(57)【要約】部品に孔を開ける従来の方法は、短いレーザパルス長の特別なレーザを利用していたために非常に時間と経費がかかった。本発明に基づく方法は、レーザパルス長が変化させられ、短いレーザパルス長と長いパルス長が利用される。短いレーザパルス長は、貫流性能あるいは流出性能への影響が認められる切除すべき部位だけに利用され、その部位は、例えば短いレーザパルス長で非常に精確に製造される孔（７）のディフューザ（１３）の内側表面（１２）である。長いレーザパルス長は０．４ｍｓより大きい。
2009523616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの金属基材（４）と最外側セラミック層（１６″）を有する被覆系（１、１２０、１３０、１５５）に、少なくとも１つのエネルギパルスビーム（２２、２２′、２２″）によって、特に少なくとも１個のレーザ（１９、１９′、１９″）のパルス長を有する少なくとも１つのエネルギパルスビーム（２２、２２′、２２″）によって、孔（７）を製造する方法であって、
当該方法が、短いパルス長および長いパルス長が利用される複数の切除工程で実施され、その第１切除工程時に最終切除工程時と異なったパルス長が利用され、その長いパルス長が０．４ｍｓより大きいパルス長を有している、ことを特徴とする被覆系に孔を製造する方法。
【請求項２】
短いパルス長による切除工程中、少なくとも１つのエネルギビーム（２２、２２′、２２″）が、製造すべき孔（７）の平面における部位の材料を切除するために、部品（１、１２０、１３０、１５５）の表面にわたって走査される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１切除工程中、最終切除工程時におけるより長いパルス長が利用される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第１切除工程中、最終切除工程時におけるより短いパルス長が利用される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
金属中間層（１６′）あるいは金属基材（４）を切除するために、長いパルス長が利用される、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
パルス長が、孔（７）を発生する工程の進行中に連続して変化される、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
パルス長が、孔（７）を発生する工程の進行中に不連続的に変化される、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
長い一定パルス長が利用される、ことを特徴とする請求項１、３、５、６、７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
短い一定パルス長が利用される、ことを特徴とする請求項１、２、４、６、７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
２つの異なったパルス長しか利用されない、ことを特徴とする請求項１、７、８、９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
長いパルス持続時間において、少なくとも１つのエネルギビーム（２２、２２′、２２″）が、部品（１、１２０、１３０、１５５）の表面にわたって走査されない、ことを特徴とする請求項１、３、５、６、７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
特に１つの波長特に１０６４ｎｍの波長のレーザ（１９）しか利用されない、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
孔（７）を発生するために２個以上のレーザ（１９′、１９″）が採用される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
レーザ（１９′、１９″）に対して、同じ波長、特に１０６４ｎｍあるいは５３２ｎｍの波長が利用される、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
レーザ（１９′、１９″）に対して、異なった波長、特に１０６４ｎｍと５３２ｎｍの波長が利用される、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
レーザ（１９′、１９″）が、同じパルス長範囲を発生するために設定されている、ことを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
レーザ（１９′、１９″）が、異なったパルス長範囲を発生するために設定されている、ことを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
レーザ（１９′、１９″）が同時に利用される、ことを特徴とする請求項１３ないし１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
レーザ（１９′、１９″）が時間的に順々に利用される、ことを特徴とする請求項１３ないし１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
最終切除工程中、５００ｎｓ以下、特に１００ｎｓ以下の短いパルス長が利用される、ことを特徴とする請求項１、２、３、９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
第１切除工程中、５００ｎｓ以下、特に１００ｎｓ以下の短いパルス長が利用される、ことを特徴とする請求項１、２、３、９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
