JP4804740B2 - 繊維強化マトリックス複合材製品を製造する方法及び該方法にて使用されるカセット - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材製品を製造する方法に関し、また、本発明は、特に、例えば、繊維強化金属マトリックスリング及び繊維強化金属マトリックス複合材円板のような、繊維強化金属マトリックス複合材ロータを製造する方法に関する。本発明は、翼を有するコンプレッサ、又はタービン、ロータのような、ガスタービンエンジンにて使用するのに適した繊維強化金属マトリックス複合材円板及び繊維強化金属マトリックス複合材リングに特に関する。

欧州特許明細書ＥＰ０８３１１５４Ｂ１号に開示されたような、繊維強化金属マトリックス製品の１つの既知の製造方法において、複数の金属被覆した繊維が金属リングの環状溝内に配置され、金属リングは、金属被覆した繊維の頂部に配置される。金属被覆した繊維の各々は、平面内でら旋状に巻かれ、また、金属被覆した繊維のら旋体は、金属リングの環状溝内に積み重ねられる。金属リングは、組立体を圧密化し且つ、金属リング及び金属被覆した繊維ら旋体を互いに拡散接合し得るように優勢的に軸方向に加圧されて一体的な構造体を形成する。

欧州特許出願明細書ＥＰ１２８８３２４Ａ２号に開示されたような、繊維強化金属マトリックス複合材製品の更に既知の製造方法において、欧州特許明細書ＥＰ０８３１１５４Ｂ１号に記載された構成は、金属被覆した繊維と共に金属リングの環状溝内に金属線を介在させることで形態変更されている。金属線の各々は、平面内でら旋状に巻かれ、金属線のら旋体は、金属被覆した繊維ら旋体と共に、金属リングの環状溝内に積み重ねられる。

これらの繊維強化金属マトリックス複合材製品の製造方法に伴う問題点は、金属被覆した繊維ら旋体及び金属線ら旋体は、過度に可撓性で且つ、過度に脆弱であるため、金属被覆した繊維ら旋体、又は金属被覆した繊維ら旋体及び金属線ら旋体は、比較的大きい直径であるとき、手で取り扱うことが難しいことである。金属被覆した繊維ら旋体及び金属線ら旋体を個々に手で金属リングの環状溝内に充填する結果、金属被覆した繊維ら旋体及び金属線ら旋体が損傷し且つ（又は）汚れる可能性がある。また、金属被覆した繊維ら旋体及び金属線ら旋体を手で充填することは難しく且つ、時間を消費し、また、大量の組み立てを妨げる。

従って、本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材製品を製造する新規な方法を提供しようとするものである。
従って、本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材製品を製造する方法であって、
（ａ）第一の金属構成要素を形成するステップと、第一の金属構成要素に溝を形成するステップと、
（ｂ）第二の金属構成要素を形成するステップと、
（ｃ）少なくとも１つの繊維を備える少なくとも１つの繊維予成形体を形成するステップと、
（ｄ）少なくとも１つの繊維予成形体を受け入れる通路を有するカセットに少なくとも１つの繊維予成形体を配置するステップと、
（ｅ）カセットの通路が第一の金属構成要素の溝と整合され且つ、該溝に面するように、カセット及び第一の金属構成要素を配置するステップと、
（ｆ）少なくとも１つの繊維予成形体をカセットの通路から第一の金属構成要素の溝まで動かすステップと、
（ｇ）少なくとも１つの繊維予成形体及びフィラー金属が第一の金属構成要素と第二の金属構成要素との間に配置されるように、第二の金属構成要素を第一の金属構成要素上に配置するステップと、
（ｈ）第二の金属構成要素を第一の金属構成要素に対し密封するステップと、
（ｉ）熱及び圧力を加えて、少なくとも１つの繊維予成形体及びフィラー金属を圧密化し且つ、フィラー金属、第一の金属構成要素及び第二の金属構成要素を拡散接合して単一物の複合材構成要素を形成するステップと、を備える製造方法を提供する。

好ましくは、該方法は、
（ａ）第一の金属構成要素を形成するステップと、第一の金属構成要素に環状溝を形成するステップと、
（ｂ）第二の金属構成要素を形成するステップと、
（ｃ）少なくとも１つの繊維を備える少なくとも１つの繊維予成形体を形成するステップと、
（ｄ）少なくとも１つの繊維予成形体を受け入れる環状通路を有するカセットに少なくとも１つの繊維予成形体を配置するステップと、
（ｅ）カセットの環状通路が第一の金属構成要素の環状溝と同軸状であり且つ、該環状溝に面するように、カセット及び第一の金属構成要素を配置するステップと、
（ｆ）少なくとも１つの繊維予成形体をカセットの環状通路から第一の金属構成要素の環状溝まで動かすステップと、
（ｇ）少なくとも１つの繊維予成形体及びフィラー金属が第一の金属構成要素と第二の金属構成要素との間の環状溝内に配置されるように、第二の金属構成要素を第一の金属構成要素上に配置するステップと、
（ｈ）第二の金属構成要素を第一の金属構成要素に対し密封するステップと、
（ｉ）熱及び圧力を加えて、少なくとも１つの繊維予成形体及びフィラー金属を圧密化し且つ、フィラー金属、第一の金属構成要素及び第二の金属構成要素を拡散接合して単一物の複合材構成要素を形成するステップと、を備える製造方法を提供する。

