(57)【要約】【課題】複合物品製造中に消耗性コアの位置を保持するための方法およびデバイスを提供する。【解決手段】複合物品製造中に消耗性コア（１００）の位置を保持するための方法およびデバイスは、消耗性コア本体（１０２）および複数の保持アーチファクト（１１０）を有する消耗性コア（１００）を複合前駆体（１０６）構造の複合前駆体中空機構（１０４）に挿入することによって本明細書で教示される。次に、消耗性コア外部表面（１１２）から突出する複数の保持アーチファクト（１１０）が複合前駆体中空機構（１０４）の実質的に空間的に複製された表面幾何学形状（１１４）と少なくとも部分的に係合するように消耗性コア（１００）を配置する。消耗性コア（１００）は、次いで可溶性浸透剤として消費されて複合物品を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合物品製造中に消耗性コア（１００，３３０）の位置を保持する方法であって、
消耗性コア本体（１０２）および複数の保持アーチファクト（１１０）を含む消耗性コア（１００，３３０）を複合前駆体構造（３４０）の複合前駆体中空機構（１０４）に挿入することと、
消耗性コア外部表面（１１２）から突出する前記複数の保持アーチファクト（１１０）が前記複合前駆体中空機構（１０４）の実質的に空間的に複製された表面幾何学形状（１１４）と少なくとも部分的に係合するように前記消耗性コア（１００，３３０）を配置することと、
外部供給物を前記複合前駆体構造（３４０）に接続して複合物品製造システム（３００）を形成することと、
前記複合物品製造システム（３００）を取り囲む少なくとも１つの環境条件を調整して前記複合前駆体構造（３４０）に前記消耗性コア（１００，３３０）からの浸透材料を浸透させることと、
前記消耗性コア（１００，３３０）を消費して複合物品を形成することと、
前記環境条件を再調整することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記消耗性コア（１００，３３０）を消費する前記ステップが、前記消耗性コア（１００，３３０）と前記複合前駆体構造（３４０）との間に予め消費された材料界面を一体化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の保持アーチファクト（１１０）が、円筒状の突起、三角形の突起、正方形の突起、バンプ状の突起、螺旋状の突起およびそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記消耗性コア本体（１０２）の半径方向寸法が、前記複合前駆体中空機構（１０４）の少なくとも一部における前記複合前駆体中空機構（１０４）の半径方向寸法より小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
リザーバ（３２０）を前記消耗性コア（１００，３３０）に接続して、前記消耗性コア（１００，３３０）から余分な浸透材料を排出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記消耗性コア（１００，３３０）が、ケイ素、ホウ素、モリブデン、タングステン、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウム、ニオブ、タンタルおよびそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
中空機構の複合物品製造用の消耗性コア（１００，３３０）であって、
複合前駆体（１０６）の中空機構（１０４）内に配置された消耗性コア本体（１０２）であって、外部表面（１１２）から突出し、前記複合前駆体（１０６）で実質的に空間的に複製された表面幾何学形状（１１４）と少なくとも部分的に係合するように適合された複数の保持アーチファクト（１１０）を含む消耗性コア本体（１０２）を含み、
前記コア本体（１０２）は、溶融ケイ素中に有限の溶解度を有する浸透材料を含む、消耗性コア（１００，３３０）。
【請求項８】
前記浸透材料が、ケイ素、ホウ素、モリブデン、タングステン、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウム、ニオブ、タンタルおよびそれらの組合せを含む、請求項７に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
【請求項９】
前記消耗性コア（１００，３３０）が、約９５％のケイ素および約５％のホウ素の焼結微粒子を含む、請求項７に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
【請求項１０】
前記複数の保持アーチファクト（１１０）が、円筒状の突起、三角形の突起、正方形の突起、バンプ状の突起、螺旋状の突起およびそれらの組合せを含む、請求項７に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ターボ機械に関し、より具体的には、消耗性コアを使用して冷却ガスタービン構造を鋳造するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