まず、孔（７）の外側表面部位（１３）が短いパルス長で発生され、それから、孔（７）の下部（１０）が長いパルス長で発生される、ことを特徴とする請求項１、２、４〜１１、２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
まず、孔（７）の外側表面部位（１３）が短いパルス長で発生され、それから、孔（７）の内部部位（２５）が長いパルス長で発生される、ことを特徴とする請求項１、２、４〜１１、２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
まず、孔（７）の内部部位（２５）が長いパルス長で発生され、それから、孔（７）の外側周縁部（２８）が短いパルス長で発生される、ことを特徴とする請求項１、２、３、５〜１１、２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
部品（１）の表面（１４）から出発して孔（７）が製造され、その場合、外側表面（１４）から孔（７）の深部までパルス長が変化される、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項２６】
長いパルス長の場合、＞０．４ｍｓ〜１．２ｍｓのパルス持続時間が利用される、ことを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
長いパルス長が、６〜２１ジュール特に８ジュールのエネルギを有している、ことを特徴とする請求項１ないし２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
長いパルス長が、１０〜５０ｋＷ特に２０ｋＷの出力を有している、ことを特徴とする請求項１ないし２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】
短いパルス長のエネルギが、一桁あるいは二桁、特に二桁のミリジュール範囲（ｍＪ）にある、ことを特徴とする請求項１、２、４、６、７、９、２０〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】
短いパルス長が、一桁ｋＷ範囲における出力を有している、ことを特徴とする請求項１、２、４、６、７、９、２０〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
長いパルス長が、製造すべき孔（７）の横断面積に相応して、部品（１）における切除部位の横断面積（Ａ）を発生する、ことを特徴とする請求項１、３、５〜１１、２２〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
長いパルスあるいは短いパルスを利用する際、パルス長が長いパルスあるいは短いパルスにおいて変化しない限りにおいて、レーザ（１９、１９′、１９″）の出力が一定している、ことを特徴とする請求項１ないし３１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３３】
長いパルスにおいて、数１００Ｗ、特に５００Ｗのレーザ出力が利用される、ことを特徴とする請求項１ないし３２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３４】
短いパルスにおいて、３００Ｗより小さいレーザ出力が利用される、ことを特徴とする請求項１ないし３３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３５】
被覆系である部品（１）が当該方法で加工される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
金属基材（４）と少なくとも１つのセラミック層（１６″）から成る被覆系（１）が、当該方法で加工される、ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
被覆系（１）が金属基材（４）と金属被覆（１６″）から成り、当該金属被覆（１６″）がＭＣｒＡｌＸ様式の組成を有し、ここで、Ｍは鉄、コバルト、ニッケルの群における少なくとも１つの元素、Ｘはイットリウムおよび／又は少なくとも１つの希土類元素である、ことを特徴とする請求項３５又は３６に記載の方法。
【請求項３８】
被覆系（１）が金属基材（４）と被覆（１６）から成り、当該被覆（１６）が金属中間層（１６′）と外側セラミック層（１６″）を有している、ことを特徴とする請求項３５ないし３７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３９】
基材（４）がニッケル基、コバルト基あるいは鉄基の耐熱合金である、ことを特徴とする請求項３６ないし３８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４０】
タービン翼（１２０、１３０）、熱シールド要素（１５５）あるいはガスタービン（１００）や蒸気タービンの他の構造部品あるいは車室部分（１３８）である部品（１）が、当該方法で加工される、ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
当該方法が部品（１、１２０、１３０、１５５）を新製造する際に利用される、ことを特徴とする請求項１ないし４０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４２】
当該方法が部品（１、１２０、１３０、１５５）を再生加工する際に利用される、ことを特徴とする請求項１ないし４０のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギパルスビームによって部品に孔が開けられる（発生される）、特許請求の範囲の請求項１に記載の孔の製造方法に関する。
【０００２】
多くの部品特に鋳造部品において、窪みや貫通孔のような追加的切除部が発生されねばならない。特に冷却のために膜冷却用孔を有するタービン部品において、その部品の製造後に孔があとから開けられる。
【０００３】
