(57)【要約】【課題】複合材構成部品内に通路を形成する。【解決手段】本方法は、繊維プリフォーム内に空洞を形成するステップを含む。空洞は通路の一部分を形成する。本方法はまた、コアを空洞内に挿入するステップと、繊維プリフォーム組立体を形成するために、１つまたは複数の繊維プライを繊維プリフォーム上に置くステップとを含む。本方法はさらに、繊維プリフォーム組立体を熱処理するステップと、複合材構成部品を形成するために、繊維プリフォーム組立体を高密度化するステップとを含む。本方法はまた、コアを複合材構成部品から除去するステップを含む。【選択図】図９
2018165510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材構成部品（１００、１０１）内に通路（１０２、１０３）を形成するための方法（２００）であって、
繊維プリフォーム（１０４）内に空洞（１０６）を形成するステップ（２０４）であって、前記空洞（１０６）が前記通路（１０２、１０３）の一部分を形成する、ステップ（２０４）と、
コア（１０８）を前記空洞（１０６）内に挿入するステップ（２０６）と、
繊維プリフォーム組立体（１１２）を形成するために、１つまたは複数の繊維プライ（１１０）を前記繊維プリフォーム（１０４）上に置くステップ（２０８）と、
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）と、
前記複合材構成部品（１００、１０１）を形成するために、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を高密度化するステップ（２１２）と、
前記コア（１０８）を前記複合材構成部品（１００、１０１）から除去するステップ（２１４）と
を含む方法（２００）。
【請求項２】
前記繊維プリフォーム（１０４）を形成するステップ（２０２）をさらに含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項３】
前記空洞（１０６）を形成するステップ（２０４）が、材料を前記繊維プリフォーム（１０４）から除去することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項４】
前記コア（１０８）を挿入するステップ（２０６）が、前記空洞（１０６）にスラリーを充填することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項５】
型穴を画定する、前記コア（１０８）用の型を形成することと、
前記型穴にスラリーを充填することと、
前記コア（１０８）を形成するために前記スラリーを硬化および焼結するように前記型を加熱することと
をさらに含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項６】
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）が、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）をオートクレーブ処理することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項７】
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）が、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）をバーンアウトすることを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項８】
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を高密度化するステップ（２１２）が、溶浸材で前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を溶融含侵することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項９】
前記溶浸材が金属または半金属から形成される、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項１０】
前記コア（１０８）を除去するステップ（２１４）が、水で前記コア（１０８）を溶解することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項１１】
前記コア（１０８）を除去するステップ（２１４）が、前記コア（１０８）全体を除去することを含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項１２】
前記繊維プリフォーム（１０４）が複数のセラミック繊維を含む、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項１３】
前記コア（１０８）がセラミック材料から形成される、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項１４】
前記繊維プリフォーム（１０４）が前記複合材構成部品（１００、１０１）と同じ形状を有する、請求項１記載の方法（２００）。
