JP7163050B2 - Ｃｍｃ物品を形成するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックマトリックス複合材（「ＣＭＣ」）物品を形成するための方法を対象とする。さらに詳細には、本発明は、融解含浸薬品（ｍｅｌｔ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ）を巻き込む（ｅｎｔｒａｉｎ）ことを含むＣＭＣ物品を形成するための方法を対象とする。
ガスタービンは、効率および性能の向上を提供するために、継続的に改良されている。こうした改良は、より高い温度において、およびより厳しい状況下で動作する能力を含み、多くの場合、構成要素をそういった温度および状況から保護するために、材料の改良および／またはコーティングが必要とされる。改良がより多く採用されるにつれて、さらなる課題が現実化する。
性能および効率を向上させるための１つの改良は、限定されるものではないが、エーロフォイル、バケット（ブレード）、バケット（ブレード）ダブテール、ノズル（ベーン）、シュラウド、燃焼器ライナ、燃焼器トランジションピース、ディスク、ダクト、オーグメンタ、排出ノズル、およびケーシング、などのガスタービン構成要素をＣＭＣから形成することを含む。しかしながら、ＣＭＣ構成要素、特に、厚い堅固なセクションを含むそういったＣＭＣ構成要素は、厚い堅固なセクション全体にわたる不十分な融解含浸のせいで、完全に緻密化することが困難な場合がある。
例示的な実施形態では、ＣＭＣ物品を形成するための方法は、ＣＭＣ前駆体プライ組立体を形成することを含む。ＣＭＣ前駆体プライ組立体を形成することは、複数のＣＭＣ前駆体プライを積み上げることと、巻き込み薬品供給部を形成するために融解含浸薬品を巻き込むこととを含む。複数のＣＭＣ前駆体プライの個々は、第１のマトリックス前駆体および複数のセラミック繊維を含む。複数のＣＭＣ前駆体プライおよび巻き込み薬品供給部は、ＣＭＣ前駆体プライ組立体を形成するために配置され、ＣＭＣ前駆体プライ組立体は、物品形態を含む。ＣＭＣ前駆体プライ組立体は、炭素処理され、巻き込み薬品供給部からの融解含浸薬品は、複数のＣＭＣ前駆体プライの中に注入される。ＣＭＣ前駆体プライ組立体は、ＣＭＣ物品を形成するために融解含浸薬品で緻密化される。
本発明の他の特徴および利点については、例として本発明の原理を例証する添付の図面と併せて解釈される以下の好適な実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。
可能な限り、同じ参照番号は、同じ部品を指すために図面全体にわたって使用されるものとする。
提供するのは、ＣＭＣ物品を形成するための例示的な方法である。本開示の実施形態は、本明細書に開示される１つまたは複数の特徴を利用していない物品および方法と比べて、費用を削減し、プロセス効率を向上させ、品質を向上させ、耐久性を向上させ、強度を向上させ、剛性を向上させ、空力弾性応答を改善させ、部品対部品の材料特性変化を低減し、歩留まりを向上させ、またはそれらの組合せを行う。
図１および２を参照すると、ＣＭＣ物品２００を形成するための方法は、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００を形成することを含む。ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００を形成することは、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２を積み上げることと、巻き込み薬品供給部１０６を形成するために融解含浸薬品１０４を巻き込むことと、を含む。複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の個々は、第１のマトリックス前駆体１０８および複数のセラミック繊維１１０を含む。複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２および巻き込み薬品供給部１０６は、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００を形成するために配置され、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００は、物品形態１１２を含む。ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００は、炭素処理され、巻き込み薬品供給部１０６からの融解含浸薬品１０４は、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の中に注入される。ＣＭＣ前駆体プライ組立体１０２は、ＣＭＣ物品２００を形成するために、融解含浸薬品１０４で緻密化される。
１つの実施形態では、融解含浸薬品１０４をＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の中に注入すること、および、ＣＭＣプライ組立体１００を緻密化することは、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００が巻き込み薬品供給部１０６を欠いている比較の方法におけるよりも完全である。例として、両面含浸のＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の０．３インチ厚のプレートに関して、絶対基準の緻密度は、巻き込み薬品供給部１０６を備えていない場合と比べて、巻き込み薬品供給部１０６がある場合は、約２４％～約３４％より完全であることがある（すなわち、巻き込み薬品供給部１０６なしによる約６６％の濃さと比べて、巻き込み薬品供給部１０６による約９０％から約１００％の濃さ）。
巻き込み薬品供給部１０６は、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２上、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２相互間、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２内部、またはそれらの組合せ、において配設されることがある。
