(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレードであり、根元領域から延在する狭窄ネック領域と延在するハブ領域とを含むブレードを提供する。【解決手段】根元領域（１６）から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライは、ハブ領域（１２）から狭窄ネック領域（１４）に向かって延在する少なくとも１つのインサートと織り交ぜられている。ＣＭＣタービンブレード（１０）を形成する方法は、根元領域（１６）から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライを、ハブ領域（１２）から狭窄ネック領域（１４）に向かって延在する少なくとも１つのインサートと織り交ぜるステップを含む。ＣＭＣタービンブレード（１０）は、根元領域（１６）と、根元領域（１６）から延在する狭窄ネック領域（１４）と、狭窄ネック領域（１４）から延在するハブ領域（１２）と、を含む。【選択図】図１
2019023457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレード（１０）であって、
根元領域（１６）と、
前記根元領域（１６）から延在する狭窄ネック領域（１４）と、
前記狭窄ネック領域（１４）から延在するハブ領域（１２）と、を含み、
前記根元領域（１６）から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）は、前記ハブ領域（１２）から前記狭窄ネック領域（１４）に向かって延在する少なくとも１つのインサート（２０）と織り交ぜられている、ＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのインサート（２０）と織り交ぜられた前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）は、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）に沿った層状クラック成長を緩和する、請求項１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項３】
前記根元領域（１６）はダブテール（１８）を含む、請求項１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の複数の中央ＣＭＣプライストリップ（２６）は、前記少なくとも１つのインサート（２０）の上下に交互に織り交ぜられている、請求項１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのインサート（２０）の複数のインサートＣＭＣプライストリップは、少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の上下に交互に織り交ぜられている、請求項１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのインサート（２０）は、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から離れるように導く、請求項１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのインサート（２０）は複数のインサートＣＭＣプライ（２８）を含み、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）は、少なくとも一対の前記複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の間に織り交ぜられている、請求項１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも一対の前記複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の一方は、前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から１．２ｍｍ以上のところに位置する、請求項７に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
【請求項９】
根元領域（１６）と、前記根元領域（１６）から延在する狭窄ネック領域（１４）と、前記狭窄ネック領域（１４）から延在するハブ領域（１２）と、を含むセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレード（１０）を形成する方法であって、前記方法は、
前記根元領域（１６）から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を、前記ハブ領域（１２）から前記狭窄ネック領域（１４）に向かって延在する少なくとも１つのインサート（２０）と織り交ぜるステップを含む方法。
【請求項１０】
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）に沿った層状クラック成長を緩和する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記根元領域（１６）にダブテール（１８）を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の複数の中央ＣＭＣプライストリップ（２６）を前記少なくとも１つのインサート（２０）の上下に交互に織り交ぜるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つのインサート（２０）の複数のインサートＣＭＣプライストリップを前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の上下に交互に織り交ぜるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から離れるように導くステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つのインサート（２０）の少なくとも一対の複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の間に前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を交互に織り交ぜるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一対の前記複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の一方を、前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から１．２ｍｍ以上のところに配置するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのインサート（２０）の複数の当接するインサートＣＭＣプライ（２８）を分離するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を前記複数の当接するインサートＣＭＣプライ（２８）と織り交ぜるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレードに関する。