JP6155438B2 - 積み重ね可能な円錐台状の多孔質プリフォームの緻密化のための装填装置及び設備 - Google Patents

Description

本発明は、化学気相浸透の技術に関する。本発明は、特に熱構造複合材料から部品を作る際に用いられる化学気相浸透の技術に関する。より詳細には、本発明は、ロケットエンジンの発散部又は航空機エンジンのアフターバーナー用部品の製造に用いられる繊維プリフォーム等の円錐台状の形状の多孔質プリフォームを緻密化するために、マトリックス材を蒸着することに関する。

複合材料からなる部品、特に、耐火マトリックス材（例えば、炭素及び／又はセラミック製）によって緻密化された耐火繊維プリフォーム（例えば、炭素繊維又はセラミック繊維製）により構成された熱構造複合材料からなる部品を製造するためには、化学気相浸透法を用いるのが一般的である。そのような部品の例としては、炭素−炭素（Ｃ−Ｃ）複合材料からなる推進ノズル、Ｃ−Ｃ複合材料からなるブレーキディスク、特に航空機ブレーキ用のブレーキディスク、及びセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）からなるタービン翼が挙げられる。

化学気相浸透を用いた多孔質プリフォームの緻密化は、反応チャンバに支持具を用いて基体を配置することと、基体を緻密化するために基体の内部に蒸着させる材料の前駆体である１つ又は複数の成分を含む反応ガスを反応チャンバ内に導入することとで構成される。プリフォームの内部の到達可能な空孔内にガスを分散させてガス成分の分解又は複数のガス成分間で起こる反応により所望の材料をプリフォームの内部に蒸着できるように、浸透条件、特に反応ガスの組成及び流量と反応チャンバ内の温度及び圧力とが選択される。反応ガスは、通常、反応チャンバに配置されかつ反応ガス入口につながる予熱領域を通過させることによって予熱される。その方法は自由流れでの化学気相浸透法に相当する。

化学気相浸透用の工業設備では、緻密化法の処理量を向上させ、反応チャンバの特有の装填を向上させるために、緻密化対象である複数のプリフォームを反応チャンバに同時に装填するのが一般的である。

環状の多孔質基体を化学気相浸透により緻密化するための方法及び設備が、特に、ＵＳ７１８２９８０及びＵＳ５９０４９５７に記載されている。しかしながら、それらの方法は、実質的に、積層された環状の基体の緻密化に関しており、装填の最適化の点から、サイズの大きな円錐台状の形状を呈するプリフォームの緻密化には適していない。ＵＳ７１８２９８０及びＵＳ５９０４９５７に記載されているように、満足できる方法で緻密化するためには、浸透ガスをプリフォームの各部分に供給できるように、反応チャンバにおいて各円錐台状のプリフォーム間に大きな空間を残す必要があり、それによって各浸透設備の装填体積を大幅に減らすことになり、部品の製造コストを増加させることになっている。したがって、工業的規模において、サイズの大きな円錐台状の部品を製造するには、経済的観点から大きな不利益となる、多くの化学気相浸透設備の建設及び使用が必要になる。

米国特許７１８２９８０号明細書 米国特許５９０４９５７号明細書

本発明の目的は、円錐台状の多孔質プリフォーム、特にサイズが大きく薄いプリフォームを大きな装填体積で緻密化できるようにする装填手段を提供するとともに、基体内における緻密化の勾配を最小限に抑えることである。

この目的は、
支持トレイ；
支持トレイ上に配置された複数の底部リングを含み、各底部リングは各リングの外周と内周との間に延びる複数の注入口を有する第１スタック；
複数の上部リングを含み、各上部リングが各リングの外周と内周との間に延びる複数の排出口を有する第２スタック；
緻密化対象である多孔質プリフォーム（１６０−１６３）の形状及びサイズと同一の形状及びサイズを有する第１非多孔質壁（１３０）であって、前記第１スタックの底部リング（１４０−１４４）の内側において前記支持トレイ（１１０）上に配置され、前記支持トレイと第２スタックの基部に位置する前記上部リングとの間に延びる第１非多孔質壁；及び
緻密化対象である多孔質プリフォーム（１６０−１６３）の形状及びサイズと同一の形状及びサイズを有する第２非多孔質壁（１７０）であって、前記第２非多孔質壁は前記第１スタックの上部に位置する底部リング（１４３）と第２スタックの上部に位置する上部リング（１５４）との間に延びる第２非多孔質壁
を備える装填装置、
によって達成される。