かかるタービン部品は通常、例えば金属層や中間層および／又はセラミックス外側層のような被覆も有する。その場合、膜冷却用孔はそれらの層および基材（鋳造部品）を貫通して開けられねばならない。
【０００４】
米国特許第６１７２３３１号明細書および米国特許第６０５４６７３号明細書に、被覆系に孔をあとから開けるためのレーザ穿孔方式が開示され、それらの場合、超短レーザパルス長が利用されている。所定のレーザパルス長域から唯一のレーザパルス長が選び出され、これによって、孔全体が開けられる。
【０００５】
独国特許出願公開第１００６３３０９号明細書に、レーザによって膜冷却用開口を製造する方法が開示され、その場合、レーザパラメータは、材料が昇華によって切除されるように設定されている。
【０００６】
米国特許第５９３９０１０号明細書に、複数の孔を開けるための２つの方法が開示されている。その第１方法において、まず１つの孔が、次の孔が開けられる前に、完全に開けられる（この米国特許明細書の図１、図２参照）。その第２方法において、第１孔の第１部分部位がまず開けられ、続いて、第２孔の第１部分部位が開けられるようにして、複数の孔が段階的に開けられる（この米国特許明細書の図１０参照）。その２つの方法において、異なったパルス長が利用されるが、その両方法の内部では常に同じパルス長が利用される。その両方法は互いに結合されない。切除すべき部位の横断面積は常に製造すべき孔の横断面に相当している。
【０００７】
米国特許第５０７３６８７号明細書に、両面に銅層を備えた基材から形成された部品に孔を開けるためにレーザを利用することが開示されている。その場合、まず長いパルス持続時間によって銅膜を貫通して孔が開けられ、それから、樹脂から成る基板に、短いパルスによって孔が開けられ、続いて、大きなレーザ出力で背面における銅層を貫通して孔が開けられる。切除部位の横断面積は製造すべき孔の横断面に相当している。
【０００８】
米国特許第６４７９７８８号明細書に、第１工程において他の工程より長いパルス長が利用される孔の製造方法が開示されている。ここでは、孔にできるだけ良好な矩形を形成するために、パルス持続時間が変化させられる。その場合また、パルス長の低減時にビームの横断面積が増大される。
【０００９】
超短レーザパルスの利用は、その小さな平均出力のために、非常に時間がかかり、従って、高価となる。
【００１０】
本発明の課題はこの問題を克服することにある。
【００１１】
この課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴に応じて、異なったパルス長が利用され、長いパルス長に対して０．４ｍｓより大きなパルス長が利用される、ことによって解決される。
【００１２】
孔からの媒体の流出性能に対して並びにその孔の周りの媒体の洗流性能に対して切断面（切除面）の質が重要であるので、その切断面の外側表面部位に最良の特性を発生するために、第１工程だけ短いパルスが利用される、ことが有利である。孔の内部では切断面の特性がさほど問題とならず、このために、そこでは非均質切断面を引き起こす長いパルスが利用できる。
【００１３】
従属請求項に本発明の方法および装置の他の有利な実施態様が記載されている。従属請求項に記載された実施態様は互いに有利に組み合わせることができる。
【００１４】
以下図を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１５】
《孔付き部品の説明》
【００１６】
図１は孔７を備えた部品１を示している。この部品１は基材（母材）４から成っている（例えば鋳造品あるいはＤＳ（縦方向結晶粒組織）ないしＳＸ（単結晶組織）部品）。基材４は金属および／又はセラミックスである。特にタービン動翼１２０やタービン静翼１３０のようなタービン部品（図１６、図１７参照）、熱シールド要素１５５（図１８参照）並びに蒸気タービンやガスタービン１００（図１６参照）および航空機タービンの他の車室部分において、基材４はニッケル基、コバルト基あるいは鉄基の耐熱合金から成っている。航空機用タービン翼の場合、基材４は例えばチタンやチタン基合金から成っている。基材４は特に貫通孔である孔７を有している。しかしその孔は盲孔でもよい。孔７は下部１０と上部１３とから成り、その下部１０は基材１の内側面から出発し、好適には、対称に（例えば断面円形、楕円形あるいは矩形に）形成され、上部１３は基板４の外側表面１４に場合によってはディフューザ１３として形成されている。ディフューザ１３は孔７の下部１０に比べて横断面が拡張している。孔７は例えば膜冷却用孔である。即ち、孔７の上部における特にディフューザ１３の内側表面１２は、凹凸が不利な乱流や転向を発生させるので、孔７からの媒体特に冷却材の最良の流出を可能にするために平滑にされねばならない。孔７の下部１０における孔表面品質に課せられる要件は、そこを通る流れ性能が僅かしか影響されないためにさほど厳しくない。
【００１７】
図２は被覆系として形成された部品１を示している。基材４上に少なくとも１つの層１６が存在している。これは例えばＭＣｒＡｌＸ様式の合金であり、ここでＭは鉄、コバルト、ニッケルの群における少なくとも１つの元素である。Ｘはイットリウムおよび／又は少なくとも１つの希土類元素である。層１６はセラミックスでもよい。
【００１８】
好適には、部品１は、ＭＣｒＡｌＸ層１６′の上に別の層１６″、例えば断熱層としてセラミック層も存在する被覆系である。断熱層１６″は例えば完全安定あるいは部分安定酸化ジルコニウム層、特にＥＢ−ＰＶＤ（電子ビーム蒸着層）あるいはプラズマ溶射層（ＡＰＳ、ＬＰＰＳ、ＶＰＳ）、ＨＶＯＦ（high velocity oxy-fuel frame）層あるいはＣＧＳ（cold gas spraying）層である。
【００１９】
この被覆系１にも同様に、下部１０とディフューザ１３とを備えた孔７が設けられている。
【００２０】
孔７を製造するための以下の説明は、層無しの基材４あるいは１つの層１６あるいは複数の層１６′、１６″を備えた基材４に対して適用される。
【００２１】