１つの実施形態では、巻き込み薬品供給部１０６の融解含浸薬品１０４は、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の全体にわたって均質に分配される。他の実施形態では、巻き込み薬品供給部１０６の融解含浸薬品１０４は、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の全体にわたって不均質に分配される。巻き込み薬品供給部１０６の融解含浸薬品１０４を不均質に分配することは、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の第２の部分１１６に対してＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の第１の部分１１４において高められた密度の融解含浸薬品１０４を分配することを含むことがあり、第１の部分１１４は、第２の部分１１６より大きな集合プライ厚１１８を含む。
１つの実施形態では、第１の部分１１４の集合プライ厚１１８は、少なくとも約０．２インチ、あるいは、少なくとも約０．３インチ、あるいは、少なくとも約０．５インチ、あるいは、少なくとも約１インチ、あるいは、少なくとも約１．５インチ、あるいは、少なくとも約２インチ、あるいは、少なくとも約５インチ、である。
巻き込み薬品供給部１０６は、限定されるものではないが、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の少なくとも約１０重量％、あるいは、少なくとも約１５重量％、あるいは、少なくとも約２０重量％、あるいは、少なくとも約２５重量％、あるいは、少なくとも約３０重量％、あるいは、少なくとも約４０重量％、あるいは、少なくとも約５０重量％、あるいは、約５重量％から約６０重量％の間、あるいは、約１０重量％から約５５重量％の間、あるいは、約１５重量％から約５０重量％の間、あるいは、約５重量％から約２５重量％の間、あるいは、約２０重量％から約４０重量％の間、あるいは、約３５重量％から約６０重量％の間、を含むＣＭＣ前駆体プライ組立体１００の任意の適切な割合を構成することがある。
融解含浸薬品１０４は、限定されるものではないが、シリコン、シリコン合金、またはそれらの組合せを含む任意の適切な組成物を含むことがある。本明細書で使用するとき、「組合せ（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ）」は、混合物、一致するが区別可能な組成物、および多相組成物を含んでいるとして解釈すべきである。１つの実施形態では、シリコンは、メタロイドシリコンを指し、付随的な不純物と共に本質的に自然のままのシリコンから成る。
巻き込み薬品供給部１０６は、限定されるものではないが、融解含浸薬品粉末１２０、融解含浸薬品コーティング１２２、融解含浸構成体１２４、融解含浸プライ１２６、融解含浸薬品繊維１２８、融解含浸薬品マンドレル１３０、またはそれらの組合せを含む任意の適切な構造を含むことがある。本明細書で使用するとき、「構成体（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ）」とは、所定の形態を有する３次元対象物を指す。
巻き込み薬品供給部１０６が融解含浸薬品粉末１２０を含む１つの実施形態では、融解含浸薬品粉末１２０は、セラミック繊維１１０に配設される、少なくとも１つのＣＭＣ前駆体プライ１０２に配設される、またはそれらの組合せである、第１のマトリックス前駆体１０８の中に分散されることがある。
巻き込み薬品供給部１０６が融解含浸薬品コーティング１２２を含む他の実施形態では、融解含浸薬品コーティング１２２は、セラミック繊維１１０に配設される、少なくとも１つのＣＭＣ前駆体プライ１０２に配設される、またはその両方であることがある。融解含浸薬品コーティング１２２は、限定されるものではないが、溶射、コールドスプレー、化学蒸着、物理蒸着、液相析出、浸漬、水浸、塗装、またはそれらの組合せ、を含む任意の適切な技術を適用されることがある。
融解含浸薬品構成体１２４は、融解含浸薬品プライ１２６、融解含浸薬品繊維１２８、ペレット、ＣＭＣ前駆体プライ１０２を積み上げるためのマンドレル１３０、または任意の他の３次元対象物、を含む任意の適切な形態を含むことがある。融解含浸薬品構成体１２４は、限定されるものではないが、冷間成形、熱間成形、圧延、押出成形、付加製造、熱間静水圧プレス、冷間静水圧プレス、成型、圧縮成型、鋳造、真空鋳造、スリップ鋳造、またはそれらの組合せ、を含む任意の適切な技術によって形成されることがある。融解含浸薬品構成体１２４は、少なくとも１つのＣＭＣ前駆体プライ１０２の内部に配設される、少なくとも１つのＣＭＣ前駆体プライ１０２上に配設される、ＣＭＣ前駆体プライ１０２相互間に配設される、またはそれらの組合せであることがある。融解含浸薬品構成体１２４は、マトリックス前駆体１０８の少なくとも１つの成分、少なくとも１つのセラミック繊維１１０、またはそれらの組合せ、を含むことがある。
巻き込み薬品供給部１０６が少なくとも１つの融解含浸薬品構成体１２４を含み、少なくとも１つの融解含浸薬品構成体１２４が少なくとも１つの融解含浸薬品プライ１２６を含む、１つの実施形態では、融解含浸薬品プライ１２６は、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２相互間に散在されることがある。
巻き込み薬品供給部１０６が少なくとも１つの融解含浸薬品構成体１２４を含み、しかも、少なくとも１つの融解含浸薬品構成体１２４が少なくとも１つの融解含浸薬品繊維１２８を含む他の実施形態では、融解含浸薬品繊維１２８は、少なくとも１つのＣＭＣ前駆体プライ１０２の内部に配設される、ＣＭＣ前駆体プライ１０２相互間に配設される、またはその両方であることがある。少なくとも１つの融解含浸薬品繊維１２８は、一方向テープ、ウィーブ、または任意の他の適切な構造を形成するために、複数のセラミック繊維１１０を巻き付けまたは織り交ぜられることがあり、あるいは、複数のセラミック繊維１１０から独立して、少なくとも１つのＣＭＣ前駆体プライ１０２の中に配設されることがある。