本発明の装填装置によれば、得られる部品の品質と均一性を向上させ、また反応チャンバの装填体積の使用を改善もしながら、円錐台状の多孔質プリフォームを緻密化できる。

第１スタックの各底部リングは、緻密化対象の円錐台状の第１多孔質プリフォームの基部に支持体を形成する。このように、装填装置に多孔質プリフォームを装填することによって、各プリフォームの両側に反応ガス流を通過させるために各プリフォームの間に空間を残しながらプリフォームを最適な方法で互いに係合させることができる。

さらに、これらの空間に各底部リングを介して独立した方法で反応ガスを供給するため、これらの各空間に同量の反応ガスを届けることができ、プリフォームの均一な緻密化を行うことができる。

また、本発明の装填装置によれば、緻密化設備又は炉の反応チャンバにおいて緻密化するため、すべてのプリフォームの装填を１回の操作で行うことができる。したがって、設備が使用されない時間の長さが大幅に減少し、設備の生産性は顕著に改善される。

本発明の装填装置の第１実施形態において、さらに、支持トレイの中心部に配置され、上部リングを含む第２スタックを支持するマスクを含む。

本発明の装填装置の第２実施形態において、さらに、第２スタックの上部に位置する上部リング上に置かれたカバーを含む。

本発明の装填装置の第３実施形態において、各底部リングは、緻密化対象である多孔質プリフォームを支持する環状部を含む。

本発明の装填装置の第４実施形態において、各底部リングは、２つの隣接する多孔質プリフォームの間に配置される空間に応じて決定される高さを表す。したがって、プリフォームの両側のガス流の体積のサイズは調整できる。

本発明の装填装置の第５実施形態において、前記底部リング及び前記上部リングは、各緻密化サイクル後に装填装置を容易に分解できるように、各グラファイトガスケットによって互いに分離している。前記ガスケットは、膨張黒鉛製のガスケットが好ましく、例えば、登録商標Sigraflex（Ｒ）又はPapyex（Ｒ）で販売されている材料から製造されたものが挙げられる。

また、本発明は、化学気相浸透によって円錐台状の形状である多孔質プリフォームを緻密化するための設備であって、前記設備が、反応チャンバと、前記チャンバの第１の端部に位置し、予熱領域につながる反応ガス導入管と、前記チャンバの第１の端部とは反対側の第２の端部の近傍に位置する排出管とを備え、
前記設備において、前記チャンバが本発明の装填装置にマウントされた円錐台状の複数の多孔質プリフォームを収容し、各プリフォームの間に空間を残しながら前記多孔質プリフォームが互いに係合するように各前記プリフォームの下端が第１スタックの底部リングの上に位置しており、各プリフォームの両側に反応ガス流を通過させるために前記空間は各体積を形成し、各体積に第１スタックの底部リングの開口を介して反応ガスが供給されることを特徴とする設備を提供する。

上記のように、緻密化設備の反応チャンバにおいて最善の方法でサイズの大きな円錐台状の形状多孔質プリフォームが装填可能になることに加えて、本発明の装填装置と組み合わされた前記緻密化設備は、緻密化の温度及び緻密化の均一性の点からプリフォームの浸透を改善するのに有用である。

多孔質プリフォームのいずれかの側に配置された空間における強制流動型の反応ガス流は、反応ガスの対流を強制させることになり、それによってプリフォームの浸透を促し、加速させる。

さらに、前記底部リングによって、多孔質プリフォームの両側に配置された各体積に等価な流速の反応ガスを導入し、これら体積と多孔質プリフォームの外側に存在する体積との間のヘッドロスを最小化することができる。そのため、ガス流速は、各体積で同様になる。さらに、各体積に導入されたガスは、プリフォームの基部及び上部間において、等価な熟成状態(反応成分の濃度)及び消耗速度(反応成分の濃度減少)を表す。したがって、すべての多孔質プリフォームに対して均一な緻密化を得ることができる。