図３は孔７を平面図で示している。その下部１０は切削加工法で製造される。これに対して、この加工法はディフューザ１３には採用できないか、大きな経費をかけねば実施できない。孔７は部品１の表面１４に対して鋭角を成して傾けることもできる。
【００２２】
《方法》
【００２３】
図４、図５および図６は、本発明に基づく方法の切除工程をそれぞれ示している。本発明に基づいて、工程中に種々のパルス長のエネルギビーム２２が利用される。そのエネルギビームは、電子ビーム、レーザビームあるいは高圧噴射水流である。以下において例示的にレーザビームの採用についてだけ説明する。
【００２４】
特に第１切除工程において、好適には、５００ｎｓ以下、特に１００ｎｓ以下の短いパルス長（tpuls ＜＜）が利用される。ピコ秒（１０-12秒）あるいはフェムト秒（１０-15秒）の範囲のパルス長も利用できる。５００ｎｓ（ナノ秒＝１０-9秒）以下、特に１００ｎｓ以下の短いパルス長の利用時、切断面（切除面）の部位にほとんど溶融は生じない。これによって、ディフューザ１３の内側面１２に割れ（クラック）が生ぜず、そのようにして精確な平面幾何学形状が発生される。短いパルス長はすべて長いパルス長より時間的に短い。
【００２５】
第１切除工程において、部品１における孔７の第１部分部位が発生される。これは例えば少なくとも部分的にあるいは全部がディフューザ１３に相当する（図６、図９参照）。ディフューザ１３は大部分がセラミック層内に配置されている。特に、ディフューザ１３全体を発生するために、短いパルス長が利用される。特にディフューザ１３を発生するために、短い一定パルス長が利用される。ディフューザ１３を製造するための時間は、この方法において例えば第１切除工程に相当する。
【００２６】
ディフューザ１３の発生（製造）時、レーザ１９、１９′、１９″はそのレーザビーム２２、２２′、２２″が、好適には、例えば図５に示されているように、横方向に往復走査される。ディフューザ１３は、ここでは材料を一平面内で切除するために、走査線９に沿って例えば蛇行して走査される（図４、図６参照）。
【００２７】
金属中間層１６′あるいは基材４に到達したとき、必ずしも必要ではないが、好適には、図１と図２に示されているように孔の残留下部１０を発生するために、０．４ｍｓ以上、特に０．５ｍｓ以上および特に１０ｍｓまでの長いパルス長（tpuls ＞）が利用される。ディフューザ１３は少なくとも大部分がセラミック層１６″に存在するが、金属中間層１６′および／又は金属基材４まで延ばすこともでき、これにより、金属材料は一部で短いパルス長でも切除される。特に孔７の下部１０を発生するために、大部分あるいは全部が特に時間的に一定した長いパルス長が利用される。その下部１０を製造するための時間は、この方法において最終切除工程に相当する。
【００２８】
長いレーザパルスの利用時、少なくとも１個のレーザ１９、１９′、１９″はそのレーザビーム２２、２２′、２２″が例えば平面４３内において往復移動されない。層１６あるいは基材１４の材料における熱伝導に基づいてエネルギが分布され、各レーザパルスによって新エネルギが付け加えられるので、材料が切除される面積が製造すべき貫通孔７、１０の横断面積Ａにほぼ相当するように、材料蒸発（昇華）によって大きな面の材料が切除される。この横断面積はエネルギ出力およびパルス持続時間並びにレーザビーム２２の案内（表面１４に対する水平距離における焦点位置）を介して調整される。
【００２９】
唯一のレーザ１９あるいは複数のレーザ１９′、１９″のレーザパルス長は、例えば工程の始めから終わりまで例えば連続して変化される。その工程は外側表面１４における材料の切除で開始され、孔７の所望深さ到達で終える。その材料は例えば平面１１（図６参照）において層をなして軸方向１５に進行して切除される。
【００３０】
パルス長は同様に不連続的にも変化できる。好適には、工程中に二種類のパルス長しか利用されない。短いパルス長（例えば≦５００ｍｓ）の場合、少なくとも１個のレーザ１９、１９′が走査され、長いパルス長（例えば０．４ｍｓ）の場合、熱伝導によってエネルギ供給がもともとレーザビームの横断面に相当する面積より大きな面積にわたって行われるので走査されない。
【００３１】
加工中、表面の残留部分は、粉末層特に欧州特許出願公開第１５１０５９３号明細書におけるマスキングで保護される。欧州特許出願公開第１５１０５９３号明細書における粉末（ＢＮ、ＺｒＯ2）および粒度分布は、マスキングの利用に対する開示内容の一部である。これは特に、金属基材あるいはセラミック層をもたない金属層付き基材が加工されるときに意味がある。
【００３２】
《レーザパラメータ》
【００３３】
所定のパルス長のパルス利用時、レーザ１９、１９′、１９″の出力は例えば一定している。長いパルス長の場合、数１００ワット特に５００ワットのレーザ出力が利用される。短いレーザパルス長の場合、３００ワットより小さいレーザ出力が利用される。波長５３２ｎｍのレーザ１９、１９′は例えば短いレーザパルスを発生するためにしか利用されない。長いレーザパルス長の場合、特に０．４ｍｓより大きく、特に１．２ｍｓまでのレーザパルス持続時間および６Ｊ〜２１Ｊ特に１０Ｊより大きいレーザパルスエネルギ（ジュール）が利用され、その場合、１０ｋＷ（キロワット）〜５０ｋＷ特に２０ｋＷの出力が有利である。短いパルス長は、一桁あるいは二桁のミリジュール域（ｍＪ）、好適には、一桁ミリジュール域におけるエネルギを有し、その場合、利用される出力は特に通常、一桁キロワット域に位置している。
【００３４】
《レーザ数》
【００３５】
工程中、１個のレーザ１９ないし同時にあるいは順々に採用される２個以上のレーザ１９′、１９″が利用される。類似あるいは異なったレーザ１９、１９′、１９″は例えばそのレーザパルス長に関して異なった範囲を有する。即ち、例えば第１レーザ１９は５００ｎｓ以下、特に１００ｎｓより小さいレーザパルス長を発生し、第２レーザ１９″は、１００ｎｓより大きく、特に５００ｎｓより大きいレーザパルス長を発生する。
【００３６】