インベストメント鋳造は、複雑な翼形部形状および内部冷却通路幾何学形状を有するブレードまたはベーンのようなガスタービン構成要素を製造するために、航空宇宙産業および電力産業において一般に使用されている。インベストメント鋳造ガスタービンブレードまたはベーンの製造は、翼形部形状に対応する内側表面を備えた外側シェルを有する鋳造容器を製造することを含み、翼形部内に形成される内部冷却通路に対応する外側シェル内に配置された１つまたは複数のコアを有することができる。溶融合金を鋳造容器内に導入し、次いで冷却して硬化させる。その後、外側シェルおよびコアを機械的または化学的手段によって除去して、外部翼形部形状およびコアの形状の中空内部冷却通路を有する鋳造ブレードまたはベーンを露出させる。
【０００３】
除去可能なコアは、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）構成要素を含むこれらのガスタービン構成要素の製造中に複合前駆体の内側表面を形成するために使用されることが多い。除去可能なコアシステムでは、複合物品の形成に続いて、除去可能なコアを複合物品内から引き抜かなければならない。いくつかのシステムでは、熱源への曝露によって複合物品から溶融または燃焼する可能性がある除去可能なコアを使用するが、他のシステムでは、複合物品自体が除去可能なコアの引き出しに対応するのに十分な大きさの構造孔を含むことが必要である。しかし、これらの方法は、物品の設計または性能を制限し、製造プロセスにおいて追加のステップを必要とし、および／または物品を損傷または破壊する可能性のある極端な熱に複合物品の構成要素および部分を曝すことがある。
【０００４】
溶融浸透（ＭＩ）、化学蒸気浸透（ＣＶＩ）およびポリマー含浸熱分解（ＰＩＰ）プロセスを含む、炭化ケイ素ベースのＣＭＣ構成要素を製造するための様々な他の方法が知られている。これらの製造技術は互いに大きく異なるが、各々が様々な処理段階での熱の適用を含むプロセスによって、ニアネット形状の部分を製造するためのツーリングまたはダイの使用を伴う。より従来的な超合金材料から形成されたタービンブレードおよびベーンと同様に、ＣＭＣブレードおよびベーンは、遠心荷重を低減し、また構成要素の動作温度を低下させる軽量化のために空洞および冷却通路を主に備えている。これらの特徴は、通常、除去可能なツーリングと消費性のツーリングとの組合せを使用してＣＭＣ構成要素に形成される。
【０００５】
公知のインベストメント鋳造プロセスは高価で時間がかかり、新しいブレードまたはベーン設計の開発には、通常、完成までに数カ月および数十万ドルかかる。さらに、設計選択は、セラミックコアおよびワックスパターンの製造においてプロセス限界により制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第９３８１５６６号
【発明の概要】
【０００７】
本開示の態様および利点は、以下の説明に一部が記載されるか、またはその説明から明らかにすることができ、あるいは本開示の実施を通じて理解することができる。
【０００８】
一実施形態では、複合物品製造中に消耗性コアの位置を保持する方法は、消耗性コア本体および複数の保持アーチファクトを有する消耗性コアを複合前駆体構造の複合前駆体中空機構に挿入することと、消耗性コア外部表面から突出する複数の保持アーチファクトが複合前駆体中空機構の実質的に空間的に複製された表面幾何学形状と少なくとも部分的に係合するように消耗性コアを配置することと、外部供給物を複合前駆体構造に接続して複合物品製造システムを形成することと、複合物品製造システムを取り囲む少なくとも１つの環境条件を調整して複合前駆体構造に消耗性コアからの浸透材料を浸透させることと、消耗性コアを消費して複合物品を形成することと、環境条件を再調整することとによって教示される。
【０００９】
別の実施形態では、中空機構の複合物品製造用の消耗性コアは、複合前駆体の中空機構内に配置された消耗性コア本体であって、外部表面から突出し、複合前駆体で実質的に空間的に複製された表面幾何学形状と少なくとも部分的に係合するように適合された複数の保持アーチファクトを有する消耗性コア本体を有するものとして教示され、コア本体は、溶融ケイ素中に有限の溶解度を有する浸透材料を有する。
【００１０】
本開示のこれらおよび他の特徴、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して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本開示の実施形態を例示し、説明と共に本開示の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
その最良の形態を含み、当業者を対象とする、完全かつ実施可能な程度の開示が本明細書に記載され、以下の添付の図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書で開示される実施形態を有するのに適した燃焼器を有する典型的なターボ機械ガスタービンの概略図である。
【図２】挿入されたときに複合前駆体の複製された表面幾何学形状に入れ子状の保持アーチファクトを有する典型的な消耗性コアの略図である。