多孔質プリフォームの周囲に存在する体積における強制流動型の反応ガス流によって、多孔質プリフォームの周囲において、特に文献ＵＳ７１８２９８０及びＵＳ５９０４９５７に記載されるような従来の方法を用いてみられるものよりも顕著に高い反応ガスの流速を得ることができる。これにより、プリフォームの基部と上部との間での反応ガス濃度の変動を最小化でき、結果的に、高さ方向でのプリフォームに沿った緻密化の勾配を減少することができる。

本発明の設備の第１実施形態によれば、さらに装填装置の支持トレイと反応チャンバの内壁との間に延びている密閉リングを含む。このような密閉リングは、反応ガス流に底部リングの開口を通過するように促す。

本発明の設備の第２実施形態によれば、密閉リングは、支持トレイ上に配置される環状ガスケットキャリアと該環状ガスケットキャリアの外周から延びているグラファイトガスケットとを含み、前記ガスケットは反応チャンバの内壁に接触している。

本発明の設備の第３実施形態によれば、前記底部リングの注入口のサイズは、各反応ガス流量を送給する反応ガスの流速に応じて規定される。

本発明の設備の第４実施形態によれば、多孔質プリフォームは、航空機エンジンのアフターバーナー用部品のためのプリフォームである。

本発明の他の特徴及び利点は、非限定的な例として添付の図面を参照して提示される本発明の具体的な実施形態に関する以下の説明から明らかになる。
図１Ａ〜１Ｎは、本発明の一実施形態に係る装填装置の組み立て方法、装填方法を示す概略図である。 図２は、化学気相浸透による緻密化のための設備の断面図である。 図３Ａ〜３Ｃは、図２の設備における本発明の装填装置及び密封リングの設置を示す断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る密封リングの斜視図である。 図５は、図３Ｃで示された密封リングの詳細図である。 図６は、図３Ｃの設備が作動しているときに多孔質プリフォームの緻密化の間に反応ガス流が通る経路を示す部分断面図である。 図７は、図３Ｃの設備が作動しているときに多孔質プリフォームの緻密化の間に反応ガス流が通る経路を示す部分断面図である。

本発明は、積み重ね可能な形状の多孔質プリフォームの緻密化に適用でき、多孔質プリフォームの形状は、円錐台状のみならず、ピラミッド形状又はその他の形状の回転体ではない形状にも適用できる。

図１Ｍは、装填装置又は器具１００を示しており、この装填装置１００は、緻密化対象である多孔質プリフォーム１６０〜１６３が装填されると、工業用化学気相浸透設備の反応チャンバに挿入される。ここで説明する例では、前記装填装置は、（「プラグノズル」としても知られる）排気コーン等のロケットエンジンの発散部又は航空機エンジンのアフターバーナー用部品の全部もしくは一部を構成するのに特に適している円錐状の繊維プリフォームを受け入れるためのものである。

図１Ａ〜１Ｎを参照しながら、装填装置の組み立て方法及び多孔質プリフォームを装填装置に装填する方法について、本発明の実施形態に従って、以下に説明する。

図１Ａに示されるように、装填装置は、支持トレイ１１０を貫いて円環形状に配置された複数の排出口１１１を有する円形の支持トレイ１１０から組み立てられる。ここで説明する例では、支持トレイ１１０もまたスペーサー１０２によって台１０１上に設けられ、台１０１は排出口１０１０を含む。

この例における円錐状のマスク１２０は、支持トレイ１１０上に配置される。ここで説明する例では、マスク１２０は、互いに積み重ねられた３つの円錐台状の要素、すなわち、挟み込まれたグラファイトガスケット１２１０とセンタリングペグ１２１１とともに支持トレイ１１０の中心部分の上に配置された基部１２１、挟み込まれたグラファイトガスケット１２２０とセンタリングペグ１２２１とともに基部１２１の上に配置された中間部１２２、及び挟み込まれたグラファイトガスケット１２３０とセンタリングペグ１２３１とともに中間部１２２の上に配置された上部１２３、から構成される。上部１２３は、下記するように、グラファイトガスケット１２４０とセンタリングペグ１２４１によって覆われ、非多孔質内壁を配置するために中心部リング１２４によって蓋がされる。

環状グラファイトガスケット１１２及びねじ状ロッド１１３は、排出口１１１の周囲にある支持トレイ１１０上に位置する（図１Ｂ）。

非多孔質内壁１３０は、図１Ｃにおいて支持トレイ１１０上に位置している。より詳しくは、非多孔質内壁１３０の基部１３１は、ガスケット１１２を介して支持トレイ１１０上に位置しており、壁１３０の上部１３２はマスク１２０の上部１２３に存在する中心部リング１２４と協働している。壁１３０は、形状とサイズが、以下に説明するように、装置の上に積み重ねられる多孔質プリフォームの形状とサイズと同じである。