好ましくは、カセットは、環状の基部部材と、第一のリングと、第二のリングとを備え、第一のリング及び第二のリングは、環状通路を画成し得るように環状の基部部材上に同軸状に取り付けられるものとする。

好ましくは、第一のリングは分節化されるものとする。好ましくは、第二のリングは分節化されるものとする。
好ましくは、カセットは、第一のリング及び第二のリングの間に配置された環状ライナーを備え、少なくとも１つの繊維予成形体が環状ライナー上に配置されるものとする。

好ましくは、ステップ（ｆ）は、環状ライナーをカセット及び第一の金属構成要素に対して軸方向に動かし、少なくとも１つの繊維予成形体をカセットの環状通路から第一の金属構成要素の環状溝まで動かすステップを備えるものとする。

好ましくは、該方法は、ステップ（ｄ）の後で且つステップ（ｅ）の前に、第二のリングの分節部をカセットから除去するステップを備えるものとする。
好ましくは、第一のリングは、少なくとも１つの突起を有し、第一の金属構成要素は、カセットを第一の金属構成要素に対する正確な位置に維持する環状凹所を有するものとする。

好ましくは、環状の基部部材は、第一のリングと第二のリングとの間に配置された複数の周方向に配置した開口を有するものとする。
好ましくは、該方法は、ピンを環状の基部板の開口を通じて挿入するステップと、ピンを環状ライナーに固定するステップとを備えるものとする。

好ましくは、ステップ（ｆ）は、ピンを第一の金属構成要素に対して軸方向に動かし、環状ライナー及び繊維予成形体を第一の金属構成要素の環状溝に向けて且つ該環状溝内に動かすステップを備えるものとする。

好ましくは、該方法は、環状の基部板及び第一のリングを除去して環状ライナー及びピンを第一の金属構成要素の環状溝内に残すステップを備えるものとする。
好ましくは、該方法は、環状ライナー及びピンを第一の金属構成要素の環状溝から除去するステップを備えるものとする。

好ましくは、ステップ（ｅ）は、カセットの環状通路の開放端部を配置し、該端部が垂直上方を向き、第一の金属構成要素の環状溝の開放端部が垂直下方を向くようにするステップを備えるものとする。

好ましくは、該方法は、ステップ（ｆ）の後で且つステップ（ｇ）の前に、カセット及び第一の金属構成要素を反転させ、カセットの環状通路が垂直下方を向き、第一の金属構成要素の環状溝が垂直上方を向くようにするステップを備えるものとする。

好ましくは、ステップ（ｃ）は、少なくとも１つの金属線予成形体を形成するステップを備え、ステップ（ｄ）は、少なくとも１つの繊維予成形体及び少なくとも１つの金属線予成形体をカセットの環状通路内に配置するステップを備え、ステップ（ｆ）は、少なくとも１つの繊維予成形体及び少なくとも１つの金属線予成形体をカセットの環状通路から第一の金属要素の環状溝まで動かすステップを備えるものとする。

好ましくは、複数の繊維予成形体が存在するものとする。
好ましくは、少なくとも２つの金属構成要素の端縁の密封は、少なくとも２つの金属構成要素の端縁を互いに溶接することで行うことができるものとする。

好ましくは、該方法は、第二の金属構成要素に環状突起を形成するステップと、第二の金属構成要素の環状突起を第一の金属構成要素の環状溝内に配置するステップとを備えるものとする。

好ましくは、少なくとも１つの繊維は、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、ホウ素繊維又はアルミナ繊維であるものとする。
好ましくは、少なくとも１つの繊維は、金属被覆した繊維であるものとする。

好ましくは、金属被覆した繊維は、チタン被覆した繊維、アルミニウム化チタン被覆した繊維又はチタン合金被覆した繊維であるものとする。
好ましくは、繊維予成形体は、少なくとも１つの繊維を成形機に巻いてら旋状の繊維予成形体を形成することにより形成されるものとする。

好ましくは、フィラー金属は少なくとも１つの金属線を備えるものとする。
好ましくは、少なくとも１つの金属線は線予成形体であるものとする。
好ましくは、線予成形体は、少なくとも１つの金属線を成形機に巻いてら旋状の線予成形体を形成することにより形成されるものとする。

好ましくは、少なくとも１つの金属線は、チタン線、アルミニウム化チタン線又はチタン合金線であるものとする。
好ましくは、該方法は、少なくとも１つの繊維予成形体をカセットに保存するステップを備えるものとする。

本発明は、また、繊維強化金属マトリックス複合材製品を製造する方法にて使用されるカセットであって、基部部材と、第一の部材と、第二の部材とを備え、第一の部材及び第二の部材が少なくとも１つの繊維予成形体を受け入れる通路を画成し得るように基部部材に取り付けられる上記カセットを提供する。

好ましくは、該カセットは、環状の基部部材と、第一のリングと、第二のリングとを備え、第一のリング及び第二のリングは、少なくとも１つの繊維予成形体を受け入れる環状通路を画成し得るように環状の基部部材の上に同軸状に取り付けられるものとする。

