤（１３０）の重量によって前記溶融した緻密化剤（１３０）を前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０）に浸透させることができるように互いに配向されている、請求項１に記載の方法。
前記鋳造装置（１００）の前記第１の領域（１２０）は、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０）を収容するダイセットを含み、前記ダイセットは、お互いに対して移動して、ダイ開口部（１２５）を間に生成することができる少なくとも２つの部分（１２１、１２２）を有する、請求項２に記載の方法。
前記第１の圧力の印加の最中に前記ダイ開口部（１２５）の開口幅を調整するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
前記ダイ開口部（１２５）の前記開口幅を調整するステップは、前記開口幅を選択された開口幅へと調整することを含み、前記選択された開口幅は、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０）の多孔質マトリックスの損傷を低減または防止する、請求項４に記載の方法。
前記溶融した緻密化剤（１３０）に印加される前記第１の圧力は、大気圧よりも高く、前記鋳造装置（１００）の前記第１および第２の領域（１２０、１４０）は、大気圧よりも高い前記第１の圧力における前記溶融した緻密化剤（１３０）の前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０）への浸透が、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０）の多孔質マトリックスを損傷させることなく実行されるように、互いに動作可能に結合している、請求項１に記載の方法。
前記鋳造装置（２００）の前記第１の領域（２２０）および前記第２の領域（２４０）の少なくとも一方が、前記溶融した緻密化剤（２３０）を前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（２１０）へと通すための入口（２６０）を含み、前記入口（２６０）は、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（２１０）との接触時の前記溶融した緻密化剤（２３０）の速度を下げるように構成されている、請求項６に記載の方法。
前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（２１０）を内部に有する前記鋳造装置（２００）の前記第１の領域（２２０）は、大気圧よりも低い第２の圧力を有し、前記鋳造装置（２００）の前記第１および第２の領域（２２０、２４０）は、大気圧よりも低い前記第２の圧力によって前記溶融した緻密化剤（２３０）を前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（２１０）に浸透させることができるように互いに配向されている、請求項１に記載の方法。
前記鋳造装置（２００）の前記第１の領域（２２０）は、前記第２の圧力を選択された第２の圧力に設定するための圧力設定装置を含み、前記選択された第２の圧力は、大気圧よりも低く、かつ前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（２１０）の多孔質マトリックスに損傷が生じる最小圧力よりも高い、請求項８に記載の方法。
前記鋳造装置（３００）は、第３の領域（３７０）を含み、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（３１０）は、前記第２および第３の領域（３４０、３７０）の間にまたがる、請求項１に記載の方法。
前記第２の領域（３４０）の前記第１の圧力は、前記第３の領域（３７０）の圧力よりも高く、前記第２の領域（３４０）の前記第１の圧力と前記第３の領域（３７０）の前記圧力との間の差により、前記溶融した緻密化剤（３３０）を前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（３１０）に浸透させることができる、請求項１０に記載の方法。
溶融浸透セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品の緻密化のための方法であって、
鋳造装置（１００、２００、３００）の第１の領域（１２０、２２０、３２０）内に多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０、２１０、３１０）を供給するステップと、
前記第１の領域（１２０、２２０、３２０）に動作可能に接続された前記鋳造装置（１００、２００、３００）の第２の領域（１４０、２４０、３４０）の圧力ヘッド領域内に、ケイ素の少なくとも１つの供給源を含む溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）を供給するステップと、
第１の時間期間にわたって、前記圧力ヘッド内の前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）に、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０、２１０、３１０）の第１の深さ（４１０ｄ、５１０ｄ）にわたって前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）の第１の浸透速度（４１０ｖ、５１０ｖ）を確立させるために充分な第１段階の圧力を、印加するステップと、
第２の時間期間にわたって、前記圧力ヘッド内の前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）に、前記第１段階の圧力と異なり、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０、２１０、３１０）の前記第１の深さ（４１０ｄ、５１０ｄ）を含まない第２の深さ（４２０ｄ、５２０ｄ）にわたって前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）の第２の浸透速度（４２０ｖ、５２０ｖ）を確立させるために充分な第２段階の圧力を、印加するステップと
を含む方法。
前記第１の深さ（４１０ｄ、５１０ｄ）領域および前記第２の深さ（４２０ｄ、５２０ｄ）領域の一方が、密集したＣＭＣ繊維を含み、前記第１の深さ（４１０ｄ、５１０ｄ）領域および前記第２の深さ（４２０ｄ、５２０ｄ）領域の他方が、あまり密集していないＣＭＣ繊維を含む、請求項１２に記載の方法。
前記密集したＣＭＣ繊維（４５０）および前記あまり密集していないＣＭＣ繊維（４４０）は、実質的に同じ方向に配向している、請求項１３に記載の方法。
前記密集したＣＭＣ繊維（４５０）および前記あまり密集していないＣＭＣ繊維（４４０）は、お互いに対して実質的に直角に配向している、請求項１３に記載の方法。
前記第１の深さ（５１０ｄ）領域および前記第２の深さ（５２０ｄ）領域の両方が、実質的に同程度に密集したＣＭＣ繊維（５４０、５５０）を含み、前記第１の深さ（５１０ｄ）領域のＣＭＣ繊維（５４０）は、前記第２の深さ（４２０ｄ、５２０ｄ）領域のＣＭＣ繊維（５５０）に対して実質的に直角に配向している、請求項１２に記載の方法。
第３の時間期間にわたって、前記圧力ヘッド内の前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）に、第３段階の圧力を印加するステップをさらに含み、前記第３段階の圧力は、前記第１段階の圧力および前記第２段階の圧力の少なくとも一方とは異なり、前記多孔質ＣＭＣプリフォーム（１１０、２１０、３１０）の前記第１および第２の深さ（４１０ｄ、４２０ｄ）を含まない第３の深さ（４３０ｄ）にわたって前記溶融した緻密化剤（１３０、２３０、３３０）の第３の浸透速度（４３０ｖ）を確立させるために充分である、請求項１２に記載の方法。
少なくともケイ素を内部に浸透させて有している多孔質セラミックマトリックスと、
前記セラミックマトリックスに埋め込まれたセラミック繊維と
を含んでおり、
実質的に均一な密度を有している、緻密化溶融浸透セラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）物品。
前記物品はガスタービンエンジンの構成部品である、請求項１８に記載の物品。