該非多孔質壁１３０が下記するように上部リングと上部リングと任意のカバーのスタックとを支持する十分な機械的強度を有する場合、装填装置は上記したマスク１２０のような中心のマスクを有しなくてもよい。このような場合には、リング１２４のような中心部リングは使用しなくてもよい。

図１Ｃもまた環状グラファイトガスケット１１２上の支持トレイ１１０の上に設置される第１底部リング１４０を示しており、該リング１４０は、非多孔質壁の基部１３１を取り囲む。該底部リング１４０は、リング１４０の外周１４０ａと内周１４０ｂとの間に延びる複数の開口１４０１を有する。該底部リング１４０はまた、多孔質プリフォームの基部を支持するために、その内周上に環状部１４０２を有してもよい。環状グラファイトガスケット１４０３は、リング１４０の上部に配置される。

第１上部リング１５０は、挟み込まれたグラファイトガスケット１２４２とセンタリングペグ１２４３とともにマスク１２０の上部１２３の中心部リング１２４上に配置される。上部リング１５０は、その外周１５０ａと内周１５０ｂとの間に延びている複数の開口１５０１を有する。

図１Ｄは、第１多孔質プリフォーム１６０と、ガスケット１４０３で覆われている第１底部リング１４０の環状部１４０２の上に位置する基部１６０１（図１Ｎ）との位置を示し、第１プリフォーム１６０の上部１６０２は、第１上部リング１５０と協働し、環状グラファイトガスケット１５０２とセンタリングペグ１５０３は、リング１５０の上部に位置し、第１の多孔質プリフォーム１６０の上部１６０２に位置する。

図１Ｅにおいて、第２底部リング１４１は、第１底部リング１４０と同一、すなわち同様のサイズを示し、第２多孔質プリフォームの基部を支持するために複数の開口１４１１と環状部１４１２を含み、間に挟み込まれる環状グラファイトガスケット１４０３とともに第１底部リング１４０の上に設置される。他の環状グラファイトガスケット１４１３は、リング１４１の上部に配置される。同様に、第２上部リング１５１は、第１上部リング１５０と同様のサイズを示し、複数の開口１５１１を有する点で同一であり、間に挟み込まれる環状グラファイトガスケット１５０２とともに第１上部リング１５０の上に配置される。

図１Ｆにおいて、第２の多孔質プリフォーム１６１は、第１プリフォーム１６０上に係合する。第２プリフォーム１６１の基部１６１１は、ガスケット１４１３で覆われている第２底部リング１４１の環状部１４１２の上に位置しており（図１Ｎ）、第２プリフォーム１６１の上部１６１２は第２上部リング１５１と協働している。環状グラファイトガスケット１５１２とセンタリングペグ１５１３は、リング１５１の上部に位置する。

図１Ｇにおいて、第３底部リング１４２は、底部リング１４０及び１４１と同一、すなわち同様のサイズを示し、第３多孔質プリフォームの基部を支持するために複数の開口１４２１と環状部１４２２を含み、間に挟み込まれる環状グラファイトガスケット１４１３とともに第２底部リング１４１の上に設置される。他の環状グラファイトガスケット１４２３は、リング１４２の上部に配置される。同様に、第３上部リング１５２は、上部リング１５０及び１５１と同様のサイズを示し、複数の開口１５２１を有する点で同一であり、間に挟み込まれる環状グラファイトガスケット１５１２とともに第２上部リング１５１の上に設置される。

図１Ｈにおいて、第３多孔質プリフォーム１６２は、第２プリフォーム２６１に係合する。第３プリフォーム１６２の上部１６２２が第３上部リング１５２と協働しながら、第３多孔質プリフォーム１６２の基部１６２１は、ガスケット１４２３で覆われている第３底部リング１４２の環状部１４２２の上に位置する(図１Ｎ)。環状グラファイトガスケット１５２２とセンタリングペグ１５２３は、リング１５２の上部に位置する。