好ましくは、第一のリングは分節化されるものとする。好ましくは、第二のリングは分節化されるものとする。
好ましくは、第一のリング及び第二のリングは環状の基部板から軸方向に伸び、第一のリング及び第二のリングは半径方向に隔てられるものとする。

好ましくは、カセットは、第一のリングと第二のリングとの間に配置された環状ライナーを備え、少なくとも１つの繊維予成形体が環状ライナーの上に配置可能であり、環状ライナーは、環状の基部板、第一及び第二のリングに対して軸方向に可動であるものとする。

好ましくは、環状の基部部材は、第一のリングと第二のリングとの間に配置された複数の周方向に配置した開口を有するものとする。
好ましくは、複数のピンが設けられ、ピンの各々が環状の基部板の開口のそれぞれ１つを貫通して伸びており、ピンは、環状ライナーに取り外し可能に固定されるものとする。

これと代替的に、第一のリング及び第二のリングは、環状の基部板から半径方向に伸びて、第一のリング及び第二のリングは、軸方向に隔てられるものとする。
好ましくは、第一のリングは少なくとも１つの突起を有するものとする。

好ましくは、環状の基部部材は、金属を備えるものとする。
好ましくは、第一のリングは、ポリメチルメタアクリレートを備えるものとする。
好ましくは、第二のリングは、ポリメチルメタアクリレートを備えるものとする。

好ましくは、環状ライナーは、ポリメチルメタアクリレートを備えるものとする。
好ましくは、第一及び第二のリングの一方は、環状の基部部材に取り外し可能に取り付けられるものとする。

本発明は、添付図面を参照して単に一例としてのみ以下により詳細に説明する。
一体的なロータ翼を有する完成したセラミック繊維強化金属ロータ１０が図１に図示されている。該ロータ１０は、金属リング１２内に埋め込まれた周方向に伸びる強化セラミック繊維１４の輪を有する金属リング１２を備えている。複数の中実な金属ロータ翼１６が金属リング１２の上で周方向に隔てられ且つ、金属リング１２から半径方向外方に伸び、また、該金属リング１２と一体である。

セラミック繊維強化金属ロータ１０は、複数の金属被覆したセラミック繊維を使用して製造される。セラミック繊維１４の各々は、例えば、物理的気相成長法、スパッタリング等のような任意の適宜な方法により金属マトリックス１８にて被覆されている。金属被覆した（１８）セラミック繊維１４の各々は、マンドレルに巻かれて図２及び図３に示すように、環状又は円板形状の繊維予成形体２０を形成する。このように、環状の又は円板形状の繊維予成形体２０の各々は、ら旋体内に配置された単一の金属被覆したセラミック繊維１４を備えており、ら旋体の隣接する曲がり部は互いに当接している。接着剤２２は、適宜な位置にて環状又は円板形状の繊維予成形体２０に施されてら旋体の曲がり部を互いに保持する。接着剤は、圧密化の前に、接着剤が環状又は円板形状の繊維予成形体２０から完全に除去され得るように選ばれる。接着剤は、例えば、ジクロロメタン中のポリメタルメタアクリレート（ジクロロメタン中の（パースペックス（Ｐｅｒｓｐｅｘ））（ＲＴＭ））とすることができる。

第一の金属リング、すなわち金属円板３０が形成され、図４に示すように、軸方向に伸びる環状溝３２が第一の金属リング３０の１つの半径方向に伸び且つ軸方向に面する面３４に機械加工される。環状溝３２は、矩形の断面を形成する直線状の平行な側部を有している。第二の金属リング、すなわち金属円板３６が形成され、軸方向に伸びる環状突起３８が第二の金属リング、すなわち金属円板３６から形成され、該突起が第二の金属リング、すなわち金属円板３６の１つの半径方向に伸び且つ軸方向に面する面４０から伸びるようにする。第二の金属リング、すなわち金属円板３６も機械加工されて第二の金属リング、すなわち金属円板３６の面４０に２つの環状溝４２、４４を形成する。環状溝４２、４４は、環状突起３８の両側部にて半径方向に配置され、環状溝４２、４４は、面４０から環状突起３８の基部まで半径方向にテーパーが付けられている。環状突起３８の半径方向内側及び外側寸法、すなわち直径は、環状溝３２の半径方向内側及び外側寸法、すなわち直径と実質的に同一であることを認識すべきである。

１つ又はより多数の環状繊維予成形体２０が第一の金属リング３０の面３４の環状溝３２内に同軸状に配置される。環状繊維予成形体２０の半径方向内側及び外側寸法、すなわち直径は、環状溝３２の半径方向内側及び外側寸法、すなわち直径と実質的に同一であり、環状溝３２を実質的に充填しつつ、環状繊維予成形体２０を環状溝３２内に装填することを許容する。十分な数の環状繊維予成形体２０が環状溝３２内で積み重ねられ、環状溝３２を所定の高さまで部分的に充填する。