【図３】消耗性コアを使用する典型的な複合物品製造システムの図である。
【図４】複合物品製造中に消耗性コアの位置を保持するための方法のフロー図である。
【００１３】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本開示の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下で、本発明の現在の実施形態を詳しく参照するが、その１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数値および文字による記号が使用されている。図面および説明の中で同じまたは類似の記号は、本発明の同じまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書で使用する場合、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用されることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。用語「上流」および「下流」は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。たとえば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。用語「半径方向に」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向に」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な相対方向を指す。本明細書で使用する場合、用語「浸透剤」は、ケイ素、または溶融ケイ素中に有限の溶解度を有する金属からなるケイ素合金を意味し、金属はケイ素中の金属の飽和点まで存在し、残部は実質的にケイ素である。たとえば、溶融ケイ素中に有限の溶解度を有する金属の一部は、ホウ素、モリブデン、タングステン、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウム、ニオブ、およびタンタルである。
【００１５】
各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそ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。本発明の例示的な実施形態は、例示の目的で産業用ガスタービンの文脈で一般的に説明されるが、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に具体的に記載していない限り、航空派生タービン、船舶用ガスタービンおよび航空機エンジンタービンを含むが、これらに限定されない任意のターボ機械に適用できることを、当業者は容易に理解するであろう。本明細書に示すように、本発明の態様は、複合物品、特に中空機構を含む複合物品の製造を容易にするように適合されたシステム、方法およびデバイスを提供する。これらの方法およびシステムは、複合前駆体の中空機構に収まるように適合された消耗性コアを使用し、消耗性コアは複合前駆体の内側表面に浸透材料を適用し、コア自体は製造プロセス中に消費される。
【００１６】
本発明の実施形態は、複合物品製造プロセス中に消耗性コアを所定の位置に保持するために表面に保持アーチファクトを有する消耗性コアの使用を含む方法を提供する。消耗性コアは、浸透前駆体材料を含み、中空機構を含む複合前駆体の内側表面に浸透材料を適用するように適合される。製造中、保持アーチファクトと共に消耗性コアが（たとえば、吸収および毛細管現象を介して）複合前駆体内に吸収され、それにより複合前駆体内から自己消費し、複合物品自体の一部となり、ネット形状の空隙を残して中空機構の内部を空にする。本明細書で教示される消耗性コアは、熱硬化性樹脂または従来技術で教示されている任意の形態の公知の溶融浸透の使用を必要としない。明確には、本明細書で教示される消耗性コアは、複合前駆体中の可溶性浸透剤として完全に消費される。したがって、消耗性コアと複合前駆体との間の予め消費された材料界面は完全に一体化され、その結果、境界層を有さない複合物品のネット形状の通路、空隙、または中空機構が得られる。消耗性コアは、製造プロセスを単純化し、複合物品全体を形成する際に焼失、溶融、溶解、二次アセンブリ、構造孔、溶融浸透またはコア除去の他の方法の必要性を排除する。保持アーチファクトは、消耗性コアの寿命中に消耗性コアを所定の位置に保持して、ネット形状のコアが事前処理の設定位置および向きを維持するようにする。
【００１７】
射出鋳造用の消耗性コアは、最初に所望のコア形状を合わせ用のコア金型半部分に精密に機械加工し、次に金型半部分を接合して所望の形状に対応する射出体積を画定し、浸透剤を射出体積に射出することによって製造することができる。使用される鋳造材料は、チタン合金、ニッケル合金（超合金とも呼ばれる）および高強度鋼を含むことができる。
【００１８】