図１Ｉにおいて、第４底部リング１４３は、底部リング１４０〜１４２と同一、すなわち同様のサイズを示し、第４多孔質プリフォームの基部を支持するために複数の開口１４３１と環状部１４３２を含み、間に挟み込まれる環状グラファイトガスケット１４２３とともに第３底部リングの上に設置される。他の環状グラファイトガスケット１４３３は、リング１４３の上部に配置される。同様に、第４上部リング１５３は、上部リング１５０〜１５２と同様のサイズを示し、複数の開口１５３１を有する点で同一であり、それらの間に挟み込まれる環状グラファイトガスケット１５２２とともに第３上部リング１５２の上に配置される。

図１Ｊにおいて、第４多孔質プリフォーム１６３は、第３プリフォーム１６３に係合する。第４プリフォーム１６３の上部１６３２が第４上部リング１５３と協働しながら、第４多孔質プリフォーム１６３の基部１６３１は、ガスケット１４３３で覆われている第４底部リング１４３の環状部１４３２の上に位置する(図１Ｎ)。環状グラファイトガスケット１５３２とセンタリングペグ１５３３は、リング１５３の上部に位置する。

第４繊維プリフォーム１６３が、ガスケット１４３３で覆われている第４底部リング１４３の環状部１４３２の上に配置されると（図１Ｎ）、図１Ｋに示されるように、第５底部リング１４４と第５上部リング１５４は、それぞれ、挟み込まれている環状グラファイトガスケット１４３３と１５３２とともに第４底部リング１４４の上と第４上部リング１５４の上に設置される。第５底部リング１４４は、底部リング１４０〜１４３のそれぞれと同じサイズを表し、これらのリングのように複数の開口１４４１と環状部１４４２を含む。第５上部リング１５４は、上部リング１５０〜１５３のそれぞれと同じサイズを表し、これらのリングのように複数の開口１５４１を含む。

図１Ｋ及び１Ｌに示されるように、多孔質プリフォーム１６０〜１６３のスタックは、多孔質プリフォームの形状とサイズと同一の形状とサイズを有する非多孔質外壁１７０を配置することで閉じられている。壁１７０の上部１７２は、第５上部リング１５４の上部と協働し、非多孔質外壁１７０の基部１７１は、ガスケット１４４３で覆われた第５底部リング１４４の環状部１４４２の上に位置する（図１Ｎ）。壁１７０の上部１７２においてスタックの上部を閉じるために、カバー又はプラグ１９０も第５上部リング１５４の上部のグラファイトガスケット１５４２を介して固定されている。上部リングのスタックの上部は、その上部が閉じているリングであるスタックの最終リングによって閉じられていてもよく、カバー又はプラグを使用しなくてもよい。

底部リング１４０〜１４４のスタックは、ねじ状ロッド１１３上にナット１１４を締め付けることによって、支持トレイ１１０に固定される。環状グラファイトガスケット１１５は、支持トレイの外周近傍において支持トレイ上に配置される。

図１Ｍに示されるように、それぞれの空間は、非多孔質壁１３０と、多孔質プリフォーム１６０、１６１、１６２、及び１６３と、非多孔質壁１７０との間に存在し、各多孔質プリフォームの全周囲に延びており、反応ガス流が多孔質プリフォーム１６０〜１６３の緻密化のために内部に流れるそれぞれの体積１８０〜１８４を形成する。２つの隣接する繊維プリフォーム間の距離又は非多孔質壁と該隣接プリフォームとの間の距離は、緻密化対象の多孔質プリフォームの非常に近くを反応ガスが流れるように、比較的短く、例えば、１０ミリメートル（ｍｍ）である。

図２は、緻密化対象の多孔質プリフォームを含む装填装置１００を受ける化学気相浸透炉又は設備２００の概略図である。公知の態様で、化学気相浸透設備２００は円筒状の筐体２０１を含み、筐体２０１は、取り外し可能なカバー２２０によってその上部が閉じた反応チャンバ２１０を規定し、取り外し可能なカバー２２０は、緻密化対象のプリフォームを含む反応チャンバ２１０内でのガスの分散前にガスを熱する機能を果たす予熱領域２２２につながるガス導入管２２１を有する。残留ガスは、吸引手段（図示せず）に接続された排出管２３１を介して設備の底部２３０から取り出される。底部２３０には支持体２３２があり、排出管２３１は支持体２３２を通過し、装填装置１００はスペーサー２３２０を介して支持体２３２の上に配置される。