【請求項１５】
セラミックマトリックス複合材構成部品（１００、１０１）内に通路（１０２、１０３）を形成するための方法（２００）であって、
複数のセラミック繊維を含む繊維プリフォーム（１０４）を形成するステップ（２０２）と、
前記繊維プリフォーム（１０４）内に空洞（１０６）を形成するステップ（２０４）であって、前記空洞（１０６）が前記通路（１０２、１０３）の一部分を形成する、ステップ（２０４）と、
コア（１０８）を前記空洞（１０６）内に挿入するステップ（２０６）と、
繊維プリフォーム組立体（１１２）を形成するために、１つまたは複数のセラミック繊維プライ（１１０）を前記繊維プリフォーム（１０４）上に置くステップ（２０８）と、
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）と、
前記セラミックマトリックス複合材構成部品（１００、１０１）を形成するために、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を高密度化するステップ（２１２）と、
前記コア（１０８）を前記セラミックマトリックス複合材構成部品（１００、１０１）から除去するステップ（２１４）と
を含む方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、複合材構成部品を形成するための方法に関する。より詳細には、本開示は、複合材構成部品内に通路を形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは一般に、圧縮機セクション、燃焼セクション、およびタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、ガスタービンエンジンに入る空気の圧力を漸進的に上昇させ、この圧縮空気を燃焼セクションに供給する。圧縮空気と燃料（例えば、天然ガス）とは燃焼セクション内で混合し、燃焼室内で燃焼して高圧、高温の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに流入し、タービンセクションで膨張して仕事を行う。例えば、タービンセクションで燃焼ガスが膨張すると、発電機に接続されたロータシャフトを回転させて電力を発生させることができる。
【０００３】
一般に、ガスタービンエンジンの性能および効率は、燃焼ガス温度を上昇させることによって改善することができる。アルミナ系または炭化ケイ素系のセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ：ｃｅｒａｍｉｃ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）材料などの非伝統的な高温材料が、ガスタービンエンジン内の様々な構成部品によく使われるようになってきた。特に、燃焼セクションおよびタービンセクション内の金属合金構成部品をＣＭＣ材料に置き換えることに強い関心が持たれている。ＣＭＣ材料は、ニッケル基超合金およびほとんどの耐熱合金より高い作動温度に耐えることができる。ＣＭＣ材料は、必要な冷却がニッケル基超合金よりも少なく、高いタービン効率が可能になる。特定の例では、ＣＭＣ材料は、ＣＭＣロータブレードに嵌合させた金属製のディスクなど関連する金属部品に対する構造的な要件を少なくすることもできる。
【０００４】
ＣＭＣ構成部品は、伝統的な材料から形成された構成部品よりも過酷な温度に耐えることができるが、特定のＣＭＣ構成部品はそれでも冷却機能を必要とする場合がある。例えば、これらのＣＭＣ構成部品は、内部を通って延在する様々な冷却通路を画定することができる。冷却空気は、これらの冷却通路を通って流れ、それによってＣＭＣ構成部品を冷却することができる。それにもかかわらず、ＣＭＣ構成部品内に冷却通路を形成するための従来の方法では、ＣＭＣ構成部品の運用寿命を限られたものにする冷却通路となることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０００４０００号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術の態様および利点は、以下の説明で部分的に述べられ、あるいはその説明から明らかにされ、あるいは本技術の実施を通じて学ぶことができる。
【０００７】
一実施形態では、本開示は、複合材構成部品内に通路を形成するための方法を対象とする。本方法は、繊維プリフォーム内に空洞を形成するステップを含む。空洞は通路の一部分を形成する。本方法はまた、コアを空洞内に挿入するステップと、繊維プリフォーム組立体を形成するために、１つまたは複数の繊維プライを繊維プリフォーム上に置くステップとを含む。本方法はさらに、繊維プリフォーム組立体を熱処理するステップと、複合材構成部品を形成するために、繊維プリフォーム組立体を高密度化するステップとを含む。本方法はまた、コアを複合材構成部品から除去するステップを含む。
【０００８】