少なくとも１つの融解含浸薬品繊維１２８は、任意の適切な寸法を含むことがある。１つの実施形態では、少なくとも１つの融解含浸薬品繊維１２８は、複数のセラミック繊維１１０の約５０％から約１５０％の間、あるいは、約５０％から約１００％の間、あるいは、約７５％から約１２５％の間、あるいは、約１００％から約１５０％の間、あるいは、約５０％から約７０％の間、あるいは、約６０％から約８０％の間、あるいは、約７０％から約９０％の間、あるいは、約８０％から約１００％の間、あるいは、約９０％から約１１０％の間、あるいは、約１００％から約１２０％の間、あるいは、約１１０％から約１３０％の間、あるいは、約１２０％から約１４０％の間、あるいは、約１３０％から約１５０％の間、の直径を含む。他の実施形態では、融解含浸薬品繊維１２８は、約５ミクロンから複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の約平均プライ厚まで、あるいは、約１０ミクロンから複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の約平均プライ厚まで、あるいは、約１５ミクロンから複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の約平均プライ厚まで、あるいは、約２０ミクロンから複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の約平均プライ厚まで、の直径を含む。
巻き込み薬品供給部１０６が少なくとも１つの融解含浸薬品構成体１２４を含み、しかも、少なくとも１つの融解含浸薬品構成体１２４が、少なくとも１つの融解含浸薬品マンドレル１３０を含む１つの実施形態では、融解含浸薬品マンドレル１３０は、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２相互間に配設され、また、物品形態１１２を形成するためにＣＭＣ前駆体プライのための構造的なサポートを含む。複数の融解含浸薬品マンドレル１３０は、ＣＭＣ物品２００の島状のシリコンまたはシリコン合金の形成を低減ないし排除するために含められることがある。
物品形態１１２は、それに限定されないがタービン構成要素を含む任意の適切な物品のそれであることがある。適切なタービン構成要素は、限定されるものではないが、エーロフォイル、バケット（ブレードとしても公知）、バケットダブテール（ブレードダブテールとしても公知）、ノズル（ベーンとしても公知）、シュラウド、燃焼器ライナ、燃焼器トランジションピース、ディスク、ダクト、オーグメンタ、排出ノズル、ケーシング、またはそれらの組合せ、を含む。
１つの実施形態では、外部の融解含浸薬品１３２は、外部供給源１３４から複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の中に注入される。外部の融解含浸薬品１３２は、限定されるものではないが、シリコン、シリコン合金、またはそれらの組合せ、を含むことがある。外部の融解含浸薬品１３２は、融解含浸薬品１０４と同じ組成または融解含浸薬品１０４とは異なる組成を有することがある。
巻き込み薬品供給部１０６が少なくとも１つの融解含浸薬品繊維１２８を含む別の実施形態では、外部の融解含浸薬品１３２を、外部供給源１３４から、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の中に、注入することは、外部の融解含浸薬品１３２を、外部供給源１３４から、ＣＭＣ前駆体プライ組立体（図示せず）に配設された複数のチャネルを通して、注入することを含み、複数のチャネルは、融解含浸薬品１０４を、少なくとも１つの融解含浸薬品繊維１２８から、複数のＣＭＣ前駆体プライ１０２の中に、注入することによって形成される。複数のチャネルは、ＣＭＣ前駆体プライ組立体１００を緻密化するより前に、融解含浸薬品１０４で実質上満たされることがある。
複数のセラミック繊維１１０は、限定されるものではないが、摂氏１，０００度を超える温度で安定している繊維、酸化アルミニウム繊維、炭素繊維、シリコンカーバイド繊維、酸化ジルコニウム繊維、ムライト繊維、またはそれらの組合せ、を含むことがある。マトリックス前駆体１０８は、限定されるものではないが、可塑剤、バインダ、粒子状物質、またはそれらの組合せ、を含むことがある。
ＣＭＣ物品２００は、複数のＣＭＣプライ２０２を含むことがあり、また、限定されるものではないが、炭素繊維強化シリコンカーバイド（Ｃ／ＳｉＣ）、シリコンカーバイド繊維強化シリコンカーバイド（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、シリコンナイトライド繊維強化シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ４）、またはそれらの組合せ、を含むセラミック繊維１１０およびマトリックス２０４の任意の適切なＣＭＣ組成物を含むことがある。
本発明については、好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者なら理解するであろうことは、本発明の範囲から逸脱しなければ、様々な変更を行ってもよく、また、等価なものでその要素を置き換えてもよいということである。加えて、その本質的な範囲から逸脱しなければ、特定の状況や材料に適合するように、本発明の教示に多くの修正を加えてもよい。したがって、意図していることは、本発明が本発明を実施するために企図したベストモードとして開示した特定の実施形態に限定されないこと、しかし、本発明が添付した特許請求の範囲の範囲内に入る実施形態のすべてを含むであろうことである。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）物品（２００）を形成するための方法であって、
ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するステップであって、
個々が第１のマトリックス前駆体（１０９）および複数のセラミック繊維（１１０）を含む複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）を積み上げることと、
巻き込み薬品供給部（１０６）を形成するために融解含浸薬品（１０４）を巻き込むことであって、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）および前記巻き込み薬品供給部（１０６）が前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するために配置され、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）が物品形態（１１２）を含む、巻き込むことと、
を含む形成するステップと、
前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を炭素処理するステップと、