ここで図面を参照すると、同じ参照符号は同じ構成要素を指し、図１は本発明の様々な実施形態を組み込むことができるガスタービン１０であるターボ機械の例を示している。全ての図において一貫した方向が、円周方向９０、下流軸方向９２、上流軸方向９３、および半径方向９４として定義される。示すように、ガスタービン１０は、一般に、圧縮機セクション１２を有し、圧縮機セクション１２は、ガスタービン１０の上流端部に配置された入口１４と、圧縮機セクション１２を少なくとも部分的に取り囲むケーシング１６とを有する。ガスタービン１０は、圧縮機セクション１２の下流に少なくとも１つの燃焼器２０を有する燃焼セクション１８と、燃焼セクション１８の下流のタービンセクション２２とをさらに含む。示すように、燃焼セクション１８は、複数の燃焼器２０を含むことができる。シャフト２４が、ガスタービン１０を軸方向に貫通して延びる。
【００１９】
動作中、空気２６は、圧縮機セクション１２の入口１４に引き込まれ、次第に圧縮されて圧縮空気２８を燃焼セクション１８に供給する。圧縮空気２８は、燃焼セクション１８に流入し、燃焼器２０内の燃料と混合されて可燃混合物を形成する。可燃混合物は、燃焼器２０で燃焼され、それにより燃焼器２０からタービンノズル３４の第１段３２を横切ってタービンセクション２２に流れる高温ガス３０を発生させる。タービンセクションは、一般に、タービンノズル３４の隣接列によって軸方向に分離された１つまたは複数の列のロータブレード３６を含む。ロータブレード３６は、ロータディスクを介してロータシャフト２４に結合される。タービンケーシング３８は、ロータブレード３６およびタービンノズル３４を少なくとも部分的に入れる。ロータブレード３６の列の各々またはいくつかは、タービンケーシング３８内に配置されるシュラウドブロックアセンブリ４０によって円周方向に取り囲まれてもよい。高温ガス３０は、タービンセクション２２を流れる際に急速に膨張する。熱および／または運動エネルギーが高温ガス３０からロータブレード３６の各段に伝達され、それによりシャフト２４が回転して機械的仕事を生じる。シャフト２４は、発電機（図示せず）のような負荷に結合されて電気を生成することができる。加えて、または代わりに、シャフト２４を使用して、ガスタービンの圧縮機セクション１２を駆動することができる。
【００２０】
ターボ機械の冷却構造に鋳造された消耗性コアを含む、複合物品製造方法およびシステムの実施形態が他の図に示されている。図中の構成要素の各々は、従来の手段、たとえば、共通の導管または図２〜図４に示す他の公知の手段を介して接続することができる。図２に示すように、中空機構の複合物品製造用の消耗性コア１００は、複合前駆体１０６の中空機構１０４内に配置された消耗性コア本体１０２であって、外部表面１１２から突出し、複合前駆体１０６で実質的に空間的に複製された表面幾何学形状１１４と少なくとも部分的に係合するように適合された複数の保持アーチファクト１１０を有する消耗性コア本体１０２を有する。コア本体１０２は、溶融ケイ素中に有限の溶解度を有する浸透材料から作ることができる。消耗性コア１００は、ケイ素、ホウ素、モリブデン、タングステン、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウム、ニオブ、タンタルおよびそれらの組合せから作られた浸透材料であってもよい。より具体的には、消耗性コアは、約９５％のケイ素および約５％のホウ素の焼結微粒子であってもよい。
【００２１】
消耗性コアの複数の保持アーチファクト１１０は、円筒状の突起、三角形の突起、正方形の突起、バンプ状の突起、螺旋状の突起およびそれらの組合せであってもよい。消耗性コア１００が複合前駆体１０６の中空機構１０４に配置されると、保持アーチファクト１１０は、消耗性コア１００が設定位置を保持するように複合前駆体１０６の空間的に複製された表面幾何学形状１１４と少なくとも部分的に係合する。保持アーチファクト１１０は、複合物品製造プロセスの間、消耗性コア１００が回転することを防止して軸方向の移動を防止する。消耗性コア本体１０２の半径方向寸法は、複合前駆体中空機構１０４の少なくとも一部における複合前駆体中空機構１０４の半径方向寸法より小さく、それにより浸透剤が消耗性コア外部表面１１２と複合前駆体中空機構１０４との間の空間を通って流れることを可能にする。複数の保持アーチファクト１１０は、消耗性コア外部表面１１２から半径方向、円周方向、およびそれらの組合せに突出することができる。
【００２２】
図４に示すように、複合物品製造中に消耗性コア１００の位置を保持する方法は、消耗性コア本体１０２および複数の保持アーチファクト１１０を有する消耗性コア１００を複合前駆体中空機構１０４に挿入するステップ４００と、消耗性コア外部表面１１２から突出する複数の保持アーチファクト１１０が複合前駆体中空機構１０４の実質的に空間的に複製された表面幾何学形状１１４と少なくとも部分的に係合するように消耗性コア１００を配置するステップ４１０と、外部供給物を複合前駆体構造３４０（図３参照）に接続して複合物品製造システム３００を形成するステップ４２０と、複合物品製造システム３００を取り囲む少なくとも１つの環境条件を調整して複合前駆体構造に消耗性コア１００からの浸透材料を浸透させるステップ４３０と、消耗性コア１００を消費して複合物品を形成するステップ４４０と、環境条件を再調整するステップ４５０とを含み得る。