孔７を発生するために、まず第１レーザ１９′が採用される。続く加工に対して、第２レーザ１９″が利用されるか、あるいはその逆とされる。
【００３７】
貫通孔７の製造時、唯一のレーザ１９しか利用されないようにもできる。特に、例えば１０６４ｎｍの波長を有し、長いレーザパルス並びに短いレーザパルスを発生するレーザ１９が利用される。
【００３８】
《製造すべき孔部位の順序》
【００３９】
図７は孔７を断面図で示している。ここでは、まず粗加工が１００ｎｓより大きく、特に５００ｎｓより大きいレーザパルス長で行われ、続いて、精密加工が、５００ｎｓ以下、特に１００ｎｓ以下のレーザパルス長で行われる。孔７の下部１０は完全加工され、ただディフューザ１３の部位は大部分が、１００ｎｓより大きく特に５００ｎｓより大きいレーザパルス長を有するレーザ１９で加工される（第１切除工程）。孔７ないしディフューザ１３を仕上げ加工するために、ディフューザ１３の部位における薄い外側周縁部２８だけが、５００ｎｓ以下特に１００ｎｓより小さいレーザパルス長を発生するレーザ１９、１９′、１９″によって加工されねばならない（最終切除工程）。その場合、レーザビーム２２、２２′、２２″は特に走査される。
【００４０】
図８は部品１の孔７を平面図で示している。種々の切除工程に対して、種々のレーザ１９、１９′、１９″およびこれらのレーザ１９、１９′、１９″の種々のレーザパルス長が採用される。まず、例えば粗加工が大きなレーザパルス長（＞１００ｎｓ、特に＞５００ｎｓ）で行われる。これによって、孔７の大部分が発生される。その内側部位に符号２５が付されている。孔７ないしディフューザ１３の外側周縁部２８が、孔７の最終寸法を得るために切除されるだけで足りる。外側周縁部２８が短いレーザパルス長（≦５００ｎｓ、特に＜１００ｎｓ）のレーザ１９、１９′によって加工されたときにはじめて、孔７ないしディフューザ１３が仕上げられる。即ち、ディフューザ１３の輪郭２９は短いレーザパルス長で製造され、これによって、外側周縁部２８が精密に精確に切除され、従って、割れおよび溶融は生じない。材料は例えば（軸方向１５に対して垂直な）平面１１において切除される。
【００４１】
孔７の製造時において切除すべき部位の断面積Ａが、同様に長いパルス長において基材４の深さに向けて連続して断面積Ａ′まで減少され、これによって、図７に比べて外側周縁部２８が縮小される（図９参照）。これはエネルギとパルス持続時間の調整によって行われる。
【００４２】
孔７の製造時においてそれに代えて、まず外側周縁部２８が、短いレーザパルス長（≦５００ｎｓ）で、軸方向１５における孔７のディフューザ１３の広がり寸法に部分的にあるいは完全に相当する軸方向１５の深さまで発生される（内側部位２５が破線で示された図１０参照）。
【００４３】
その場合、この第１切除工程においてレーザビーム２２、２２′、２２″が表面１４の平面において走査される。これによって、ディフューザ１３の切断面の範囲にほとんど溶融は発生せず、そこで割れが生ぜず、そのようにして、精確な幾何学形状が発生される。そしてはじめて、内側部位２５が長いレーザパルス長（＞１００ｎｓ、特に＞５００ｎｓ）で切除される（最終切除工程）。
【００４４】
はじめて鋳造された新製造部品において、この方法が利用される。再加工すべき部品１にも同様にこの方法は利用される。再生加工（若返り処理）は、使用後における部品１が例えば被覆を除去され、例えば割れの閉塞および酸化層および腐食層の除去のような修復後にあらためて被覆されることを意味する。ここでは例えば汚れあるいは孔７内に達した新たに設けられ被覆材料（図１１参照）がレーザ１９、１９′で除去される。あるいは、被覆部位における特殊な成形（ディフューザ）は、再被覆後に仕上げの際に再製造される。
【００４５】
《再生加工》
【００４６】
図１１は、層１６の材料で基材４を被覆する際に既に存在する孔７の中にその材料が侵入された孔７の追加加工（若返り処理）を示している。例えば孔７の下部１０における深い位置の部位は、１００ｎｓより大きく、特に５００ｎｓより大きいレーザパルス長を有するレーザで加工される。その部位に符号２５が付されている。
【００４７】
例えばディフューザ１３の部位における汚れが存在する致命的欠陥周縁部２８は、５００ｎｓ以下、特に１００ｎｓより小さいレーザパルス長を有するレーザ１９′で加工される。
【００４８】
《装置》
【００４９】
図１２〜図１５は、特に本発明に基づく方法を実施するための装置４０を例示している。この装置４０は、少なくとも１個の光学系３５、３５′、特に孔７を発生するために基材４に向けて少なくとも１つのレーザビーム２２、２２′、２２″を転向する少なくとも１個のレンズ３５、３５′を有している。１個、２個あるいはそれ以上のレーザ１９、１９′、１９″が存在している。レーザビーム２２、２２′、２２″はミラー３１、３３を介して光学系３５、３５′に導かれる。そのミラー３１、３３は、例えばそれぞれ唯一のレーザ１９′、１９″がそのレーザビーム２２′、２２″をミラー３１、３３およびレンズ３５を介して部品１に向けて送るように変位あるいは回転できる。部品１、１２０、１３０、１５５あるいは光学系３５、３５′あるいはミラー３１、３３は、矢印４３の方向に移動され、これにより、レーザビーム２２、２２′は例えば図５に応じて部品１にわたって走査される。レーザ１９、１９′、１９″は例えば１０６４ｎｍあるいは５３２ｎｍの波長を有する。レーザ１９′、１９″は異なった波長、即ち、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍの波長を有する。パルス長に関して例えばレーザ１９′は０．１〜５ｍｓのパルス長に調整でき、これに対して、レーザ１９″は５０〜５００ｎｓのパルス長に調整できる。ミラー３１、３３の変位によって（図１２、図１３、図１４参照）、それぞれレーザ１９′、１９″のビームは、例えば外側周縁部２８あるいは内側部位２５を製造するために必要であるようなレーザパルス長で光学系３５を介して部品１に連結される。
【００５０】