別の実施形態では、本開示は、セラミックマトリックス複合材構成部品内に通路を形成するための方法を対象とする。本方法は、複数のセラミック繊維を含む繊維プリフォームを形成するステップと、繊維プリフォーム内に空洞を形成するステップとを含む。空洞は通路の一部分を形成する。本方法はまた、コアを空洞内に挿入するステップと、繊維プリフォーム組立体を形成するために、１つまたは複数のセラミック繊維プライを繊維プリフォーム上に置くステップとを含む。本方法はさらに、繊維プリフォーム組立体を熱処理するステップと、セラミックマトリックス複合材構成部品を形成するために、繊維プリフォーム組立体を高密度化するステップとを含む。本方法はまた、コアをセラミックマトリックス複合材構成部品から除去するステップを含む。
【０００９】
本技術のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すれば、よりよく理解されるであろう。添付の図面は、この明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本技術の実施形態を例示して、本記述と併せて本技術の原理を説明する働きをしている。
【００１０】
当業者を対象として、最良の態様を含む本技術の完全かつ有効な開示を、添付の図を参照して本明細書で記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態による例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。
【図２】本開示の実施形態による例示的な複合材構成部品の上面図である。
【図３】本開示の実施形態による別の例示的な複合材構成部品の上面図である。
【図４】本開示の実施形態による複合材構成部品内に通路を形成するための方法を示すフロー図である。
【図５】本開示の実施形態による繊維プリフォームの上面図で、繊維プリフォームによって画定された空洞を示す図である。
【図６】本開示の実施形態による、図５の線６−６で概ね切り取られた繊維プリフォームの断面側面図で、繊維プリフォームによって画定された空洞をさらに示す図である。
【図７】本開示の実施形態による繊維プリフォームの上面図で、空洞内に配置されたコアを示す図である。
【図８】本開示の実施形態による、図７の線８−８で概ね切り取られた繊維プリフォームの断面側面図で、空洞内に配置されたコアをさらに示す図である。
【図９】本開示の実施形態による繊維プリフォーム組立体の断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書および図面では参照符号を繰り返し使用しているが、これは本技術の同じまたは類似した特徴または要素を表すことを意図している。
【００１３】
次に、１つまたは複数の例が添付図面に示されている本技術の実施形態を詳細に参照する。詳細な説明では、図面内の要素を指すために数字表示および文字表示を使用する。図面および記述における類似または同様の表示は、本技術の類似または同様の部品を指すために使用される。用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、本明細書で使用するとき、１つの構成部品を別の構成部品と区別するために交換可能に使用される場合があり、個々の構成部品の位置または重要性を意味することを意図していない。
【００１４】
それぞれの例は本技術を説明するために提示されており、本発明を限定するためのものではない。実際、本技術の範囲または精神から逸脱せずに、本技術において修正および変更を行うことができることは当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部分として例示または説明される特徴を、さらなる実施形態を得るために別の実施形態に使用することができる。したがって、本技術が、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にあるものとしてこのような修正および変更を包含することが意図されている。
【００１５】
次に、図を参照すると、図１は例示的なガスタービンエンジン１０の概略図である。図示のように、ガスタービンエンジン１０は一般に、圧縮機セクション１２と、燃焼セクション１４と、タービンセクション１６とを含む。圧縮機セクション１２は、１つまたは複数の列の圧縮機ベーン２０と、１つまたは複数の列の圧縮機ロータブレード２２とを有する圧縮機１８を含む。燃焼セクション１４は１つまたは複数の燃焼器２４を含む。タービンセクション１６は、１つまたは複数の列のタービンノズル２８と、１つまたは複数の列のタービンロータブレード３０とを有するタービン２６を含む。ガスタービンエンジン１０はまた、ガスタービンエンジン１０の軸方向中心線３４に沿って延在し、圧縮機１８とタービン２６を結合するシャフト３２を含む。シャフト３２は、単一のシャフト、または互いに結合された複数のシャフト部分とすることができる。
【００１６】
作動中、ガスタービンエンジン１０は、機械的な回転エネルギーを発生し、そのエネルギーを使って電力を発生させることができる。より詳細には、空気３６はガスタービンエンジン１０の入口３８に入って、圧縮機１８に流入する。圧縮機ベーン２０は、空気３６を圧縮機ロータブレード２２に向け、圧縮機ロータブレード２２は、空気３６を漸進的に圧縮して、燃焼器２４のそれぞれに圧縮空気４０を供給する。圧縮空気４０は燃料と混合して、その結果生じた燃料−空気混合物は燃焼器２４内で燃焼して高温、高圧の燃焼ガス４２を発生する。燃焼器２４から、燃焼ガス４２はタービン２６に流入する。タービンノズル２８は、燃焼ガス４２をタービンロータブレード３０に向け、燃焼ガス４２から運動エネンルギーおよび／または熱エネルギーを取り出す。この取り出されたエネルギーによってシャフト３２が回転され、それによって、圧縮機１８に動力を与える、かつ／または電力を発生させるための機械的な回転エネルギーを生成する。
