JP2947387B2 - セラミック繊維で強化されたセラミック又はガラス状セラミックのマトリックスを含む複合材料から作られた少なくとも2つの部品を組立る方法 - Google Patents

セラミック繊維で強化されたセラミック又はガラス状セラミックのマトリックスを含む複合材料から作られた少なくとも2つの部品を組立る方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック繊維で強化
されたセラミック又はガラス状セラミック(vitroceram
ic)のマトリックスを含む複合材料から作られた少なく
とも2つの部品を組立る方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】セラミック又はガラス状セラミックのマ
トリックスを有する複合材料は、高温度に対する優れた
耐性と低重量とを同時に備えなければならない部品の製
造に、ますます頻繁に使用されるようになっている。こ
うした材料は、更に特定的には、航空機のターボジェッ
トエンジンの高温区域に配置される部品の製造に使用さ
れる。こうした部品は、例えば、排気コーンのフラッ
プ、アフターバーナー管のカバー又はアーム、フェルー
ル、カラー、排気ケーシングのアーム、圧縮機又は羽根
の整流器のための羽根又はプラットホーム、可動タービ
ン羽根の脚である。広範囲の様々な種類の外力を受ける
これらの部品は、破損する可能性があり、従って、これ
らの部品を補修することが必要である。
【0003】更に、フェルールのような大型の部品の製
造の際には、使用設備又は製造方法の制限を考慮して、
(その部品全体を一括して製造する代わりに)こうした
部品を小さな寸法の個別の構成要素に区分し、後でこれ
らの構成要素を組み合わせることが、必要であることが
多い。
【0004】従って、術語「2つの部品を組立る方法」
は、上記で言及された2つの場合の両方、即ち、部品の
組立ばかりでなく、そうした部品の補修をも包含する。
【0005】上記で言及された材料から作られた2つ以
上の部品の組立は、リベットかボルトかねじのような従
来の機械的手段によって行われる場合に、問題を生じさ
せる。確かに、機械的組立は、組み立てられるべき2つ
の部品の穿孔を必要とする。しかし、セラミック複合材
料の非常に高い硬度、及び/又は、その複合材料の表面
上の酸化防止材料層、もしくは、その複合材料を保護す
ることが意図された他の任意の被覆材の結果として、セ
ラミック複合材料を機械加工することは困難である。こ
の被覆材は、貫通孔の周囲で剥げ落ちたりひび割れたり
する傾向があり、従って、もはや破壊的な外部現象に対
する被覆材の保護機能を果たすことはない。
【0006】更に、繊維強化セラミック材料に対して穿
孔が行われる時には、この穿孔は、一定数の繊維のスト
ランドを破壊する作用を有し、これは、その部品の機械
的強度をその貫通孔の領域で低下させる。
【0007】最後に、ボルトかねじのような金属要素が
その複合材料部品の中に存在することは、そのアセンブ
リの完全性にとって有害である熱膨張差をもたらす。従
って、同じ種類の材料を使って複合材料部品を組み立て
ることが望ましい。
【0008】米国特許第 4,353,966号明細書は、炭素繊
維で強化されたガラスマトリックスをベースにする複合
材料から作られた物体を接合する方法を説明する。この
方法は、組み立てられるべき2つの物体の少なくとも一
方の物体の表面に、低い軟化点を有するガラス混合物
と、高い軟化点と低い熱膨張率を有する材料とを付着さ
せることからなる。その後で、これらの2つの物体が組
み合わせられ、熱による圧縮が行われる。
【0009】更に、米国特許第 4,724,020号明細書は、
加熱し、その後で高電圧を印加することによって、セラ
ミック構成部品を組立る方法を開示する。更に詳しく
は、組み立てられるべき構成部品の両側に2つのトーチ
が配置され、その2つの構成部品の間の接触線が、これ
らのトーチを使用して加熱される。その後で、1000〜1
0,000ボルトの電圧が、これらの2つのトーチの間に印
加される。この方法は、高温度において電気を伝導する
セラミックに使用可能である。
【0010】最後に、米国特許第 4,156,051号明細書
は、複雑な形状を有するセラミック部品の製造方法を開
示する。これらの部品は、例えば、タービンロータの様
々な部品である。この方法は、窒化ケイ素か窒化アルミ
ニウムか炭化ケイ素のようなセラミック材料を成形する
ことによって、その最終部品の複数の構成要素を製造す
ることからなり、これらの構成要素の各々は、理論値の
98%を越える密度と、高い曲げ強さを有する。その後
で、これらの構成要素は、中間の異質な材料を伴うこと
なしに、熱圧縮によって互いに直接的に組み合わされ
る。接合された部分の曲げ強さは、その構成要素の他の
部分の曲げ強度に等しい。
【0011】これらの方法は、セラミック繊維強化材を