消耗性コア１００は、ケイ素、ホウ素、モリブデン、タングステン、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウム、ニオブ、タンタルおよびそれらの組合せであってもよい。消耗性コア１００を消費するステップは、消耗性コア１００と複合前駆体構造３４０との間に予め消費された材料界面を一体化することをさらに含むことができる。複数の保持アーチファクト１１０は、消耗性コア外部表面１１２から半径方向、円周方向、およびそれらの組合せに突出することができる円筒状の突起、三角形の突起、正方形の突起、バンプ状の突起、螺旋状の突起およびそれらの組合せであってもよい。いくつかの実施形態では、消耗性コア本体１０２の半径方向寸法は、複合前駆体中空機構１０４の少なくとも一部における複合前駆体中空機構１０４の半径方向寸法より小さく、それにより浸透剤が消耗性コア外部表面１１２と複合前駆体中空機構１０４との間の空間を通って流れることを可能にする。
【００２３】
方法はさらに、リザーバ３２０（図３参照）を消耗性コア３３０に接続して、消耗性コア３３０から余分な浸透材料を排出することができる。さらに、少なくとも１つの環境条件を調整するステップは、環境の温度を上げること、環境の圧力を高めること、およびそれらの組合せを含むことができる。追加の方法ステップは、複合前駆体構造３４０に実質的に近接した一組の外部ブロック３８０，３８２を配置することを含むことができ、外部ブロック３８０，３８２は、複合前駆体構造３４０に気中の浸透材料の流れを供給するように適合される。
【００２４】
図中のデータフロー図およびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステムおよび方法の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。これに関して、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、または方法の一部を表すことができ、それは、指定された論理機能を実施するための１つまたは複数の実行可能ステップを含む。いくつかの代替的な実施態様では、ブロックで説明した機能は図で説明した順序と異なる順序で行われてもよいことに留意されたい。たとえば、連続して示す２つのブロックが、実際に、実質的に同時に実行されてもよいし、あるいはそれらのブロックが含まれる機能に応じて時には逆の順序で実行されてもよい。
【００２５】
図３では、複合前駆体構造３４０内に内在化された消耗性コア３３０（想像線で示す）を含む複合物品製造システム３００の概略三次元斜視図が、本発明の実施形態に従って示されている。消耗性コア３３０は、図２の消耗性コア１００と機能および形態が同様であり、したがって、複数の保持アーチファクト１１０を含むことができる。複合前駆体構造３４０は、図２の複合前駆体１０６と同様であり、中空機構１０４と、空間的に複製された表面幾何学形状１１４とを含むことができる。図３の実施形態では、一組の外部ブロック３８０および３８２が、複合前駆体構造３４０の周囲に配置され、複合前駆体構造３４０の外側表面に浸透材料を適用するように適合される。追加の浸透剤ブロック３８０および３８２は、材料組成物が消耗性コア３３０と同様であってもよい。追加の浸透剤ブロック３８０および３８２の適用および／または包含は、複合前駆体構造３４０内の毛細管を完全に満たすのに必要な浸透剤の量に依存し得る。複合前駆体構造３４０は、ウィック３１２を介して第１の外部供給ブロック３１０、およびウィック３１６を介して第２の外部供給ブロック３１４に接続される。製造プロセス中、複合物品製造システム３００に高温を適用し、浸透材料（たとえば、マトリックス）を消耗性コア３３０、外部供給ブロック３１０、外部供給ブロック３１４、外部ブロック３８０および／または外部ブロック３８２を介して、複合前駆体構造３４０（たとえば、容積材料）に導入されるように誘発してもよい。図３に示すように、消耗性コア３３０および複合前駆体構造３４０は、複雑な幾何学形状、翼形部、タービンブレードなどを含む任意の形態の複合物品を生成するように形成されてもよい。浸透材料は、必要に応じて、外部ブロック３８０、外部ブロック３８２、外部供給ブロック３１０、外部供給ブロック３１４、および消耗性コア３３０のいずれかを介して複合前駆体構造３４０に導入することができ、浸透材料が複合前駆体構造３４０の全ての繊維を取り囲み、セラミック複合体中の全ての細隙を満たすようにさせる。
【００２６】
複合前駆体構造３４０は、浸透材料の吸収時に複合物品を形成するように適合された多孔質炭素化複合前駆体であってもよい。消耗性コア３３０は、複合前駆体構造３４０内に配置され、ウィック３１２（たとえば、溶融混合物を運ぶように適合された透過性ストリップ）を介して外部供給ブロック３１０に接続され得る。消耗性コア３３０は、リザーバ３２０を含むことができるドレイン３２２（たとえば、溶融混合物を運ぶように適合された透過性ストリップ）にさらに接続されてもよい。複合物品の形成中、複合物品製造システム３００は、熱および圧力の変動を含む環境条件のサイクルを受けることがある。このサイクルにより、浸透材料が供給ブロック３１０から消耗性コア３３０に移動し、消耗性コア３３０が複合前駆体３４０に吸収される。余分な浸透材料は、ドレイン３２２を介してリザーバ３２０に流れることができる。一実施形態では、消耗性コア３３０からの材料は、毛細管現象を介して複合前駆体３４０に吸収され得る。