【００１７】
図２は、ガスタービンエンジン１０に組み入れることができる複合材構成部品１００を示す。例えば、複合材構成部品１００は、タービンノズル２８のうちの１つ、またはタービンロータブレード３０のうちの１つとすることができる。複合材構成部品１００はまた、燃焼器ライナ、燃焼流スリーブ、タービンシュラウドブロック、またはタービンノズルダイアフラムなど、ガスタービンエンジン１０の任意の他の構成部品とすることができる。さらに、複合材構成部品１００は、ターボファンなどの他のタイプのターボ機械に組み入れることができる。実際、複合材構成部品１００は、任意の適切な機械または装置、ならびに／あるいは、任意の適切な用途に組み入れることができる。
【００１８】
複合材構成部品１００は、内部に１つまたは複数の通路１０２を画定することができる。圧縮機１８（図１）からの抽気などの冷却流体は通路１０２を通って流れ、それによって複合材構成部品１００を冷却することができる。図２に示す実施形態では、複合材構成部品１００は、内部を通って延在する１つの通路１０２を画定する。しかしながら、代替の実施形態では、複合材構成部品１００は、内部を通って延在する２つ、３つ、またはそれより多い通路１０２を画定することができる。通路１０２は、図２に示すように、構成部品１００の中を通る曲がった経路を有することができる。さらに、通路１０２はまた、任意の適切な断面形状（例えば、円形、矩形など）、および／または任意の適切な形状を有することができる。
【００１９】
図３は、ガスタービンエンジン１０に組み入れることができる複合材構成部品１０１を示す。複合材構成部品１００のように、複合材構成部品１０１は、ガスタービンエンジン１０、あるいは任意の他の機械または装置の任意の構成部品とすることができる。複合材構成部品１０１は、内部に１つまたは複数の通路１０３を画定することができる。図３に示す実施形態では、複合材構成部品１０１は、内部を通って延在する３つの通路１０３を画定する。しかしながら、代替の実施形態では、複合材構成部品１０１は、内部を通って延在する１つ、２つ、４つ、またはそれより多い通路１０３を画定することができる。複合材構成部品１００によって画定された通路１０２とは異なり、通路１０３は直線状である。しかしながら、通路１０３は任意の適切な形状を有することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、複合材構成部品１００、１０１は、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料から形成することができる。一般に、ＣＭＣ材料は、セラミックマトリックスに埋め込まれた連続した、または不連続なセラミック繊維、粒子、粗糸、織り糸、織物などを含む。繊維は典型的には、必要な材料特性になるように、かつ処理を容易にする（例えば、濡れ性を改善する）ように繊維−マトリックス界面を適合させるために多数の層で被覆される。例示的なセラミック繊維は、サファイアや炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、および炭素（グラファイト）を含むことができる。セラミックマトリクスは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、またはこれらを組み合わせたものから形成することができる。ＣＭＣ材料はまた、任意に、セラミック粒子（例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、およびこれらを組み合わせたものの酸化物）、ならびに／または無機フィラーを含むことができる。特定の実施形態では、複合材構成部品１００、１０１は、ＳｉＣ−ＳｉＣなどの連続した繊維強化セラミックから形成することができる。
【００２１】
図４は、本開示の実施形態による、複合材構成部品によって画定される冷却通路を形成するための方法２００を示すフロー図である。冷却通路１０２を複合材構成部品１００に形成するという文脈で方法２００を下記に説明する。しかしながら、方法２００の様々なステップを用いて冷却通路１０３を複合材構成部品１０１に形成することができる。
【００２２】