誘導コイル(図示せず)に電磁気的に結合した二次回路を形成するグラファイトサセプタ２１１によって、予熱領域及び反応チャンバ２１０内部が加熱される。予熱領域２２２と支持体２３２との間にある反応チャンバ２１０内に存在する空間が、浸透設備２００の実用的な装填体積２１２、すなわち、緻密化対象の繊維プリフォームが装填されるのに利用できる体積に相当する。

化学気相浸透設備２００において緻密化対象の多孔質プリフォーム１６０〜１６３を搬送する装填装置１００を所定の位置に配置する方法を以下に説明する。図３Ａに示されるように、設備２００のカバー２２０は、装填装置１００が反応チャンバ２１０内に装填するために取り外され、装填装置の台１０１がスペーサー２３２０を介して支持体２３２の上に位置するまで、装填装置１００は例えばハンガーロッド２４０を用いてチャンバ２１０内に下げられる。

本発明によれば、例えば、密閉リング３００上に固定されたスタッド３３０と協働するハンガーロッド２５０を用いて密閉リング３００も装填装置１００の支持トレイ１１０上に配置される（図３Ｂ）。

図４に示されるように、密閉リングは環状ガスケットキャリア３１０を含み、環状ガスケットキャリア３１０は底部３１１及び上部３１２ならびに環状グラファイトガスケット３２０から構成され、環状グラファイトガスケット３２０はネジ３１３でガスケットキャリア３１０の底部３１１に設けられたネジ穴３１４に固定することによってガスケットキャリア３１０の部材３１１と３１２の間に挟持される。

図５に示されるように、グラファイトガスケット３２０は、反応チャンバ２１０の内壁を形成するサセプタ２１１の内壁に接触するように、ガスケットキャリア３２０の外周から所定距離に延びている。

下記するように、前記密閉リング３００は、反応チャンバ内に導入されたガスの流れを底部リングの開口に侵入させて、多孔質プリフォーム間又は非多孔質壁と多孔質プリフォームとの間に規定されるガス流空間に通す機能を果たす。

装填装置１００と密閉リングが反応チャンバ２１０内に配置されると、カバー２２０が、筐体２０１の上部に設けられる（図３Ｃ）。こうして化学気相浸透設備が作動する準備ができる。

プリフォームを緻密化するために、反応ガスは反応チャンバ２１０に導入されて蒸着される１種以上のマトリックス材の前駆体を含む。例として、炭素マトリックスを使用するために、通常、典型的にはプロパン、メタン、又は両方の混合物である気体の炭化水素化合物が挙げられる。シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等のセラミック材料からなるマトリックス材用には、例えば、ＳｉＣの前駆体としてメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）を周知の方法で使用することができる。

周知の方法を用いて、多孔質プリフォームの内部にマトリックス材料を蒸着することによって多孔質プリフォームを緻密化するが、前記マトリックス材料は、多孔質基体の到達可能な内部空孔に分散する反応ガスに含まれる前駆体が分解して生成する。様々なマトリックス蒸着物を化学気相浸透によって得るために必要な温度圧力条件は周知である。

図６及び７は、導入管２２１によって反応チャンバ２１０内に導入される反応ガス流Ｆｇが流れる経路を示す。反応ガス流を底部リングの開口を通過させるように促し、各多孔質プリフォーム１６０〜１６３の両側に存在する体積１８０〜１８４に流すために、供給管２２１と排出管２３１との間に圧力勾配が設けられる。前記ガス流Ｆｇは、予熱領域２２２を通過した後、装填装置１００の周囲に存在する体積を通して拡散する。前記ガス流Ｆｇは密閉リング３００を超えることができず、底部リング１４０〜１４４の開口１４０１、１４１１、１４２１、１４３１、及び１４４１の中に侵入する（図７）。その後、ガス流はプリフォームの基部からその上部に至るまで多孔質プリフォーム１６０〜１６３の両側に存在する体積１８０〜１８４に流れ、プリフォームと反応しなかったガス流の残部は、上部リング１５０〜１５４の開口１５０１、１５１１、１５２１、１５３１、及び１５４１を介して排出された後、排出管２３１を介して反応チャンバ２１０から取り出されるように、マスク１２０と非多孔質壁１３０との間に定められる体積１９５内に流れる（図６）。