環状の繊維予成形体２０を第一の金属リング３０の面３４の環状溝３２内に配置するため、カセット７０が使用される。カセット７０は、図５及び図６に示すように、環状の基部板７２と、第一の組みの分節部７４と、第二の組みの分節部７６と、環状ライナー７８とを備えている。第一の組みの分節部７４は、環状の基部板７２の上で第一の半径にて配置され、第二の組みの分節部７６は、環状の基部板７２の上で第二の半径にて配置され、第一の半径は第二の半径よりも大きい。第一の組みの分節部７４の内側寸法／半径Ｒ１は、第一の金属リング３０の環状溝３２の外半径と実質的に同一であるように配置される。第二の組みの分節部７６の外側寸法／半径Ｒ２は、第一の金属リング３０の環状溝３２の内半径と実質的に同一であるように配置される。環状ライナー７８は、第二の組みの分節部７６の外半径Ｒ２と実質的に同一の内半径と、第一の組みの分節部７４の内半径Ｒ１と実質的に同一の外半径とを有している。環状ライナー７８は、第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６の間でそれぞれ半径方向に配置されている。第二の組みの分節部７６は、環状の基部板７２に取り外し可能に固定されている。環状ライナー７８は、第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６の間で軸方向に可動である。第一の組み及び第二の組の分節部７４、７６は。環状通路８０を画成する。環状ライナー７８は、環状基部板７２の開口８２を貫通して伸びて環状ライナー７８が動くのを許容し得るように配置することのできる多数のピン８４を有している。第一の組みの分節部７４は、第一の分節部７４の内側半径Ｒ１に隣接し且つ、環状の基部板７２から離れるように伸び、また、第一の金属リング３０の環状凹所３３内に位置するように配置された突起８６を有している。環状凹所３３は、第一の金属リング３０の環状溝３２の外半径に隣接している。

この実施例において、環状の基部板７２は、例えば、アルミニウム合金のような金属を備え、第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６並びに環状ライナー７８は、金属被覆した繊維予成形体２０に対する接着剤と同一の材料を備え、例えば、パースペックス（ｐｅｒｓｐｅｘ）（ＲＴＭ）としても知られるポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）を備えている。しかし、第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６並びに環状ライナー７８は、接着剤が除去される間、材料が接着剤と共に除去し得る限り、例えば、その他の適宜なプラスチック材料のような、接着剤と異なる材料を備えることができる。これと代替的に、第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６並びに環状ライナー７８は、金属が繊維１４の金属被覆と適合可能であり、又は該金属被覆と同一であり、又は、第一及び第二の金属リング３０、３６と適合可能であり、又はこれらの金属リングと同一である限り、その金属を備えることができる。しかし、金属分節部７４、７６は、カセット７０を重いものにする。

環状基部板７２を最初に製造し、次に、２つのリングを粗く機械加工する。リングの各々は、環状の基部板７２から軸方向に伸びる、複数の周方向に隔たった位置決めピン又は止めピンを使用して、環状の基部板７２上に同軸状に配置される。該位置決めピンは、リングの相応する開口内に位置する。リングを環状の基部板７２に固定するため、止めボルトが取り付けられる。ボルト及び位置決めピンを除去して環状の基部板７２及びリングを分離させる。リングの各々は、機械加工して第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６を形成する。第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６は、環状の基部板７２上に再配置し且つ、位置決めピン及びボルトにて所要位置にする。１つの分節部７４、７６当たり任意の適宜な数の位置決めピン及びボルトがあるようにすることができ、例えば、３つの位置決めピン及び３つのボルトがあるようにする。次に、分節部７４、７６を仕上げ機械加工する。ライナー７８は、単にシート材料から裁断し且つ、所要寸法となるように旋削する。

複数の金属被覆した繊維予成形体２０は、図６に示すように、カセット７０内に保存され、カセット７０内に保存される金属被覆した繊維予成形体２０の数は、関係した第一の金属リング３０を補強するのに必要な数である。金属被覆した繊維予成形体２０は、環状の基部板７２上で第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６の間にて環状ライナー７８上の環状通路８０内に配置される。ピン８４は、金属被覆した繊維予成形体２０をカセット７０に保存する間、カセット７０から除去する。第一の組み及び第二の組みの分節部７４、７６の間の空隙は、金属被覆した繊維予成形体２０をカセット７０に装填する間、金属被覆した繊維予成形体２０にアクセスすることを許容するためのものである。

金属被覆した繊維予成形体２０は、最初に、第二の組みの分節部７６をカセット７０から除去することにより、第一の金属リング３０の環状溝３２内に配置される。カセット７０は、第一の金属リング３０に対し同軸状に配置され、カセット７０内の環状通路８０は、図７に示すように、第一の金属リング３０の環状溝３２に面するようにする。カセット７０を軸方向に動かして、第一の組みの分節部７４における突起８６が第一の金属リング３０の環状凹所３３内に位置してカセット７０を、図８に示すように、第一の金属リング３０に対し正確な位置に維持するようにする。ピン８４を環状の基部板７２の開口８２を通じて挿入し且つ、図９に示すように、環状ライナー７８に固定する。次に、ピン８４を第一の金属リング３０に対して軸方向に動かし、環状ライナー７８及び金属被覆した繊維予成形体２０を、図１０に示すように、第一の金属リング３０の環状溝３２に向けて且つ、該環状溝３２内に動かす。金属被覆した繊維予成形体２０が第一の金属リング３０の環状溝３２の閉塞端に達したとき、カセット７０、すなわち環状の基部板７２及び第一の組みの分節部７４を除去して、図１２に示すように、第一の金属リング３０の環状溝３２内に環状ライナー７８、ピン８４が残るようにする。最後に、環状ライナー７８及びピン８４を、図１３に示すように、第一の金属リング３０の環状溝３２から除去する。