図１２は、２個のレーザ１９′、１９″、２個のミラー３１、３３およびレンズ３５の形態の１個の光学系を示している。
【００５１】
例えばまず外側周縁部２８が図６に応じて製造されるとき、短いレーザパルス長の第１レーザ１９′が連結される。
【００５２】
それから内側部位２５が製造されるとき、ミラー３１の動きによって第１レーザ１９′が切り離され、ミラー３３の動きによって、長いレーザパルス長の第２レーザ１９″が連結される。
【００５３】
図１３は図１２に類似した装置を示しているが、ここでは２個の光学系が存在し、ここでは例えばレーザ１９′、１９″のレーザビーム２２′、２２″が部品１、１２０、１３０、１５５の異なった部位１５、２８に同時に転向されることを許す２個のレンズ３５、３５′が存在している。
【００５４】
例えば外側周縁部２８が発生されるとき、レーザビーム２２′が、この外被状部位２８の第１箇所およびそれに対して直径線的に対向して位置する第２箇所に転向され、これにより、加工時間がかなり短縮される。
【００５５】
第１レーザビーム２２′に対して光学系３５が、第２レーザビーム２２″に対して光学系３５′が利用される。この装置４０に応じて、レーザ１９′、１９″は順々にあるいは同時に、同じレーザパルス長あるいは異なったレーザパルス長で利用される。
【００５６】
図１４において、レンズの形態の光学系は存在せず、ミラー３１、３３しか存在していない。これらのミラー３１、３３は、レーザビーム２２′、２２″を部品１に向けて転向し、その動きによって、少なくともレーザビーム２２′、２２″が平面内において部品にわたって走査されるために利用される。ここでも同様に、レーザ１９′、１９″は同時に利用される。
【００５７】
この装置４０に応じて、レーザ１９′、１９″は順々にあるいは同時に、同じレーザパルス長あるいは異なったレーザパルス長で利用される。
【００５８】
図１５は、唯一のレーザ１９を備えた装置４０を示し、そのレーザ１９におけるレーザビーム２２は、例えばミラー３１を介して部品１に向けて転向される。
【００５９】
ここでも、例えばレンズの形態の光学系は必要とされない。レーザビーム２２は例えばミラー３１の動きによって部品１の表面にわたって走査される。これは短いレーザパルス長を利用する際に必要である。長いレーザパルス長の場合、レーザビーム２２は必ずしも走査されず、これにより、ミラー３１は工程段階におけるように動かされない。
【００６０】
しかし図１５における装置においても、レーザビームを同時に部品１、１２０、１３０、１５５の異なった部位２５、２８に転向するために、１個あるいは２個のレンズ３５、３５′を利用することができる。
【００６１】
《部品》
【００６２】
図１６はガスタービン１００を縦断面図で例示している。ガスタービン１００は内部に回転軸線１０２を中心として回転可能に支持されタービンロータとも呼ばれるロータ１０３を有している。このロータ１０３に沿って順々に、吸込み室１０４、圧縮機１０５、複数のバーナ１０７が同軸的に配置された例えばトーラス状燃焼器１１０特に環状燃焼器、タービン１０８および排気室１０９が続いている。環状燃焼器１１０は例えば環状の燃焼ガス通路１１１に連通している。そこで直列接続された例えば４つのタービン段１１２がタービン１０８を形成している。各タービン段１１２は例えば２つの翼列（翼輪）で形成されている。作動媒体（燃焼ガス）１１３の流れ方向に見て、燃焼ガス通路１１１内において各静翼列１１５に、多数の動翼１２０から成る翼列１２５が続いている。
【００６３】
その場合、静翼１３０はステータ１４３の内部車室１３８に固定され、これに対して、翼列１２５の動翼１２０は例えばタービン円板１３３によってロータ１０３に設けられている。ロータ１０３に発電機や作業機械（図示せず）が連結されている。
【００６４】
ガスタービン１００の運転中、圧縮機１０５によって吸込み室１０４を通して空気１３５が吸い込まれ、圧縮される。圧縮機１０５のタービン側端に用意された圧縮空気は、バーナ１０７に導かれ、そこで燃料と混合される。その混合気は燃焼器１１０において燃焼されて作動媒体１１３を発生する。この作動媒体１１３はそこから燃焼ガス通路１１１に沿って静翼１３０および動翼１２０を洗流する。作動媒体１１３は膨張し動翼１２０に衝撃を伝達し、これによって、動翼１２０がロータ１０３を駆動し、このロータ１０３がそれに連結された作動機械を駆動する。
【００６５】
ガスタービン１００の運転中、高温の作動媒体１１３に曝される部品は熱的負荷を受ける。環状燃焼器１１０に内張りされた熱シールド要素のほかに、作動媒体１１３の流れ方向に見て最初のタービン段１１２における静翼１３０と動翼１２０が最大の熱的負荷を受ける。そこの温度に耐えるために、それらの部品は冷却材によって冷却される。それらの部品の基材は同様に方向性組織を有し、即ち、単結晶組織（ＳＸ組織）を有するか、縦方向結晶粒組織（ＤＳ組織）だけを有する。部品に対する材料、特にタービン翼１２０、１３０および燃焼器１１０の部品に対する材料として、例えば鉄基、ニッケル基あるいはコバルト基の耐熱合金が利用される。かかる耐熱合金は例えば欧州特許出願公告第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレットあるいは国際公開第００／４４９４９号パンフレットで知られ、これらの文献にそれらの合金の化学組成が開示されている。
【００６６】
静翼１３０は、タービン１０８の内部車室１３８の側の静翼脚（図示せず）と、この静翼脚とは反対の側の静翼先端とを有している。この静翼先端はロータ１０３の側に面し、ステータ１４３の取付け輪１４０に固定されている。
【００６７】
図１７に流体機械の動翼１２０あるいは静翼１３０が斜視図で示され、これらの翼１２０、１３０は長手軸線１２１に沿って延びている。
【００６８】
その流体機械は航空機や発電所のガスタービン、蒸気タービンあるいは圧縮機である。
【００６９】
翼１２０、１３０は、その長手軸線１２１に沿って順々に、取付け部４００と、これに続く翼台座４０３と、翼形部（羽根部）４０６と、翼先端４１５とを有している。翼１３０は、静翼１３０としてその先端４１５にもう１つの翼台座（図示せず）を有することもできる。