緻密化設備の反応チャンバにおいて最善の方法でサイズの大きな円錐台状の形状のプリフォームを装填可能にすることに加えて、本発明の装填装置は、緻密化の温度及び緻密化の均一性の点からプリフォームの浸透を改善する機能を有する。

多孔質プリフォームの両側に設けられた空間における強制流動型の反応ガス流は、強制的な反応ガスの対流を起こし、それによって、プリフォームの浸透を促し、加速させる。

さらに、多孔質プリフォームの両側に設けられた空間への反応ガスの注入に用いる、本実施態様の底部リング１４０〜１４４の開口１４０１、１４１１、１４２１、１４３１、及び１４４１の開口数と直径は、多孔質プリフォームの両側に設けられた体積１８０〜１８４に等価な流速の反応ガスを導入するために、各底部リングに関して同一であり、また各上部リングに関しても同一である。さらに、各体積１８０〜１８４に導入されたガスは、プリフォームの基部及び上部間において、等価な熟成状態(反応成分の濃度)及び消耗速度（反応成分の濃度減少)を表す。したがって、すべての多孔質プリフォームに対して均一な緻密化を得ることができる。さらに、底部リングの反応ガス注入口の直径は、これらの体積と多孔質プリフォームの外側に存在する体積の間のヘッドロスを最小化できるように選択される。

本発明の装填装置の他の利点は、従来技術の緻密化設備の標準的な予熱領域において、従来の緻密化方法で通常使用される流速及び移動時間と同一の条件を用いて反応ガスを予熱できる点である。したがって、ガスは、従来の緻密化方法で得られるものと同程度の熟成を表し、その結果、同様の緻密化のパラメータ (特に温度、圧力、及びガスの濃度)を使用することができる。

しかしながら、多孔質プリフォーム１６０〜１６３の周囲に存在する狭い体積１８０〜１８４における強制流動型の反応ガス流によって、多孔質プリフォームの周囲において、特に文献ＵＳ７１８２９８０及びＵＳ５９０４９５７に記載されるような従来の方法でみられるものよりも非常に高い反応ガスの移動速度を得ることができる。これにより、プリフォームの基部と上部との間での反応ガス濃度の変動を最小化でき、結果的に、高さ方向でのプリフォームに沿った緻密化の勾配を減少することができる。円錐形の複数の積み重ねられた多孔質プリフォームを緻密化する場合、上記のように、反応ガスは、プリフォームの基部を介して、上記した体積１８０〜１８４等のプリフォームの周囲に設けられたガス流体積に好適に導入される。このように、反応成分の濃度がより大きいガス流は、より広く緻密化部位に分配され、それによってプリフォームの表面の孔が急速に詰まるのを防ぎ、プリフォームのコア内への完全な浸透を防ぐ。

上記のグラファイトガスケットは、登録商標Sigraflex（Ｒ）又はPapyex（Ｒ）で販売されている材料等の膨張黒鉛でできていることが好ましい。

上記の実施形態において、底部及び上部リングが、プリフォームと非多孔質壁の上部及び基部を囲み、支持するのに適した円形を表すように、緻密化対象のプリフォームは円錐台状の形状を表す。

さらに、上記した実施形態において、装填装置は、４つのプリフォームを有する。しかしながら、該装填装置は、より多くのプリフォームを有することができ、その数は浸透設備の機能する体積に応じて決定される。

緻密化対象の多孔質プリフォームが例えばピラミッド型や卵型等の異なる形状の場合、上部及び底部リングの形状は、プリフォームの形状に合うように適合させる必要がある。例えば、緻密化対象のプリフォームが四角形の角錐台の形状である場合、上部及び底部リングは四角形の形状であり、サイズは、プリフォームの上部及び基部のサイズに合うサイズである。

さらに、上記した実施形態において、前記反応ガスは、反応チャンバの上部から導入されて底部から排出される。しかしながら、前記反応ガスは、同様に、チャンバの底部を介してガスを導入してその上部から、例えばカバーを介して排出することもできる。このような状況では、ガスが底部リングを介して導入されて上部リングを介して排出されるように、前記装填装置は例えば反応チャンバにおいて上下逆さまに配置されてもよい。

Claims (11)