【００２７】
複合前駆体３４０は、消耗性コア３３０を完全に収容（たとえば、封入）してもよい。消耗性コア３３０は、金属、ケイ素、もしくは現在知られているかまたは後に開発される任意の他の材料からプレス、鋳造、または機械加工されてもよい。予備成形は、複合前駆体１０６（図２）の中空機構１０４（図２）の輪郭を補完するために消耗性コア３３０を成形することができる。消耗性コア３３０の組成物は、純粋なケイ素またはケイ素と合金材料を含むことができる。一実施形態では、消耗性コア３３０は、ケイ素およびホウ素を含むことができる。別の実施形態では、消耗性コア３３０は、焼結微粒子を含み、約９５％のケイ素および約５％のホウ素を含むことができる。別の実施形態では、消耗性コア３３０は、約２０％のホウ素、２０％の炭素、または２０％の高融点金属（たとえば、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂなど）およびケイ素の残りの部分の組成物を含むことができる。消耗性コア３３０は、複合前駆体構造３４０に内在化される前に、設定サイズおよび形状に鋳造されてもよい。消耗性コア３３０は、特定の例示的な組成物および化学物質に関して本明細書で説明されているが、これらの組成物および化学物質は単なる例示であり、任意の焼結化学物質、固体鋳造化学物質、および現在知られているかまたは後に開発される組成物が、消耗性コア３３０に含まれてもよいことが理解される。
【００２８】
ウィック３１２およびドレイン３２２は、同様の材料および組成物を含んでもよく、両方とも溶融混合物（たとえば、溶融ケイ素およびホウ素）を運ぶように適合される。一実施形態では、ウィック３１２およびドレイン３２２は、交換可能であってもよい。ウィック３１２およびドレイン３２２は、ウィック３１２およびドレイン３２２を形成するように製織または編組される不活性材料を含むことができる。一実施形態では、ウィック３１２およびドレイン３２２は、製織炭素繊維を含んでもよい。
【００２９】
本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示するとともに、任意のデバイスまたはシステムの作製と使用および任意の組み込まれた方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施できるようにしている。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者には想起される他の実施例を含んでもよい。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
複合物品製造中に消耗性コア（１００，３３０）の位置を保持する方法であって、
消耗性コア本体（１０２）および複数の保持アーチファクト（１１０）を含む消耗性コア（１００，３３０）を複合前駆体構造（３４０）の複合前駆体中空機構（１０４）に挿入することと、
消耗性コア外部表面（１１２）から突出する前記複数の保持アーチファクト（１１０）が前記複合前駆体中空機構（１０４）の実質的に空間的に複製された表面幾何学形状（１１４）と少なくとも部分的に係合するように前記消耗性コア（１００，３３０）を配置することと、
外部供給物を前記複合前駆体構造（３４０）に接続して複合物品製造システム（３００）を形成することと、
前記複合物品製造システム（３００）を取り囲む少なくとも１つの環境条件を調整して前記複合前駆体構造（３４０）に前記消耗性コア（１００，３３０）からの浸透材料を浸透させることと、
前記消耗性コア（１００，３３０）を消費して複合物品を形成することと、
前記環境条件を再調整することと
を含む、方法。
［実施態様２］
前記消耗性コア（１００，３３０）を消費する前記ステップが、前記消耗性コア（１００，３３０）と前記複合前駆体構造（３４０）との間に予め消費された材料界面を一体化することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記複数の保持アーチファクト（１１０）が、円筒状の突起、三角形の突起、正方形の突起、バンプ状の突起、螺旋状の突起およびそれらの組合せを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記消耗性コア本体（１０２）の半径方向寸法が、前記複合前駆体中空機構（１０４）の少なくとも一部における前記複合前駆体中空機構（１０４）の半径方向寸法より小さい、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記複数の保持アーチファクト（１１０）が、前記消耗性コア外部表面（１１２）から半径方向、円周方向、およびそれらの組合せに突出する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