含む部品の組立には適していない。実際は、組立の際
に、特有な強度上の理由から、その接合部分において材
料の連続性を維持することが好ましい。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、セラミック繊維で強化されたセラミック又はガラス
状セラミックのマトリックスを含む複合材料から作られ
た少なくとも2つの部品を組立る方法を提供することに
ある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この方
法は、組み立てられるべきその各々の縁部に沿って2つ
の部品を接近させることと、組み立てられるべき前記部
品の各々からのセラミック繊維を縫い合わせることによ
って前記2つの部品の間に継目を形成することと、極度
に局限された強力な加熱を可能にする手段によって、前
記2つの部品が互いに溶接されるまで前記継目を加熱す
ることからなる。
【0014】縫い合わされた繊維の周りにセラミック又
はガラス状セラミックの添加材料の粉末を付着させるこ
とによって、前記2つの部品の間に継目を形成すること
も可能である。
【0015】この実施例は、2つの断片のそれぞれがそ
の破壊された自由端がセラミック繊維の部分を不揃いな
形で依然として有する、破壊された1つの部品から2つ
の断片を修理する場合に、特に有効である。この場合
に、これらの繊維を縫い合わせ、その部品と同じ材料に
よって継目を作ることが可能である。セラミック繊維を
有する継目は、その2つの部品の継目において材料の連
続性を維持する。
【0016】そのセラミック繊維が、炭化ケイ素繊維か
アルミナ繊維から選択されることが有利である。
【0017】好ましくは、セラミック又はガラス状セラ
ミックのマトリックスを形成する材料は粉末状であり、
アルミノケイ酸リチウム型、アルミノケイ酸マグネシウ
ム型、アルミノケイ酸リチウムマグネシウム型、アルミ
ノケイ酸カルシウム型、又はアルミノケイ酸マグネシウ
ムバリウム型のセラミック化可能なガラスの中から選択
される。
【0018】以下では、本発明が、非限定的な実施例に
関して、添付図面を参照して、更に詳細に説明される。
【0019】
【実施例】本発明による組立方法は、特に、セラミック
繊維によって強化されたセラミック又はガラス状セラミ
ックのマトリックスを含む複合材料から作られた部品の
組立に使用されるよう意図される。使用される材料は有
利には粉末状であり、この粉末に対しては、前記粉末を
維持し且つその系全体に硬度を与えることを可能にする
バインダーが添加される。セラミック又はガラス状セラ
ミックのマトリックスは、例えば、上記で取り上げられ
た材料の中から選択される。
【0020】これらの材料の強化を可能にするセラミッ
ク繊維は、例えば、炭化ケイ素(SiC)繊維か、アル
ミナ(Al2 3 )繊維である。
【0021】組み立てられるべき部品は、同一の又は異
なった種類のセラミック/セラミック複合材料によって
構成されることが可能である。
【0022】これに加えて、各々の部品の繊維構造は同
じであっても異なっていてもよい。例えば、各々の部品
は、0°/0°一方向性シートから形成されることが可
能であり、このことは、その2つの部品が組み合わされ
る以前に、その2つの部品の個々の繊維が互いに平行で
あるということを意味する。配向方向は0°/90°であ
ってもよく、このことは、組み立てられるべき2つの部
品の繊維が互いに垂直であるということを意味する。45
°/45°の配向方向を有することも可能である。しか
し、これらは、最も頻繁に見い出される配向方向の例を
なすにすぎない。
【0023】これに加えて、一方向性シートの積み重ね
は、実現可能な様々な配向方向を組み合わせることがで
きる。
【0024】他の繊維構造が使用されることが可能であ
り、その中で最も広く知られているものは織物と 2.5D
織地(2.5 D texture )である。平面の一方向性シート
の場合とは違って、織物は、相互に織られた繊維から形
成される。織物の中では、例えば、タフタ織物か、サテ
ン織物か、サージ織物か、不平衡織物(unbalanced fab
ric )を使用することが可能である。これらの織物は、
その織物を形成する繊維の配向方向に応じて様々な利点
を有する。タフタ織物は取扱いが比較的容易であり、サ
テン織物は、比較的容易に変形し、このことは、成形部
品を作るためにサテン織物を使用することを可能にす
る。最後に、最大の外力が生じる方向の繊維の数を増加
させるように、これらの織地を方向付けることも可能で
ある。
【0025】2.5D織地とは、例えば、比較的大きな全
体的な耐性と強度を確保するために第3の方向に結合糸
を有すると共に、主として分離が起るのを防止する層間
結合を有する2次元(2D)織物である。
【0026】本発明による方法は、一般的に言って、組
み立てられるか又は修理されるべき2つの部品を、組み