前記融解含浸薬品（１０４）を前記巻き込み薬品供給部（１０６）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入するステップと、
前記ＣＭＣ物品（２００）を形成するために、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を前記融解含浸薬品（１０４）で緻密化するステップと、
を含む方法。
［実施態様２］
前記巻き込むことは、前記巻き込み薬品供給部（１０６）を前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）相互間に配設することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記巻き込むことは、前記巻き込み薬品供給部（１０６）を前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の内部に配設することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の全体にわたって、均質に分配することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の全体にわたって、不均質に分配することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記巻き込むことは、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の第２の部分（１１６）に対して前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の第１の部分（１１４）において高められた密度の前記融解含浸薬品（１０４）を分配することをさらに含み、前記第１の部分（１１４）は、前記第２の部分（１１６）より大きな集合プライ厚（１１８）を有する、実施態様５に記載の方法。
［実施態様７］
前記融解含浸薬品（１０４）は、シリコンおよびシリコン合金の少なくとも一方を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記巻き込み薬品供給部（１０６）は、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の少なくとも約２５重量％を構成する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記巻き込み薬品供給部（１０６）は、融解含浸薬品粉末（１２０）、融解含浸薬品コーティング（１２２）、融解含浸構成体（１２４）、融解含浸プライ（１２６）、融解含浸薬品繊維（１２８）、および融解含浸マンドレル（１３０）、のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品コーティング（１２２）を、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）のうちの少なくとも１つの上に配設することを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品コーティング（１２２）を、前記複数のセラミック繊維（１１０）のうちの少なくとも１つの上に配設することを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１２］
前記融解含浸薬品繊維（１２８）は、前記複数のセラミック繊維（１１０）の約７５％から約１２５％の間の直径を含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１３］
前記融解含浸薬品繊維（１２８）は、約１０ミクロンから前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の約平均プライ厚までの直径を含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１４］
前記物品形態（１１２）は、エーロフォイル、バケット、バケットダブテール、ノズル、シュラウド、燃焼器ライナ、燃焼器トランジションピース、ディスク、ダクト、オーグメンタ、排出ノズル、ケーシング、およびそれらの組合せ、からなる群から選択されるタービン構成要素である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記複数のセラミック繊維（１１０）は、摂氏１，０００度を超える温度で安定している繊維、酸化アルミニウム繊維、炭素繊維、シリコンカーバイド繊維、酸化ジルコニウム繊維、ムライト繊維、およびそれらの組合せ、からなる群から選択される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記ＣＭＣ物品（２００）を形成することは、炭素繊維強化シリコンカーバイド（Ｃ／ＳｉＣ）、シリコンカーバイド繊維強化シリコンカーバイド（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、シリコンナイトライド繊維強化シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ４）、およびそれらの組合せ、からなる群から選択されるＣＭＣ組成物を形成することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１７］
外部の融解含浸薬品（１３２）を外部供給源（１３４）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入することをさらに含み、前記外部の融解含浸薬品（１３２）は、シリコンおよびシリコン合金の少なくとも一方を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１８］
前記外部の融解含浸薬品（１３２）を前記外部供給源（１３４）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入することは、前記外部の融解含浸薬品（１３２）を、前記外部供給源（１３４）から、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）に配設された複数のチャネルを通して、注入することを含み、前記複数のチャネルは、前記融解含浸薬品（１０４）を、前記巻き込み薬品供給部（１０６）としての複数の融解含浸薬品繊維（１２８）から、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に、注入することによって形成される、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を緻密化するより前に、前記複数のチャネルを前記融解含浸薬品（１０４）で実質上満たすことをさらに含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様２０］