金属被覆した繊維予成形体２０を第一の金属リング３０の環状溝３２内に配置する間、図８、図９及び図１０に示すように、カセット７０の環状通路８０の開放端が垂直上方を向き、第一の金属リング３０の環状溝３２の開放端が、垂直下方を向くようにすることが好ましい。金属被覆した繊維予成形体２０及び環状ライナー７８が第一の金属リング３０の環状溝３２内で完全に所要位置となったならば、カセット７０及び第一の金属リング３０を反転させ、図１１に示すように、カセット７０の環状通路８０が垂直下方を向き、第一の金属リング３０の環状溝３２が垂直上方を向くようにする。

第一の組みの分節部７４は、第一の金属リング３０の環状溝３２内に金属被覆した繊維予成形体２０を正確に配置することを保証し、また、金属被覆した繊維予成形体２０が円形であることを保証するため、金属被覆した繊維予成形体２０に対する位置を提供する。第一の組みの分節部７４の内半径は、第一の金属リング３０の環状溝３２の外半径に適合させ、金属被覆した繊維予成形体２０の外半径をチェックし且つ、金属被覆した繊維予成形体２０を汚さずに第一の金属リング３２の環状溝３２内に嵌めることを保証する。第一の組みの分節部７４における突起８６は、金属被覆した繊維予成形体２０を第一の金属リング３０の環状溝３２内に配置する間、カセット７０及び第一の金属リング３０が正確に整合されることを保証する。

次に、第二の金属リング３６は、次のように配置される、すなわち、面４０が第一の金属リング３０の面３４と対面し、第一及び第二の金属リング３０、３６の軸線が整合されて第二の金属リング３６における環状突起３８が第一の金属リング３０の環状溝３２と整合されるように配置される。次に、第二の金属リング３６を第一の金属リング３０に向けて押して環状突起３８が環状溝３２に入るようにし且つ、図１４に示すように、第二の金属リング３６の面４０が第一の金属リング３０の面３４と当接する迄、更に押す。

第一の金属リング３０の面３４の半径方向内周及び外周は、第二の金属リング３６の面４０の半径方向内周及び外周に対し密封されて、密封した組立体を形成する。密封は、ＴＩＧ溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接又はその他の適宜な溶接方法によって行い、図１４に示すように、内側の環状溶接シール４６及び外側の環状溶接シール４８を形成することが好ましい。

密封した組立体は、真空ポンプ及び溝又はチャンバ４２、４４と接続された管５０を使用して排気される。次に、密封した組立体は、接着剤２２を環状繊維予成形体２０から除去し且つ、接着剤２２を密封した組立体から除去し得るように連続的に排気する間、加熱する。第一及び第二の分節部７４、７６、又は環状ライナー７８からの、ポリメチルメタアクリレート等にて金属被覆した繊維予成形体２０の全ての汚れも接着剤を除去する間、除去される。

全ての接着剤２２が環状繊維予成形体２０から除去され、密封した組立体の内部が排気された後、抵抗溶接を使用して管５０を１つ又はより多くの位置にて密封する。次に、密封した組立体を加熱し且つ、密封した組立体に圧力を加えて、環状繊維予成形体２０を軸方向に圧密化し、また、第一の金属リング３０を第二の金属リング３６に対し拡散接合し、金属被覆した（１８）セラミック繊維１４における金属をその他の金属被覆した（１８）セラミック繊維１４における金属、第一の金属リング３０及び第二の金属リング３６に拡散接合する。熱及び圧力を加える間、圧力は、密封した組立体に全方向から等しく作用し、従って、これにより環状突起３８は環状溝３２内に軸方向に動いて環状繊維予成形体２０を圧密化する。

圧密化し且つ拡散接合して形成されるセラミック繊維強化構成要素は、セラミック繊維１４及び拡散接合した領域６２を示す図１５に示されている。更に、環状溝又はチャンバ４２、４４を設けることは、環状突起３８が圧密化過程の間、動くのを許容し、従って、これを行う間、第二の金属リング３６であった面に凹所６３が形成されることになる。凹所６３は、圧密化が成功したことを示す。

圧密化及び拡散接合の後、最初に、第一の金属リング３０であった少なくとも一部分、第二の金属リング３６の少なくとも一部分及び拡散接合した領域６２の少なくとも一部分を除去し得るように製品を機械加工する。実施例において、第二の金属リング３６の大部分及び拡散接合した領域６２の大部分が除去される。

次に、例えば、電子化学機械加工又はフライス削りによって製品を機械加工し、図１に示すような一体的なコンプレッサ翼１６を形成するか又は製品を機械加工してコンプレッサ翼の根元を受け入れる１つ又はより多数のスロットを形成することができる。