合せられるべきそれぞれの縁部に沿って接近させること
と、前記2つの部品について連続性を確保するように、
セラミック繊維を含む継目を前記2つの部品の間に形成
することと、その後で、前記2つの部品が互いに接続さ
れるか又は溶接されるまで、極度に局限された強力な加
熱を可能にする手段を使用して、こうして形成された継
目を加熱することから成る。
【0027】セラミック繊維を含むこの継目は、様々な
方法で形成され得る。
【0028】図1は、組み立てられるべき2つの部品
1、3を示し、これらの部品1、3の組み立合わされる
べき各々の縁部5に、セラミック繊維断片7を有する。
これらの繊維は、任意に、45°/45°の配向方向におい
て示されている。
【0029】これらの2つ部品の間の継目の第1の実施
例が図2に示される。2つの部品1、3は組み合わされ
るべき縁部5から突出した繊維71 、73 をそれぞれ有
している。2つの部品1、3は、例えば、部品1の突出
した繊維71 が部品3の突出した繊維73 を覆うよう
に、相互に動かされる。その後で、繊維71 と73 とを
縫い合わせることによって、更に特定的には、結合糸9
を使用して合わせ縫いすることによって、2つの部品の
間の継目8が作られる。この合わせ縫いは、厚さ内に繊
維71 、73 を保持することを確保する。好ましくは、
前述の結合糸9が、部品1及び3のマトリックス中に使
用される繊維と同じ種類の繊維から作られる。
【0030】継目の第1の実施例の第1の変形例では、
局限された加熱は、再溶融によって互いの間に継目を形
成する部品1及び3のガラス状セラミックマトリックス
に対して直接的に行われる。
【0031】この第1の実施例の第2の変形例では、更
に、一定量のセラミック又はガラス状セラミック添加材
料11の粉末が、このようにして形成された縫い目の両側
に付加され、後述される加熱手段を使用して、2つの部
品1及び3の間に継目8を形成するように局所的加熱が
行われる。添加材料11は、組み立てられる部品1及び3
を作るために使用されたセラミック又はガラス状セラミ
ックマトリックスと同一の種類のものであることが有利
である(前述の例を参照されたい)。2つの部品1及び
3の間の塞がれるべきギャップが大きい時に、この添加
材料11が使用され、その他の場合には添加材料11は不要
である。
【0032】図3は、部品1及び3の間の継目の第2の
実施例を示す。本発明のこの第2の実施例の第1の変形
例では、その2つの部品は、同様に、その繊維71 及び
3を縫い合わせることによって組み立てられる。しか
し、この場合には、結合糸は、厚さにおいて、即ち、繊
維71 、73 に垂直にだけでなく、継目8の平面におい
て、即ち、繊維71 、73 の平面においても、繊維71
及び73 を貫通する連続した長繊維10によって構成され
る。この長繊維10は、マトリックスの繊維に使用される
材料と同一の種類の材料から作られることが好ましい。
その後で、継目8を形成するために、長繊維10と、部品
1及び3の端部とが、局所的に加熱される。この第2の
実施例の第2の変形例では、その後で、図2に関連して
前述されたように、添加材料層11が繊維71 及び73
上に付着させられ、このようにして継目8が形成され
る。
【0033】添加材料の再溶融と、前述の部品を構成す
るマトリックスの材料に向う再拡散とを非常に局限され
た形で得るために、使用される加熱手段は、小さな容積
内に非常に大きなエネルギー量を導入し得なければなら
ない。
【0034】前述の加熱手段の中では、2.45GHzの空
洞共振器を使用するマイクロ波加熱(図4参照)か、一
般的には被熱物(susceptor )を伴う誘導加熱(図5参
照)か、赤外線ランプ加熱(図示せず)か、レーザビー
ムを使用する表面処理(図6参照)が、例として挙げら
れ得る。この加熱手段は、部品の形状と作られるべき継
目の性質とに応じて選択されるだろう。
【0035】図4に示されるように、フェルール13の2
つの部品1′及び3′が空洞共振器内で組み立てられ
る。この繊維接合の方法は、図2と図3で使用された方
法である。
【0036】図5は、誘導子17と被熱物19を使用して加
熱が行われることを除いて、図4と同様である。
【0037】最後に、図6は、レーザビーム21による2
つの部品1′及び3′の加熱を示す。
【0038】こうした非常に局限された加熱手段の使用
は、一括処理時に融点を低下させる融剤を、添加材料の
中に加えることを不要にすることを可能にする。その代
りに、その添加材料を、その部品を作るために使用され
る材料と同一の材料によって構成することができる。本
発明による方法の最も重要な点は、そのアセンブリの使
用温度を、(その本来のマトリックスの融点よりも低
い)融剤を含む添加材料の融点に制限しないということ
である。この局限された加熱は、その部品の主要な材料
の融点よりも低い融点を有する金属成分又は複合成分を
含む部品に対して作用させることさえ可能にする。