前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の中に前記注入すること、および、前記ＣＭＣプライ組立体（１００）を前記緻密化することは、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）が前記巻き込み薬品供給部（１０６）を欠いている比較の方法におけるよりも完全である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）物品（２００）を形成するための方法であって、
ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するステップであって、
個々が第１のマトリックス前駆体（１０９）および複数のセラミック繊維（１１０）を含む複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）を積み上げることと、
巻き込み薬品供給部（１０６）を形成するために融解含浸薬品（１０４）を巻き込むことであって、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）および前記巻き込み薬品供給部（１０６）が前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するために配置され、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）が物品形態（１１２）を含む、巻き込むことと、
を含む形成するステップと、
前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を炭素処理するステップと、
前記融解含浸薬品（１０４）を前記巻き込み薬品供給部（１０６）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入するステップと、
前記ＣＭＣ物品（２００）を形成するために、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を前記融解含浸薬品（１０４）で緻密化するステップと、
を含む方法。
［実施態様２］
前記巻き込むことは、前記巻き込み薬品供給部（１０６）を前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）相互間に配設することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記巻き込むことは、前記巻き込み薬品供給部（１０６）を前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の内部に配設することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の全体にわたって、均質に分配することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の全体にわたって、不均質に分配することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記巻き込むことは、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の第２の部分（１１６）に対して前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の第１の部分（１１４）において高められた密度の前記融解含浸薬品（１０４）を分配することをさらに含み、前記第１の部分（１１４）は、前記第２の部分（１１６）より大きな集合プライ厚（１１８）を有する、実施態様５に記載の方法。
［実施態様７］
前記融解含浸薬品（１０４）は、シリコンおよびシリコン合金の少なくとも一方を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記巻き込み薬品供給部（１０６）は、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の少なくとも約２５重量％を構成する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記巻き込み薬品供給部（１０６）は、融解含浸薬品粉末（１２０）、融解含浸薬品コーティング（１２２）、融解含浸構成体（１２４）、融解含浸プライ（１２６）、融解含浸薬品繊維（１２８）、および融解含浸マンドレル（１３０）、のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品コーティング（１２２）を、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）のうちの少なくとも１つの上に配設することを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品コーティング（１２２）を、前記複数のセラミック繊維（１１０）のうちの少なくとも１つの上に配設することを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１２］
前記融解含浸薬品繊維（１２８）は、前記複数のセラミック繊維（１１０）の約７５％から約１２５％の間の直径を含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１３］
前記融解含浸薬品繊維（１２８）は、約１０ミクロンから前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の約平均プライ厚までの直径を含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１４］