リザーバ（３２０）を前記消耗性コア（１００，３３０）に接続して、前記消耗性コア（１００，３３０）から余分な浸透材料を排出することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
少なくとも１つの環境条件を調整する前記ステップが、前記環境の温度を上げること、前記環境の圧力を高めること、およびそれらの組合せを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記消耗性コア（１００，３３０）が、ケイ素、ホウ素、モリブデン、タングステン、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウム、ニオブ、タンタルおよびそれらの組合せを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記消耗性コア（１００，３３０）が、約９５％のケイ素および約５％のホウ素の焼結微粒子を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記複合前駆体構造（３４０）に実質的に近接した一組の外部ブロック（３８０，３８２）を配置することをさらに含み、前記外部ブロック（３８０，３８２）が、前記複合前駆体構造（３４０）に気中の浸透材料の流れを供給するように適合される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
中空機構の複合物品製造用の消耗性コア（１００，３３０）であって、
複合前駆体（１０６）の中空機構（１０４）内に配置された消耗性コア本体（１０２）であって、外部表面（１１２）から突出し、前記複合前駆体（１０６）で実質的に空間的に複製された表面幾何学形状（１１４）と少なくとも部分的に係合するように適合された複数の保持アーチファクト（１１０）を含む消耗性コア本体（１０２）を含み、
前記コア本体（１０２）は、溶融ケイ素中に有限の溶解度を有する浸透材料を含む、消耗性コア（１００，３３０）。
［実施態様１２］
前記浸透材料が、ケイ素、ホウ素、モリブデン、タングステン、クロム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、アルミニウム、ニオブ、タンタルおよびそれらの組合せを含む、実施態様１１に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
［実施態様１３］
前記消耗性コア（１００，３３０）が、約９５％のケイ素および約５％のホウ素の焼結微粒子を含む、実施態様１１に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
［実施態様１４］
前記複数の保持アーチファクト（１１０）が、円筒状の突起、三角形の突起、正方形の突起、バンプ状の突起、螺旋状の突起およびそれらの組合せを含む、実施態様１１に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
［実施態様１５］
前記消耗性コア本体（１０２）の半径方向寸法が、前記複合前駆体中空機構（１０４）の少なくとも一部における前記複合前駆体中空機構（１０４）の半径方向寸法より小さい、実施態様１１に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
［実施態様１６］
前記複数の保持アーチファクト（１１０）が、前記消耗性コア外部表面（１１２）から半径方向、円周方向、およびそれらの組合せに突出する、実施態様１１に記載の消耗性コア（１００，３３０）。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機セクション
１４  入口
１６  ケーシング
１８  燃焼セクション
２０  燃焼器
２２  タービンセクション
２４  シャフト、ロータシャフト
２６  空気
２８  圧縮空気
３０  高温ガス
３２  第１段
３４  タービンノズル
３６  ロータブレード
３８  タービンケーシング
４０  シュラウドブロックアセンブリ
９０  円周方向
９２  下流軸方向
９３  上流軸方向
９４  半径方向
１００  消耗性コア
１０２  消耗性コア本体
１０４  複合前駆体中空機構
１０６  複合前駆体
１１０  保持アーチファクト
１１２  消耗性コア外部表面
１１４  複製された表面幾何学形状
３００  複合物品製造システム
３１０  第１の外部供給ブロック
３１２  ウィック
３１４  第２の外部供給ブロック
３１６  ウィック
３２０  リザーバ
３２２  ドレイン
３３０  消耗性コア
３４０  複合前駆体構造、複合前駆体
３８０  外部ブロック、追加の浸透剤ブロック
３８２  外部ブロック、追加の浸透剤ブロック
【図１】
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【図２】
2018138312.tif 000004
【図３】
2018138312.tif 000005
【図４】
2018138312.tif 000006
【外国語明細書】
2018138312000001.pdf