次に、図３〜５を参照すると、方法２００のステップ２０２において繊維プリフォーム１０４が形成される。繊維プリフォーム１０４は、複合材構成部品１００の前駆体でその一部分を形成する。これに関して、繊維プリフォーム１０４は１つまたは複数の繊維から形成される。複合材構成部品１００がＣＭＣ材料である実施形態では、繊維は、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維とすることができる。ステップ２０２の例示的な実施形態では、繊維は、化学蒸着を通じてコーティングで被覆することができる。次いで、繊維は、セラミックスラリーなどのスラリーを通して引き抜かれて、ドラムに濡れた状態で巻き取られる。濡れた状態で巻き取ると、繊維を、一方向性テープのプライおよび／または布のプライ（織物）などの様々なプライに形成することができる。次いで、プライは、複合材構成部品１００の所望の形状の型、マンドレル、または他のレイアップ装置にレイアップされて繊維プリフォーム１０４を形成することができる。例えば、レイアッププロセスは、多数のプライを積み重ねる、または積層して繊維プリフォーム１０４を形成することを含むことができる。しかしながら、代替の実施形態では、繊維プリフォーム１０４形成後に、繊維にスラリーを含侵することができる。方法２００のいくつかの実施形態はステップ２０２を含まなくてもよい。
【００２３】
ステップ２０４において、繊維プリフォーム１０４に空洞１０６が形成される。具体的には、繊維プリフォーム１０４の一部分を除去することによって空洞１０６を形成することができる。これに関して、任意の適切な材料除去方法、技法、および／またはプロセスを用いて空洞１０６を形成することができる。例えば、機械的なカッター、放電加工（ＥＤＭ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、またはレーザ加工を用いて空洞１０６を形成することができる。しかしながら、代替の実施形態では、ステップ２０２でプライをレイアップする前に個々のプライを切ることによって空洞１０６を形成することができる。
【００２４】
図５および６は、ステップ２０４の完了時の繊維プリフォーム１０４を示す。空洞１０６は、複合材構成部品１００によって画定される通路１０２の少なくとも一部分を形成する。したがって、空洞１０６は、通路１０２の少なくとも一部分と同様な形態（例えば、形状、寸法など）を有する場合がある。図示の実施形態では、空洞１０６の上部は開いている。これに関して、下記でより詳細に説明するように、繊維プリフォーム１０４の上にさらなる繊維プライを置いて通路１０２を完全に画定することができる。しかしながら、代替の実施形態では、繊維プリフォーム１０４が通路１０２を完全に画定するように穿孔（例えば、ＥＤＭ、ドリル加工、ミリング、または研削によって）、またはその他の方法で空洞１０６を形成することができる。複合材構成部品１００が複数の通路１０２を画定する実施形態では、ステップ２０４は複数の空洞１０６を形成することを含むことができる。
【００２５】
ステップ２０６において、コア１０８は、繊維プリフォーム１０４によって画定された空洞１０６内に挿入される。例えば、いくつかの実施形態では、空洞１０６にスラリーを充填してコア１０８を形成することができる。スラリーは、水溶性のセラミックスラリーなどのセラミックスラリー、または任意の他の適切なスラリーとすることができる。代替の実施形態では、コア１０８は固体の構成部品として形成され、次いで、空洞１０６内に置くことができる。このような実施形態では、コア１０８の所望の形状に対応する型穴を有するプラスチック型などの型を形成してもよい。具体的には、３次元印刷などの適切な付加製造プロセスによって型を形成することができる。次いで、型穴にスラリーを充填することができる。型およびスラリーは、炉の中で加熱されて型を焼失させ、スラリーを硬化、焼結し、それによってコア１０８を形成する。しかしながら、さらなる実施形態では、任意の適切なプロセス（例えば、スリップキャスティング、熱間等方圧加圧、または焼結）を用いてコア１０８を形成することができる。
【００２６】
図７および８は、ステップ２０６の完了時の繊維プリフォーム１０４を示す。図示のように、繊維プリフォーム１０４によって画定された空洞１０６にはコア１０８（例えば、水溶性のセラミックスラリー）が充填されている。これに関して、コア１０８は、空洞１０６の形状、寸法、および構成と一致することができる。下記でより詳細に説明するように、コア１０８は、空洞１０６、およびその結果生じる通路１０２が、熱処理および高密度化中につぶれる、または材料で満たされることを防ぐ。
【００２７】
ステップ２０８において、１つまたは複数のプライ１１０を繊維プリフォーム１０４上に置く。詳細には、繊維プライ１１０を繊維プリフォーム１０４上に積み重ねる、または積層することができる。これに関して、繊維プリフォーム１０４、コア１０８、および繊維プライ１１０は一緒になって、複合材構成部品１００の同じ形状、寸法、および構成を有する繊維プリフォーム組立体１１２を形成する。いくつかの実施形態では、多数の繊維プリフォーム１０４が一緒にレイアップされて、繊維プリフォーム組立体１１２を形成することができる。繊維プライ１１０は一般に、１つまたは複数の繊維からテープ、織物、または布として形成される。繊維プライ１１０を形成するために用いられる繊維は、繊維プリフォーム１０４を形成するために用いられる繊維と同じタイプ（例えば、炭化ケイ素繊維などのセラミック繊維）とすることができる。
【００２８】
図９に示すように、繊維プライ１１０は、コア１０８を覆って配置することができる。これに関して、繊維プライ１１０は、繊維プリフォーム１０４によって画定されていない通路１０２の部分（すなわち、上部）を画定する。繊維プリフォーム１０４が通路１０２を完全に画定する実施形態では、繊維プリフォーム１０４のどこか他のところに繊維プライ１１０を置くことができる。さらに、ステップ２０８は、繊維プリフォーム１０４が通路１０２を完全に画定するかどうかは任意とすることができる。このような例では、繊維プリフォーム１０４は、複合材構成部品１００の全形状を画定することができる。