1. 浸透炉の反応チャンバで誘導流動の蒸気化学気相浸透により積み重ね可能な形状の多孔質プリフォーム（１６０−１６３）を緻密化するための装填装置（１００）であって、該装置は、
   支持トレイ（１１０）；
   前記支持トレイ（１１０）上に配置される複数の底部リング（１４０−１４４）を含み、各底部リングが各リングの外周と内周との間に延びている複数の注入口（１４０１；１４１１；１４２１；１４３１；１４４１）を有する第１スタック；
   複数の上部リング（１５０−１５４）を含み、各上部リングが各リングの外周と内周との間に延びている複数の排出口（１５０１；１５１１；１５２１；１５３１；１５４１）を有する第２スタック；
   緻密化対象である多孔質プリフォーム（１６０−１６３）の形状及びサイズと同一の形状及びサイズを有する第１非多孔質壁（１３０）であって、前記第１スタックの底部リング（１４０−１４４）の内側において前記支持トレイ（１１０）上に配置され、前記支持トレイと第２スタックの基部に位置する前記上部リングとの間に延びている第１非多孔質壁；及び
   緻密化対象である多孔質プリフォーム（１６０−１６３）の形状及びサイズと同一の形状及びサイズを有する第２非多孔質壁（１７０）であって、前記第２非多孔質壁は前記第１スタックの上部に位置する底部リング（１４３）と第２スタックの上部に位置する上部リング（１５４）との間に延びている第２非多孔質壁
   を備えることを特徴とする、装填装置。
2. さらに、支持トレイ（１１０）の中央に配置されて上部リング（１５０−１５４）を含む第２スタックを支持するマスク（１２０）を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. さらに、第２スタックの上部に位置する上部リング（１５４）上に位置するカバー（１９０）を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 各底部リング（１４０；１４１；１４２；１４３；１４４）が緻密化対象である多孔質プリフォームの支持部材（１４０２；１４１２；１４２２；１４３２；１４４２）を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 各底部リング（１４０；１４１；１４２；１４３；１４４）が、２つの隣接する多孔質プリフォーム間に配置される空間に応じた特定の高さを表すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記底部リング（１４０−１４４）及び前記上部リング（１５０−１５４）が、それぞれグラファイトガスケットによって相互に分離されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 円錐台状の形状の多孔質プリフォーム（１６０−１６３）を化学気相浸透により緻密化するための設備（２００）であって、
   反応チャンバ（２１０）と、反応チャンバの第１の端部に位置し、予熱領域（２２２）につながる反応ガス導入管（２２１）と、前記チャンバの前記第１の端部とは反対側の第２の端部の近傍に位置する排出管（２３１）とを備え、
   前記設備において、前記チャンバは、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装填装置（１００）に設けられた円錐台状の複数の多孔質プリフォーム（１６０−１６３）を収容し、各プリフォームの間に空間を残しながら前記多孔質プリフォームが互いに係合するように各前記プリフォームの下端（１６０１；１６１１；１６２１；１６３１）が第１スタックの底部リング（１４０；１４１；１４２；１４３；１４４）の上に位置しており、各プリフォームの両側に反応ガス流を通過させるために前記空間は各体積（１８０；１８１；１８２；１８３；１８４）を形成し、各体積に第１スタックの底部リング（１４０；１４１；１４２；１４３；１４４）の開口（１４０１；１４１１；１４２１；１４３１；１４４１）を介して反応ガスが供給されることを特徴とする設備。
8. さらに、装填装置（１００）の支持トレイ（１１０）と反応チャンバ（２１０）の内壁との間に延びている密閉リング（３００）を含むことを特徴とする請求項７記載の設備。
9. 前記密閉リング（３００）が、支持トレイ（１１０）上に配置された環状ガスケットキャリア（３１０）と、前記環状ガスケットキャリアの外周から延びているグラファイトガスケット（３２０）とを含み、前記ガスケットは反応チャンバ（２１０）の内壁に接触していることを特徴とする請求項８記載の設備。
10. 前記底部リング（１４０−１４４）の注入口（１４０１；１４１１；１４２１；１４３１；１４４１)のサイズが、各反応ガス流の体積（１８０；１８１；１８２；１８３；１８４）を供給するためにある反応ガスの流速に応じて定められることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の設備。
11. 前記多孔質プリフォーム（１６０−１６３）が、航空機エンジンのアフターバーナー部品用プリフォームであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の設備。

Images