【００７０】
ロータ軸あるいは内部車室（図示せず）に翼１２０、１３０を取り付けるために用いる翼脚１８３が取付け部４００に形成されている。その翼脚１８３は例えば断面ハンマ状先端として形成されている。断面クリスマスツリー状脚あるいはダブテール状脚として形成することもできる。翼１２０、１３０は、翼形部４０６を洗流する媒体に対して、前縁（入口縁）４０９と後縁（出口縁）４１２を有している。
【００７１】
通常の翼１２０、１３０の場合、翼１２０、１３０の全部位４００、４０３、４０６に例えば中実金属材料特に耐熱合金が利用されている。かかる耐熱合金は例えば欧州特許出願公告第１２０４７７６号明細書、欧州特許第１３０６４５４号明細書、欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書、国際公開第９９／６７４３５号パンフレットあるいは国際公開第００／４４９４９号パンフレットで知られ、これらの文献にそれらの合金の化学組成が開示されている。この場合、翼１２０、１３０は、一方向性凝固による鋳造法、鍛造法、切削加工法あるいはそれらの組合せで製造される。
【００７２】
運転中に大きな機械的、熱的および／又は化学的負荷を受ける機械における部品として、１つあるいは複数の単結晶組織の部材が利用される。かかる単結晶組織の部材の製造は、例えば溶融物からの一方向性凝固によって行われる。これは、液状金属合金が単結晶組織の形に、即ち、単結晶部材に凝固されるか一方向凝固される鋳造法である。そのデンドライト（樹状晶）結晶は、熱流束に沿って方向づけられ、柱状結晶粒組織（柱状組織（Columnar）、即ち、部材の全長にわたって延び、ここでは一般的に一方向凝固と呼ばれる結晶粒）を形成するか、あるいは単結晶組織を形成し、即ち、部材全体が唯一の結晶から成っている。この方法において、無指向性成長によって必然的に、一方向凝固部品あるいは単結晶部品の良好な特性を無に帰する横方向粒界と縦方向粒界が形成されるので、球状（多角結晶）凝固への移行は避けねばならない。従って、一般に一方向凝固組織を問題するとき、それは、粒界が存在しないか、たかだか小角粒界しか存在しない単結晶と、縦方向に延びる粒界が存在するが、横方向に延びる粒界が存在しない柱状結晶粒組織とを意味する。後者の結晶組織の場合、一方向凝固組織（directionally solidified structures）とも呼ばれる。かかる方法は米国特許第６０２４７９２号明細書と欧州特許出願公開第０８９２０９０号明細書で知られ、これらの文献に凝固方法に関して開示されている。
【００７３】
同様に翼１２０、１３０は、防食被覆あるいは酸化防止被覆、例えばＭＣｒＡｌＸ層を有している（ここで、Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群における少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／又は珪素および／又は少なくとも１つの希土類元素ないしハフニウム（Ｈｆ）である）。かかる合金は、欧州特許出願公告第０４８６４８９号明細書、欧州特許出願公告第０７８６０１７号明細書、欧州特許出願公告第０４１２３９７号明細書あるいは欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書で知られ、これらの文献にそれらの合金の化学組成に関して開示されている。それらの密度は、好適には、理論密度の９５％である。ＭＣｒＡｌＸ層の上に（中間層としてあるいは最外側層として）防護酸化アルミニウム層（ＴＧＯ＝thermal grown oxide layer＝遮熱コーティング）も存在している。
【００７４】
ＭＣｒＡｌＸ層の上に、好適に最外層である断熱層も存在し、これは例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2から成り、即ち、酸化イットリウムおよび／又は酸化カルシウムおよび／又は酸化マグネシウムにより、全く安定化されていないか、部分安定化あるいは完全安定化されている。この断熱層はＭＣｒＡｌＸ層全体を覆っている。例えば電子ビーム蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適当な被覆法によって、断熱層内に柱状粒子が発生されている。例えばエアプラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）あるいは化学気相蒸着法（ＣＶＤ）のような他の被覆法も考えられる。その断熱層は良好な熱衝撃強度のために多孔性、ミクロ割れ粒子あるいはマクロ割れ粒子を有している。即ち、その断熱層は、好適には、ＭＣｒＡｌＸ層より高い多孔性を有する。
【００７５】
翼１２０、１３０は中空に形成されるか中実に形成される。翼１２０、１３０が冷却されるようにするとき、翼１２０、１３０は中空であり、場合によっては（破線で図示された）膜冷却用孔４１８を有し、この膜冷却用孔４１８は本発明に基づく方法で製造される。
【００７６】
図１８はガスタービン１００の燃焼器１１０を示している。この燃焼器１１０は例えばいわゆる環状燃焼器として形成され、その場合、回転軸線１０２の周りを円周方向に分布して配置されそれぞれ火炎１５６を発生する複数のバーナ１０７が、共通の燃焼器室１５４に開口している。そのために、燃焼器１１０は全体として、回転軸線１０２の周りに位置された環状構造物として形成されている。
【００７７】
比較的高い効率を得るために、燃焼器１１０は約１０００℃〜１６００℃の比較的高温の作動媒体Ｍに対して設計されている。材料にとって不利なその運転パラメータにおいても比較的長い運転時間を可能にするために、燃焼器壁１５３はその作動媒体Ｍの側に熱シールド要素１５５で形成された内張り（ライニング）が設けられている。
【００７８】