【００２９】
ステップ２１０において、繊維プリフォーム組立体１１２は熱処理される。例えば、いくつかの実施形態では、熱処理は、オートクレーブ処理に続いてバーンアウトサイクルを含むことができる。より詳細には、ステップ２０８の完了時、繊維プリフォーム組立体１１２は、オートクレーブ内に置かれ、高温および／または高圧で圧縮また減量される。オートクレーブ処理によってまた、繊維プリフォーム組立体１１２の硬化が開始される。オートクレーブ処理後、繊維プリフォーム組立体１１２は未焼結状態である。次いで、繊維プリフォーム組立体１１２はバーンアウトサイクル（熱分解）を受けることができる。バーンアウト中、繊維プリフォーム組立体１１２は炉内に置かれて不活性雰囲気中または真空下で加熱される。これによって、繊維プリフォーム組立体１１２内の様々なバインダ、可塑剤、分散剤、溶媒、および他の処理材料は溶融、昇華、および／または変質する。バーンアウト中、繊維プリフォーム組立体１１２は、溶融した、またはガス化した反応生成物が、繊維プリフォーム組立体１１２から出ることができるように配置され、それによって、これらの反応生成物を繊維プリフォーム組立体１１２から除去することができる。様々な作業台または粉体台が繊維プリフォーム組立体１１２を支えて、適切にガス抜きすることができる。上記のように、コア１０８は、熱処理中（例えば、オートクレーブ圧密または熱分解中）に通路１０２がつぶれることを防ぐ。代替の実施形態では、繊維プリフォーム組立体１１２の熱処理は、オートクレーブ処理およびバーンアウトサイクルに加えて、または代えて、他の熱処理操作を含むことができる。ステップ２１０の完了時、繊維プリフォーム組立体１１２は高多孔質である。詳細には、繊維プリフォーム組立体１１２は典型的には、炭素、粒子、およびセラミック繊維が網状になっている。
【００３０】
ステップ２１２において、繊維プリフォーム組立体は高密度化される。例えば、繊維プリフォーム組立体１１２は、溶融含浸によって高密度化することができる。より詳細には、繊維プリフォーム組立体１１２は真空炉内に置かれて、溶浸材の融点または共融温度より高い（典型的には、１４００℃より高い）温度まで加熱することができる。溶融金属または半金属（例えば、溶融シリコン）などの溶浸材は、プリフォーム組立体１１２に浸透し、それによって、ステップ２１０の熱処理の結果として繊維プリフォーム組立体１１２に生成された気孔に充填される。次いで、溶浸材は繊維プリフォーム組立体１１２の成分（例えば、ステップ２０２において、スラリーを通して繊維を引き抜くことによって導入された炭素）と反応して複合材構成部品１００のマトリックス（例えば、炭化ケイ素）を形成する。上記で示したように、コア１０８は、高密度化中に通路１０２に溶浸材が充填されることを防ぐ。これに代えて、繊維プリフォーム組立体１１２は、Ｓｉｌｃｏｍｐ法、化学気相含浸、ポリマー含浸焼成、酸化物／酸化物法、溶融金属浸漬、真空熱プレス、または任意の他の適切な高密度化法を用いて高密度化することができる。ステップ２１２の完了時、繊維プリフォーム組立体１１２は高密度化され、マトリックスはセラミックに変質され、それによって、複合材構成部品１００が完成する。
【００３１】
ステップ２１４において、コア１０８を複合材構成部品１００から除去する。コア１０８は、任意の適切な方法、技法、および／またはプロセスを用いて除去することができる。幾何形状が許せば（例えば、図３に示す複合材構成部品１０１）、コア１０８は、簡単に機械的に除去することができる（例えば、手で、機械的に振動させて、または、機械的な道具で除去する）。コア１０８はまた、加熱、および／または化学処理によって除去することができる。例えば、複合材構成部品１００は、熱処理、真空熱処理、不活性ガス処理、酸処理、下地処理、または別の適切な溶剤を用いた処理を受けることができる。これに関して、コア１０４は、溶融、溶解、昇華、蒸発などによって除去することができる。例えば、コア１０８が水溶性のセラミック材料で形成されている場合、水を使ってコア１０８を溶解させることができる。それでもなお、コア１０８を任意の適切な技法によって除去することができる。ステップ２１４は、ステップ２１０および２１２の後に実行することができる。すなわち、コア１０８は、熱処理および高密度化の後に、複合材構成部品１００から除去することができる。さらに、いくつかの実施形態では、コア１０８は全体を、ステップ２１４中に、ならびにステップ２１０および２１２の完了後に除去することができる。
【００３２】
コア１０８の除去後、任意に、複合材構成部品１００はステップ２１６で仕上げることができる。複合材構成部品１００を仕上げるステップは、機械加工すること、および／または環境バリアコーティングを施すことを含むことができる。複合材構成部品１００を仕上げて、ガスタービンエンジン１０で使用するために複合材構成部品１００を用意するために、他のプロセスまたはステップも実行することができる。
【００３３】