本発明の有利な効果は、カセットは、１つの第一の金属リングを補強すべく完全な組みの金属被覆した繊維予成形体を保存することである。カセットは、第一の金属リングの環状溝と適合するような寸法とされ、金属被覆した繊維予成形体が第一の金属リング内に嵌まるようにする。カセットは、金属被覆した繊維予成形体が第一の金属リングに対して正確な位置に保持され、繊維の良好な管理を確実にすることを保証する。カセットは、金属被覆した繊維予成形体の取り扱いを最小にし、従って、金属被覆した繊維予成形体の損傷及び汚れの可能性を最小にする。カセットは、金属被覆した繊維予成形体の正確な位置を維持しつつ、金属被覆した繊維予成形体を第一の金属リング内に挿入する手段を提供する。

これと代替的に、コンプレッサ翼は、製品に摩擦溶接し、レーザ溶接し又は電子ビーム溶接してもよい。
強化繊維は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ホウ素又はその他の適宜な繊維を備えることができる。

強化繊維における金属被覆は、チタン、アルミニウム化チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金又は任意のその他の適宜な金属、合金又は拡散接合可能である異種金属を備えることができる。

第一の金属リング及び第二の金属リングは、チタン、アルミニウム化チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金又は任意のその他の適宜な金属、合金又は拡散接合可能である異種金属を備えることができる。

第二の組みの分節部７６を環状の基部板７２に対し固定し且つ、第一の組みの分節部７４を除去して繊維予成形体を取り付けることを許容することが可能である。この場合、第二の組みの分節部７６には、第一の金属リング３０の環状溝３２の内半径に隣接して環状凹所３３内に配置するための突起が設けられる。しかし、接着剤２２が柔軟であるならば、第一の組みの分節部７４は繊維予成形体２０のら旋状に巻いた金属被覆した（１８）繊維１４が真直ぐになるのを妨害するから、第一の組みの分節部７４を固定し、第二の組みの分節部７６が除去可能であるようにすることが好ましい。

環状ライナー７８の内半径に部分的に重なり合い、環状ライナー７８が第二の組みの分節部７６を正確に配置するように、第二の組みの分節部７６を配置することが可能である。

本発明はら旋状に巻いた金属被覆した繊維に関してのみ説明したが、本発明は、また、ら旋状に巻いた金属被覆した（１８）セラミック繊維１４を備える繊維予成形体２０Ａ及び、図１６及び図１７に示すように、ら旋状に巻いた金属線２６を備える線予成形体２４Ａを使用する場合にも適用可能である。図１６及び図１７において、繊維予成形体２０Ａの各々は、関係した線予成形体２４Ａと同一の平面に配置されているが、線予成形体２４Ａの各々は、より大径である。予成形体２０Ａ、２４Ａは、異なる平面に配置することもできる。

更に、本発明は、ら旋状に巻いたセラミック繊維及び金属フォイル、ら旋状に巻いた繊維及び金属粉体、金属リボン内でヘリカル状に巻いた繊維、ら旋状に巻いた繊維及びら旋状に巻いた金属線又はその他の形態の金属フィラーを使用する場合にも適用可能である。

金属線は、チタン、アルミニウム化チタン、チタン合金、アルミナ、アルミニウム、銅、銅合金又は任意のその他の適宜な金属、拡散接合可能である合金又は異種金属を備えることができる。金属フォイル、金属リボン、金属粉体又はその他の金属フィラーは、チタン、アルミニウム化チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金又は任意のその他の適宜な金属、拡散接合可能である合金又は異種金属を備えることができる。

本発明は、第一の金属リングの面に周方向に伸びる溝及び第二の金属リングの面に周方向に伸びる突起を設けることに関して説明したが、リングの半径方向外面又は半径方向内面に周方向に伸びる溝を設け、また、周方向に伸びる溝が半径方向に伸びる取り外し可能な部材により画成される場合にも等しく適用可能である。本発明はまた、一方向に伸びる複数の繊維又は金属被覆した繊維を使用し、繊維又は金属被覆した繊維が層にて配置され、該層が互いに積み重ねられる場合にも適用可能である。

本発明は、繊維が２つ又はより多数の金属構成要素の間に配置される任意の配置にも適用可能である。
本発明は、複数の第一の分節部と、複数の第二の分節部とを備えるカセットに関して説明したが、複数の第一の分節部及び複数の第二の分節部ではなくて、単一の第一の環状部材すなわちリングと、単一の第二の環状部材すなわちリングとをカセットが備える場合にも等しく可能である。