燃焼器１１０の内部における高温のために、熱シールド要素１５５ないしその保持要素に対して冷却系が設けられる。その熱シールド要素１５５は例えば空洞であり、場合によっては燃焼器室１５４にも開口する冷却孔（図示せず）を有し、その冷却孔は本発明に基づく方法によって製造される。
【００７９】
各熱シールド要素１５５は、その作動媒体側が特に耐火性保護層（ＭＣｒＡｌＸ層および／又はセラミック層）で被覆され、あるいは耐熱性材料（中実セラミックレンガ）で作られている。この保護被覆の材料はタービン翼の材料に類似し、即ち、例えばＭＣｒＡｌＸである（ここで、Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の群における少なくとも１つの元素、Ｘは活性元素であり、イットリウム（Ｙ）および／又は珪素および／又は少なくとも１つの希土類元素ないしハフニウム（Ｈｆ）である）。かかる合金は、欧州特許出願公告第０４８６４８９号明細書、欧州特許出願公告第０７８６０１７号明細書、欧州特許出願公告第０４１２３９７号明細書あるいは欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書で知られ、これらの文献にそれらの合金の化学組成が開示されている。
【００８０】
ＭＣｒＡｌＸ層の上に例えばセラミック断熱層も存在し、これは例えばＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2から成り、即ち、酸化イットリウムおよび／又は酸化カルシウムおよび／又は酸化マグネシウムにより、全く安定化されていないか、部分安定化あるいは完全安定化されている。例えば電子ビーム蒸着法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適当な被覆法によって、断熱層内に柱状粒子が発生されている。例えばエアプラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）あるいは化学気相蒸着法（ＣＶＤ）のような他の被覆法も考えられる。その断熱層は良好な熱衝撃強度のために多孔性、ミクロ割れ粒子あるいはマクロ割れ粒子を有している。
【００８１】
再生（若返り）処理は、タービン翼１２０、１３０、熱シールド要素１５５がその使用後に場合によっては保護層を（例えばサンドブラストにより）除去されねばならないことを意味する。その後、腐食層および／又は酸化層ないしそれらの生成物の除去が行われる。場合によっては、タービン翼１２０、１３０あるいは熱シールド要素１５５における割れも修復される。その後、タービン翼１２０、１３０および熱シールド要素１５５の再被覆およびそれらの再利用が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】基材における孔の説明図。
【図２】被覆系における孔の説明図。
【図３】製造すべき貫通孔の平面図。
【図４】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図５】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図６】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図７】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図８】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図９】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図１０】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図１１】本発明に基づく方法の切除工程の説明図。
【図１２】本発明に基づく方法を実施するための装置の説明図。
【図１３】本発明に基づく方法を実施するための装置の説明図。
【図１４】本発明に基づく方法を実施するための装置の説明図。
【図１５】本発明に基づく方法を実施するための装置の説明図。
【図１６】ガスタービンの概略図。
【図１７】タービン翼の斜視図。
【図１８】燃焼器の部分破断斜視図。
【符号の説明】
【００８３】
１    部品
４    基材
７    孔
１０    孔の下部
１３    孔の外側表面部位
１６    セラミック層
１９    レーザ
２２    レーザビーム
２５    孔の内側部位
２８    外側周縁部
１２０    動翼
１３０    静翼
１５５    熱シールド要素
【図１】
2009523616.tif 000003
【図２】
2009523616.tif 000004
【図３】
2009523616.tif 000005
【図４】
2009523616.tif 000006
【図５】
2009523616.tif 000007
【図６】
2009523616.tif 000008
【図７】
2009523616.tif 000009
【図８】
2009523616.tif 000010
【図９】
2009523616.tif 000011
【図１０】
2009523616.tif 000012
【図１１】
2009523616.tif 000013
【図１２】
2009523616.tif 000014
【図１３】
2009523616.tif 000015
【図１４】
2009523616.tif 000016
【図１５】
2009523616.tif 000017
【図１６】
2009523616.tif 000018
【図１７】
2009523616.tif 000019
【図１８】
2009523616.tif 000020
【国際調査報告】
2009523616.tif 000021
2009523616.tif 000022
2009523616.tif 000023
2009523616.tif 000024
2009523616.tif 000025
2009523616.tif 000026