上記でより詳細に説明したように、本明細書で開示した方法２００は、複合材構成部品１００、１０１によって画定される通路１０２、１０３のそれぞれの中にコア１０８を配置することを含む。コア１０８は、熱処理中に繊維プライ１１０がたわんで、またはつぶれて通路１０２、１０３内に入ることを防ぐ。実際、通路１０２、１０３の幅が、通路の高さの少なくとも２倍の場合にコア１０８を使用しないと、繊維プライ１１０は特にたわみやすくなる。コア１０８はまた、高密度化中に溶浸材が通路１０２、１０３に入ることを防ぐ。これに関して、従来の方法とは異なり、通路１０２、１０３は方法２００の完了時に所望の断面形状および寸法を保持する。すなわち、通路１０２、１０３は、繊維プライ１１０または溶浸材によっていかなる態様にもふさがれない。したがって、従来の方法によって形成された通路を通って流れるよりも多くの冷却空気が通路１０２、１０３を通って流れることができ、それによって、複合材構成部品１００、１０１をより強力に冷却することができる。したがって、通路１０２、１０３によってより強力に冷却すると、構成部品１００、１０１の運用寿命が延びる。
【００３４】
方法２００はまた他の利点も提供する。例えば、方法２００では、繊維プライ１１０の代わりにマトリックスプライを使用することができる。さらに、方法２００では、繊維プライ１１０の繊維を、複合材構成部品１００、１０１の主応力の方向に向けることができ、繊維が応力の方向とは異なる角度（９０度まで）に走ることを制限することができる。
【００３５】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本技術を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本技術を実施できるようにしている。本技術の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【００３６】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
複合材構成部品（１００、１０１）内に通路（１０２、１０３）を形成するための方法（２００）であって、
繊維プリフォーム（１０４）内に空洞（１０６）を形成するステップ（２０４）であって、前記空洞（１０６）が前記通路（１０２、１０３）の一部分を形成する、ステップ（２０４）と、
コア（１０８）を前記空洞（１０６）内に挿入するステップ（２０６）と、
繊維プリフォーム組立体（１１２）を形成するために、１つまたは複数の繊維プライ（１１０）を前記繊維プリフォーム（１０４）上に置くステップ（２０８）と、
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）と、
前記複合材構成部品（１００、１０１）を形成するために、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を高密度化するステップ（２１２）と、
前記コア（１０８）を前記複合材構成部品（１００、１０１）から除去するステップ（２１４）と
を含む方法（２００）。
［実施態様２］
前記繊維プリフォーム（１０４）を形成するステップ（２０２）をさらに含む実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様３］
前記空洞（１０６）を形成するステップ（２０４）が、材料を前記繊維プリフォーム（１０４）から除去することを含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様４］
前記コア（１０８）を挿入するステップ（２０６）が、前記空洞（１０６）にスラリーを充填することを含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様５］
型穴を画定する、前記コア（１０８）用の型を形成することと、
前記型穴にスラリーを充填することと、
前記コア（１０８）を形成するために前記スラリーを硬化および焼結するように前記型を加熱することと
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様６］
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）が、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）をオートクレーブ処理することを含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様７］
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）が、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）をバーンアウトすることを含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様８］
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を高密度化するステップ（２１２）が、溶浸材で前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を溶融含侵することを含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様９］