本発明に従って製造された翼付きコンプレッサロータの長手方向、軸方向断面図である。 本発明の方法にて使用される繊維予成形体の平面図である。 図２に示した予成形体の断面図である。 第一及び第二の金属リングの間に配置された繊維予成形体組立体の長手方向、軸方向断面図である 本発明の方法にて使用されるカセットの平面図である。 図２に示した複数の繊維予成形体を保持する、図５に示したカセットの拡大した長手方向、軸方向断面図である。 カセット及び第一の金属リングの拡大した部分長手方向、軸方向断面図である。 第一の金属リングに対して配置されたカセットの拡大した部分長手方向、軸方向断面図である。 ピンをカセットに固定した後の第一の金属リングに対して配置されたカセットの拡大した部分長手方向、軸方向断面図である。 繊維予成形体を第一の金属リング内に配置した後の第一の金属リングに対して配置されたカセットの拡大した部分長手方向、軸方向断面図である。 反転後、繊維予成形体が第一の金属リングに配置された、第一の金属リングに対して配置されたカセットの拡大した部分長手方向、軸方向断面図である。 カセットを除去した後、繊維予成形体が第一の金属リング内に配置された、第一の金属リングの拡大した部分長手方向、軸方向断面図である。 ピン及びライナーを除去した後、繊維予成形体が第一の金属リング内に配置された、第一の金属リングの拡大した部分長手方向、軸方向断面図である。 互いに溶接した後、第一及び第二の金属リングに配置された繊維予成形体の組立体の長手方向、軸方向断面図である。 圧密化し且つ接合して単一物の複合材製品を形成した後、第一及び第二の金属リングの間に配置された繊維予成形体組立体の長手方向、軸方向断面図である。 本発明の１つの代替的な方法にて使用される繊維及び線予成形体の平面図である。 図１６に示した予成形体の断面図である。

符号の説明

１０ セラミック繊維強化金属ロータ
１２ 金属リング
１４ 強化セラミック繊維
１６ 金属ロータ翼／コンプレッサ翼
１８ 金属マトリックス／金属被覆
２０ 環状又は円板形状の繊維予成形体
２０Ａ 繊維予成形体
２２ 接着剤
２４Ａ 線予成形体
２６ 金属線
３０ 金属円板／第一の金属リング
３２ 環状溝
３３ 環状凹所
３４ 第一の金属リング３０の面
３６ 金属円板／第二の金属リング
３８ 環状突起
４０ 第二の金属リング３６の面
４２、４４ 環状溝／チャンバ
４６ 内側の環状溶接シール
４８ 外側の環状溶接シール
５０ 管
６２ 拡散接合領域
６３ 凹所
７０ カセット
７２ 環状の基部板
７４ 第一の組みの分節部
７６ 第二の組みの分節部
７８ 環状ライナー
８０ 環状通路
８２ 開口
８４ ピン
８６ 突起
Ｒ１ 第一の分節部７４の内側半径
Ｒ２ 第二の組みの分節部７６の外寸法／半径

Claims (29)