前記物品形態（１１２）は、エーロフォイル、バケット、バケットダブテール、ノズル、シュラウド、燃焼器ライナ、燃焼器トランジションピース、ディスク、ダクト、オーグメンタ、排出ノズル、ケーシング、およびそれらの組合せ、からなる群から選択されるタービン構成要素である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記複数のセラミック繊維（１１０）は、摂氏１，０００度を超える温度で安定している繊維、酸化アルミニウム繊維、炭素繊維、シリコンカーバイド繊維、酸化ジルコニウム繊維、ムライト繊維、およびそれらの組合せ、からなる群から選択される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記ＣＭＣ物品（２００）を形成することは、炭素繊維強化シリコンカーバイド（Ｃ／ＳｉＣ）、シリコンカーバイド繊維強化シリコンカーバイド（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、シリコンナイトライド繊維強化シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ４）、およびそれらの組合せ、からなる群から選択されるＣＭＣ組成物を形成することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１７］
外部の融解含浸薬品（１３２）を外部供給源（１３４）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入することをさらに含み、前記外部の融解含浸薬品（１３２）は、シリコンおよびシリコン合金の少なくとも一方を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１８］
前記外部の融解含浸薬品（１３２）を前記外部供給源（１３４）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入することは、前記外部の融解含浸薬品（１３２）を、前記外部供給源（１３４）から、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）に配設された複数のチャネルを通して、注入することを含み、前記複数のチャネルは、前記融解含浸薬品（１０４）を、前記巻き込み薬品供給部（１０６）としての複数の融解含浸薬品繊維（１２８）から、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に、注入することによって形成される、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を緻密化するより前に、前記複数のチャネルを前記融解含浸薬品（１０４）で実質上満たすことをさらに含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様２０］
前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の中に前記注入すること、および、前記ＣＭＣプライ組立体（１００）を前記緻密化することは、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）が前記巻き込み薬品供給部（１０６）を欠いている比較の方法におけるよりも完全である、実施態様１に記載の方法。
１００ ＣＭＣ前駆体プライ組立体
１０２ ＣＭＣ前駆体プライ
１０４ 融解含浸薬品
１０６ 巻き込み薬品供給部
１０８ 第１のマトリックス前駆体
１１０ セラミック繊維
１１２ 物品形態
１１４ 第１の部分
１１６ 第２の部分
１１８ 集合プライ厚
１２０ 融解含浸薬品粉末
１２２ 融解含浸薬品コーティング
１２４ 融解含浸薬品構成体
１２６ 融解含浸薬品プライ
１２８ 融解含浸薬品繊維
１３０ 融解含浸薬品マンドレル
１３２ 外部の融解含浸薬品
１３４ 外部供給源
２００ ＣＭＣ物品
２０２ ＣＭＣプライ
２０４ マトリックス
１０２ ＣＭＣ前駆体プライ
１０４ 融解含浸薬品
１０６ 巻き込み薬品供給部
１０８ 第１のマトリックス前駆体
１１０ セラミック繊維
１１２ 物品形態
１１４ 第１の部分
１１６ 第２の部分
１１８ 集合プライ厚
１２０ 融解含浸薬品粉末
１２２ 融解含浸薬品コーティング
１２４ 融解含浸薬品構成体
１２６ 融解含浸薬品プライ
１２８ 融解含浸薬品繊維
１３０ 融解含浸薬品マンドレル
１３２ 外部の融解含浸薬品
１３４ 外部供給源
２００ ＣＭＣ物品
２０２ ＣＭＣプライ
２０４ マトリックス
Claims (14)
- セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）物品（２００）を形成するための方法であって、
ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するステップであって、
個々が第１のマトリックス前駆体（１０９）および複数のセラミック繊維（１１０）を含む複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）を積み上げることと、
巻き込み薬品供給部（１０６）を形成するために融解含浸薬品（１０４）を巻き込むことであって、前記巻き込み薬品供給部（１０６）が融解含浸薬品繊維（１２８）を含み、前記融解含浸薬品繊維（１２８）が、前記複数のセラミック繊維（１１０）の約７５％から約１２５％の間の直径を含み、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）および前記巻き込み薬品供給部（１０６）が前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するために配置され、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）が物品形態（１１２）を含む、巻き込むことと、
を含む形成するステップと、
前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を炭素処理するステップと、
前記融解含浸薬品（１０４）を前記巻き込み薬品供給部（１０６）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入するステップと、
前記ＣＭＣ物品（２００）を形成するために、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を前記融解含浸薬品（１０４）で緻密化するステップと、