前記溶浸材が金属または半金属から形成される、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様１０］
前記コア（１０８）を除去するステップ（２１４）が、水で前記コア（１０８）を溶解することを含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様１１］
前記コア（１０８）を除去するステップ（２１４）が、前記コア（１０８）全体を除去することを含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様１２］
前記繊維プリフォーム（１０４）が複数のセラミック繊維を含む、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様１３］
前記コア（１０８）がセラミック材料から形成される、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様１４］
前記繊維プリフォーム（１０４）が前記複合材構成部品（１００、１０１）と同じ形状を有する、実施態様１に記載の方法（２００）。
［実施態様１５］
セラミックマトリックス複合材構成部品（１００、１０１）内に通路（１０２、１０３）を形成するための方法（２００）であって、
複数のセラミック繊維を含む繊維プリフォーム（１０４）を形成するステップ（２０２）と、
前記繊維プリフォーム（１０４）内に空洞（１０６）を形成するステップ（２０４）であって、前記空洞（１０６）が前記通路（１０２、１０３）の一部分を形成する、ステップ（２０４）と、
コア（１０８）を前記空洞（１０６）内に挿入するステップ（２０６）と、
繊維プリフォーム組立体（１１２）を形成するために、１つまたは複数のセラミック繊維プライ（１１０）を前記繊維プリフォーム（１０４）上に置くステップ（２０８）と、
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）と、
前記セラミックマトリックス複合材構成部品（１００、１０１）を形成するために、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を高密度化するステップ（２１２）と、
前記コア（１０８）を前記セラミックマトリックス複合材構成部品（１００、１０１）から除去するステップ（２１４）と
を含む方法（２００）。
［実施態様１６］
前記コアを挿入するステップ（２０６）が前記空洞（１０６）にスラリーを充填することを含む、実施態様１５に記載の方法（２００）。
［実施態様１７］
型穴を画定する、前記コア（１０８）用の型を形成することと、
前記型穴にスラリーを充填することと、
前記コア（１０８）を形成するために前記スラリーを硬化および焼結するように前記型を加熱することと
をさらに含む、実施態様１５に記載の方法（２００）。
［実施態様１８］
前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を熱処理するステップ（２１０）が、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）をオートクレーブ処理することと、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）をバーンアウトすることとを含み、前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を高密度化するステップ（２１２）が、溶浸材で前記繊維プリフォーム組立体（１１２）を溶融含侵することを含む、実施態様１５に記載の方法（２００）。
［実施態様１９］
前記コア（１０８）を除去するステップ（２１４）が、水で前記コア（１０８）を溶解することを含む、実施態様１５に記載の方法（２００）。
［実施態様２０］
前記コア（１０８）を除去するステップ（２１４）が、前記コア（１０８）全体を除去することを含む、実施態様１５に記載の方法（２００）。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ガスタービンエンジン
１２  圧縮機セクション
１４  燃焼セクション
１６  タービンセクション
１８  圧縮機
２０  圧縮機ベーン
２２  圧縮機ロータブレード
２４  燃焼器
２６  タービン
２８  タービンノズル
３０  タービンロータブレード
３２  シャフト
３４  軸方向中心線
３６  空気
３８  入口
４０  圧縮空気
４２  燃焼ガス
１００  複合材構成部品
１０１  複合材構成部品
１０２  通路
１０３  通路
１０４  繊維プリフォーム
１０６  空洞
１０８  コア
１１０  繊維プライ
１１２  繊維プリフォーム組立体
２００  方法
２０２  繊維プリフォームを形成
２０４  空洞を形成
２０６  コアを挿入
２０８  繊維プライを置く
２１０  熱処理
２１２  高密度化
２１４  コアを除去
２１６  仕上げ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2018165510000001.pdf