【0039】最後に、2つの部品の組立が常に言及され
てきたが、より多くの数の部品を同時に組み立てること
も可能であることに注目すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】組立前の2つの部品を示す図である。
【図2】本発明の変形例を示す図である。
【図3】本発明の変形例を示す図である。
【図4】本発明による方法で使用される加熱方法を概略
的に示す図である。
【図5】本発明による方法で使用される加熱方法を概略
的に示す図である。
【図6】本発明による方法で使用される加熱方法を概略
的に示す図である。
【符号の説明】
1、1′、3、3′ 部品 5 部品の縁部 71 、73 繊維 8 継目 9 結合糸 11 セラミック添加材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエラール・フイリツプ・ゴチエ フランス国、91240・サン・ミシエル・ シユール・オルジユ、リユ・コロ、32 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/80

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック繊維で強化されたセラミック
    又はガラス状セラミックのマトリックスを含む複合材料
    から作られた少なくとも2つの部品を組立る方法であっ
    て、2つの前記部品を、組み立てられるべき部品それぞ
    れの縁部に沿って接近させることと、組み立てられるべ
    き前記部品のそれぞれからのセラミック繊維を結合糸で
    縫い合わせることによって前記2つの部品の間に継目を
    形成することと、極度に局限された強力な加熱を可能に
    する手段によって、前記2つの部品が互いに溶接される
    まで前記継目を加熱することからなることを特徴とする
    少なくとも2つの部品を組立る方法。
  2. 【請求項2】 前記繊維を厚さ内に維持する結合糸を使
    用して縫うことによって、縫い合わせが行われることを
    特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 厚さ内と前記繊維の面内とに前記繊維を
    確実に維持する結合糸を用いて、縫い合わせが行われる
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 縫い合わされた繊維の周囲にセラミック
    又はガラス状セラミック添加材料の粉末を付着させるこ
    とによって、前記2つの部品の間に継目が形成されるこ
    とを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の
    組立方法。
  5. 【請求項5】 セラミック又はガラス状セラミックのマ
    トリックスを形成する材料が、アルミノケイ酸リチウム
    型、アルミノケイ酸マグネシウム型、アルミノケイ酸リ
    チウムマグネシウム型、アルミノケイ酸カルシウム型、
    又はアルミノケイ酸マグネシウムバリウム型のセラミッ
    ク化可能なガラスの中から選択されることを特徴とする
    請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記添加材料が、前記セラミック又はガ
    ラス状セラミックのマトリックスを形成するために使用
    される前記材料と同一の種類のものであることを特徴と
    する請求項4に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記セラミック繊維が、炭化ケイ素繊維
    又はアルミナ繊維の中から選択されることを特徴とする
    請求項1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記結合糸が、前記セラミック又はガラ
    ス状セラミックのマトリックスからなる前記繊維の材料
    と同一の種類の材料から作られることを特徴とする請求
    項2又は3に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記加熱手段が、マイクロ波加熱、誘導
    加熱、赤外線放出ランプ、又はレーザビームによる表面
    処理の中から選択されることを特徴とする請求項1に記
    載の方法。
JP5165197A 1992-06-11 1993-06-10 セラミック繊維で強化されたセラミック又はガラス状セラミックのマトリックスを含む複合材料から作られた少なくとも2つの部品を組立る方法 Expired - Fee Related JP2947387B2 (ja)

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