1. 繊維強化金属マトリックス複合材製品を製造する方法において、
   （ａ）第一の金属構成要素を形成するステップと、第一の金属構成要素に溝を形成するステップと、
   （ｂ）第二の金属構成要素を形成するステップと、
   （ｃ）少なくとも１つの繊維を備える少なくとも１つの繊維予成形体を形成するステップと、
   （ｄ）少なくとも１つの繊維予成形体を受け入れる通路を有するカセットの該通路に少なくとも１つの繊維予成形体を配置するステップと、
   （ｅ）カセットの通路が第一の金属構成要素の溝と整合され且つ、該溝に面するように、カセット及び第一の金属構成要素を配置するステップと、
   （ｆ）少なくとも１つの繊維予成形体をカセットの通路から第一の金属構成要素の溝の中へ移動させるステップと、
   （ｇ）少なくとも１つの繊維予成形体及び１つのフィラー金属が第一の金属構成要素と第二の金属構成要素との間に配置されるように、第二の金属構成要素を第一の金属構成要素上に配置するステップと、
   （ｈ）第二の金属構成要素を第一の金属構成要素に対し密封するステップと、
   （ｉ）熱及び圧力を加えて、少なくとも１つの繊維予成形体及びフィラー金属を圧密化し且つ、フィラー金属、第一の金属構成要素及び第二の金属構成要素を拡散接合して単一物の複合材構成要素を形成するステップと、を備える、繊維強化金属マトリックス複合材製品を製造する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   （ａ）第一の金属構成要素を形成するステップと、第一の金属構成要素に環状溝を形成するステップと、
   （ｂ）第二の金属構成要素を形成するステップと、
   （ｃ）少なくとも１つの繊維を備える少なくとも１つの繊維予成形体を形成するステップと、
   （ｄ）少なくとも１つの繊維予成形体を受け入れる環状通路を有するカセットの該環状通路に少なくとも１つの繊維予成形体を配置するステップと、
   （ｅ）カセットの環状通路が第一の金属構成要素の環状溝と同軸状であり且つ、該環状溝に面するように、カセット及び第一の金属構成要素を配置するステップと、
   （ｆ）少なくとも１つの繊維予成形体をカセットの環状通路から第一の金属構成要素の環状溝の中へ移動させるステップと、
   （ｇ）少なくとも１つの繊維予成形体及びフィラー金属が第一の金属構成要素と第二の金属構成要素との間の環状溝内に配置されるように、第二の金属構成要素を第一の金属構成要素上に配置するステップと、
   （ｈ）第二の金属構成要素を第一の金属構成要素に対し密封するステップと、
   （ｉ）熱及び圧力を加えて、少なくとも１つの繊維予成形体及びフィラー金属を圧密化し且つ、フィラー金属、第一の金属構成要素及び第二の金属構成要素を拡散接合して単一物の複合材構成要素を形成するステップと、を備える、方法。
3. 請求項２に記載の方法において、カセットは、環状の基部部材と、第一のリングと、第二のリングとを備え、第一のリング及び第二のリングは、環状通路を画成し得るように環状の基部部材上に同軸状に取り付けられる、方法。
4. 請求項３に記載の方法において、第一のリングは複数の円弧状分節部に分割されている、方法。
5. 請求項３又は請求項４に記載の方法において、第二のリングは複数の円弧状分節部に分割されている、方法。
6. 請求項３、請求項４又は請求項５に記載の方法において、カセットは、第一のリング及び第二のリングとの間に配置された環状ライナーを備え、少なくとも１つの繊維予成形体が環状ライナー上に配置される、方法。
7. 請求項６に記載の方法において、ステップ（ｆ）は、環状ライナーをカセット及び第一の金属構成要素に対して軸方向に動かし、少なくとも１つの繊維予成形体をカセットの環状通路から第一の金属構成要素の環状溝の中へ移動させるステップを備える、方法。
8. 請求項５に記載の方法において、ステップ（ｄ）の後で且つステップ（ｅ）の前に、第二のリングの前記円弧状分節部をカセットから除去するステップを備える、方法。
9. 請求項３ないし８の何れかの項に記載の方法において、第一のリングは、少なくとも１つの突起を有し、第一の金属構成要素は、カセットを第一の金属構成要素に対する正確な位置に維持する環状凹所を有する、方法。
10. 請求項３ないし９の何れかの項に記載の方法において、環状の基部部材は、第一のリングと第二のリングとの間に配置された複数の周方向に配置した開口を有する、方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、ピンを環状の基部板の開口を通じて挿入するステップと、ピンを環状ライナーに固定するステップとを備える、方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、ステップ（ｆ）は、ピンを第一の金属構成要素に対して軸方向に動かし、環状ライナー及び繊維予成形体を第一の金属構成要素の環状溝に向けて且つ該環状溝の中へ移動させるステップを備える、方法。
13. 請求項１１又は請求項１２に記載の方法において、環状の基部板及び第一のリングを除去して環状ライナー及びピンを第一の金属構成要素の環状溝内に残すステップを備える、方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、環状ライナー及びピンを第一の金属構成要素の環状溝から除去するステップを備える、方法。
15. 請求項２ないし１４の何れかの項に記載の方法において、ステップ（ｅ）は、カセットの環状通路の開放端部を配置し、該端部が垂直上方を向き、第一の金属構成要素の環状溝の開放端部が垂直下方を向くようにするステップを備える、方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、ステップ（ｆ）の後で且つステップ（ｇ）の前に、カセット及び第一の金属構成要素を反転させ、カセットの環状通路が垂直下方を向き、第一の金属構成要素の環状溝が垂直上方を向くようにするステップを備える、方法。
17. 請求項１ないし１６の何れかの項に記載の方法において、ステップ（ｃ）は、少なくとも１つの金属線予成形体を形成するステップを備え、ステップ（ｄ）は、少なくとも１つの繊維予成形体及び少なくとも１つの金属線予成形体をカセットの環状通路内に配置するステップを備え、ステップ（ｆ）は、少なくとも１つの繊維予成形体及び少なくとも１つの金属線予成形体をカセットの環状通路から第一の金属要素の環状溝の中へ移動させるステップを備える、方法。
18. 請求項１ないし１７の何れかの項に記載の方法において、複数の繊維予成形体が存在する、方法。
19. 請求項１ないし１８の何れかの項に記載の方法において、少なくとも２つの金属構成要素の端縁の密封は、少なくとも２つの金属構成要素の端縁を互いに溶接することで行われる、方法。
20. 請求項２ないし１９の何れかの項に記載の方法において、第二の金属構成要素に環状突起を形成するステップと、第二の金属構成要素の環状突起を第一の金属構成要素の環状溝内に配置するステップとを備える、方法。
21. 請求項１ないし２０の何れかの項に記載の方法において、少なくとも１つの繊維は、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、ホウ素繊維又はアルミナ繊維である、方法。
22. 請求項１ないし２１の何れかの項に記載の方法において、少なくとも１つの繊維は金属被覆した繊維である、方法。
23. 請求項２２に記載の方法において、金属被覆した繊維は、チタン被覆した繊維、アルミニウム化チタン被覆した繊維又はチタン合金被覆した繊維である、方法。
24. 請求項１ないし２２の何れかの項に記載の方法において、繊維予成形体は、少なくとも１つの繊維を成形機に巻いてら旋状の繊維予成形体を形成することにより形成される、方法。
25. 請求項１ないし２４の何れかの項に記載の方法において、フィラー金属は少なくとも１つの金属線を備える、方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、少なくとも１つの金属線は線予成形体である、方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、線予成形体は、少なくとも１つの金属線を成形機に巻いてら旋状の線予成形体を形成することにより形成される、方法。
28. 請求項２６又は請求項２７に記載の方法において、少なくとも１つの金属線は、チタン線、アルミニウム化チタン線又はチタン合金線である、方法。
29. 請求項１ないし２８の何れかの項に記載の方法において、少なくとも１つの繊維予成形体をカセットに保存するステップを備える、方法。

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