を含む方法。 - セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）物品（２００）を形成するための方法であって、
ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するステップであって、
個々が第１のマトリックス前駆体（１０９）および複数のセラミック繊維（１１０）を含む複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）を積み上げることと、
巻き込み薬品供給部（１０６）を形成するために融解含浸薬品（１０４）を巻き込むことであって、前記巻き込み薬品供給部（１０６）が融解含浸薬品繊維（１２８）を含み、前記融解含浸薬品繊維（１２８）が、約１０ミクロンから前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の約平均プライ厚までの直径を含み、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）および前記巻き込み薬品供給部（１０６）が前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を形成するために配置され、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）が物品形態（１１２）を含む、巻き込むことと、
を含む形成するステップと、
前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を炭素処理するステップと、
前記融解含浸薬品（１０４）を前記巻き込み薬品供給部（１０６）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入するステップと、
前記ＣＭＣ物品（２００）を形成するために、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）を前記融解含浸薬品（１０４）で緻密化するステップと、
を含む方法。 - 前記巻き込むことは、前記巻き込み薬品供給部（１０６）を前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）相互間に配設することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記巻き込むことは、前記巻き込み薬品供給部（１０６）を前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の内部に配設することを含む、請求項１又は２記載の方法。
- 前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の全体にわたって、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の第２の部分（１１６）に対して前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の第１の部分（１１４）において高められた前記融解含浸薬品（１０４）の密度で、不均質に分配することを含み、前記第１の部分（１１４）は、前記第２の部分（１１６）より大きな集合プライ厚（１１８）を有する、請求項１又は２記載の方法。
- 前記融解含浸薬品（１０４）は、シリコンおよびシリコン合金の少なくとも一方を含む、請求項１又は２記載の方法。
- 前記巻き込み薬品供給部（１０６）は、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の少なくとも約２５重量％を構成する、請求項１又は２記載の方法。
- 前記巻き込み薬品供給部（１０６）は、融解含浸薬品粉末（１２０）、融解含浸薬品コーティング（１２２）、融解含浸構成体（１２４）、融解含浸プライ（１２６）、および融解含浸マンドレル（１３０）、のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１又は２記載の方法。
- 前記巻き込むことは、前記融解含浸薬品コーティング（１２２）を、前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）のうちの少なくとも１つの上に、前記複数のセラミック繊維（１１０）のうちの少なくとも１つの上に、または、その両方に、配設することを含む、請求項８記載の方法。
- 前記物品形態（１１２）は、エーロフォイル、バケット、バケットダブテール、ノズル、シュラウド、燃焼器ライナ、燃焼器トランジションピース、ディスク、ダクト、オーグメンタ、排出ノズル、ケーシング、およびそれらの組合せ、からなる群から選択されるタービン構成要素である、請求項１又は２記載の方法。
- 前記複数のセラミック繊維（１１０）は、摂氏１，０００度を超える温度で安定している繊維、酸化アルミニウム繊維、炭素繊維、シリコンカーバイド繊維、酸化ジルコニウム繊維、ムライト繊維、およびそれらの組合せ、からなる群から選択される、請求項１又は２記載の方法。
- 前記ＣＭＣ物品（２００）を形成することは、炭素繊維強化シリコンカーバイド（Ｃ／ＳｉＣ）、シリコンカーバイド繊維強化シリコンカーバイド（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、シリコンナイトライド繊維強化シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ４）、およびそれらの組合せ、からなる群から選択されるＣＭＣ組成物を形成することを含む、請求項１又は２記載の方法。
- 外部の融解含浸薬品（１３２）を外部供給源（１３４）から前記複数のＣＭＣ前駆体プライ（１０２）の中に注入することをさらに含み、前記外部の融解含浸薬品（１３２）は、シリコンおよびシリコン合金の少なくとも一方を含む、請求項１又は２記載の方法。
- 前記融解含浸薬品（１０４）を前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）の中に前記注入すること、および、前記ＣＭＣプライ組立体（１００）を前記緻密化することは、前記ＣＭＣ前駆体プライ組立体（１００）が前記巻き込み薬品供給部（１０６）を欠いている比較の方法におけるよりも完全である、請求項１又は２記載の方法。
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