より具体的には、本実施形態は、インサートの周りに織り交ぜられた中央プライを有するＣＭＣタービンブレード、およびこのようなＣＭＣタービンブレードを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）部品の製造は、通常、既に存在するマトリックス材料を有する予備含浸複合繊維（プリプレグ）を敷設して部品（プリフォーム）の外形を形成することと、プリフォームを滅菌して焼成することと、焼成したプリフォームに溶融マトリックス材料を浸透させることと、プリフォームを機械加工またはさらに処理することとを含む。プリフォームに浸透させることは、セラミックマトリックスをガス混合物から堆積させること、プリセラミックポリマーを熱分解すること、化学的に反応する元素を一般に９２５〜１６５０℃（１７００〜３０００°Ｆ）の温度範囲で焼結すること、またはセラミック粉末を電気泳動的に堆積させることを含む。タービン翼形部に関して、ＣＭＣは、金属桁上に位置して、金属桁上に外側被覆を形成するか、または翼形部の外側表面のみを形成することができる。
【０００３】
ＣＭＣ材料の例は、これらに限定されないが、炭素繊維強化炭素（Ｃ／Ｃ）、炭素繊維強化炭化ケイ素（Ｃ／ＳｉＣ）、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、アルミナ繊維強化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３）、またはそれらの組み合わせを含む。ＣＭＣは、モノリシックセラミック構造と比較して高い伸び、破壊靱性、熱衝撃、動的負荷能力、および異方性特性を有し得る。
【０００４】
特定の従来のＣＭＣブレード構造は、翼形部、狭窄ネック領域、およびＣＭＣブレードをロータに結合するダブテールを含む。翼形部およびダブテールの様々な位置にあるＣＭＣプライの各部分の間に配置されたインサートは、翼形部とダブテールの間の狭窄ネック領域よりも広い翼形部およびダブテールを提供するのを助ける。特定の動作条件下では、この構造は剥離または層間引張（ＩＬＴ）応力をもたらし、ＣＭＣブレードの狭窄ネック領域内の中央平面またはその付近においてクラックの開始をもたらす可能性がある。生じた層間クラックは、ＣＭＣブレードの中央平面に沿って半径方向に伝播する傾向があり、クラックはプライ方向または半径方向に沿って狭窄ネック領域を通過して半径方向に伝播し続け、最終的にＣＭＣブレードを分割する。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態では、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレードは、根元領域と、根元領域から延在する狭窄ネック領域と、狭窄ネック領域から延在するハブ領域と、を含む。根元領域から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライは、ハブ領域から狭窄ネック領域に向かって延在する少なくとも１つのインサートと織り交ぜられている。
【０００６】
別の実施形態では、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレードを形成する方法は、根元領域から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライを、ハブ領域から狭窄ネック領域に向かって延在する少なくとも１つのインサートと織り交ぜるステップを含む。ＣＭＣタービンブレードは、根元領域と、根元領域から延在する狭窄ネック領域と、狭窄ネック領域から延在するハブ領域と、を含む。
【０００７】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例として示した添付の図面を伴って、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＣＭＣタービンブレードの一部分の断面図である。
【図２】図１のＣＭＣタービンブレードにおけるクラックの伝播を示す断面図である。
【図３】本開示の一実施形態におけるＣＭＣタービンブレードの部分断面斜視図である。
【図４】平面４−４に沿った図３のＣＭＣタービンブレードのインサートおよび中央ＣＭＣプライの部分断面側面図である。
【図５】図３のＣＭＣタービンブレードのインサートおよび中央ＣＭＣプライの平面図である。
【図６】図３のＣＭＣタービンブレード内のクラックの伝播を示す断面図である。
【図７】中央ＣＭＣプライと織り交ぜられたインサートＣＭＣプライを有するインサートを備えるＣＭＣタービンブレードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
可能な限り、同一の部品を表すために図面全体にわたって同一の符号を使用する。
【００１０】
インサートの周りに織り交ぜられた少なくとも１つの中央プライを含むセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレードと、このようなＣＭＣタービンブレードを形成する方法と、が提供される。
【００１１】
本開示の実施形態は、例えば、本明細書に開示した特徴のうちの１つまたは複数を含まない概念と比較して、従来のタービンロータにＣＭＣタービンブレードを組み込むことを可能にしつつ、ＣＭＣタービンブレードの狭窄ネック領域に高められた堅牢性を提供し、より堅牢なＣＭＣ翼形部システムを提供し、部品の落下を低減し、メンテナンスコストを低減し、狭窄ネック領域におけるプライ方向の層状クラック成長を緩和し、狭窄ネック領域における半径方向の層状クラック成長を緩和し、狭窄ネック領域における軸方向の層状クラック成長を緩和し、狭窄ネック領域内の剥離を低減し、狭窄ネック領域内の層間引張（ＩＬＴ）応力を低減し、またはこれらの組み合わせを提供する。
【００１２】
本明細書で使用する中央プライとは、インサートの側面に直接位置するか、または狭窄ネック領域の翼形部側の２つのインサートの間に延在する任意のＣＭＣプライをいう。
【００１３】
本明細書で使用されるインサートとは、ＣＭＣプライの間に配置され、ＣＭＣプライのスタック高さを増加させ、それにより、インサートを欠く半径方向の位置に対して軸方向にＣＭＣタービンブレードの厚さを増加させ、最終的なＣＭＣタービンブレードの構造要素として残る任意の構造体をいう。
【００１４】
本明細書で使用されるハブ領域とは、翼形部が高温ガス経路に曝されるＣＭＣタービンブレードの半径方向領域を指し、円周面またはブレードプラットフォームによって画定することができる。
【００１５】
本明細書で使用される狭窄ネック領域とは、ハブ領域と根元領域との間のＣＭＣタービンブレードの領域を指す。狭窄ネック領域は、狭窄ネック領域のＣＭＣプライの間にテーパ付きのインサートがあるかインサートがないかの結果として、ハブ領域および根元領域の厚さに対して半径方向の厚さが減少している。
【００１６】
図１を参照すると、ＣＭＣタービンブレード１０は、狭窄ネック領域１４から延在するハブ領域１２を含む。ＣＭＣタービンブレード１０はまた、ハブ領域１２から狭窄ネック領域１４の反対側の狭窄ネック領域１４から延在する根元領域１６を含む。根元領域１６は、ＣＭＣタービンブレード１０をロータ（図示せず）のスロット内に保持するダブテール１８を含む。ＣＭＣタービンブレード１０の中央平面４０も図１に示されている。
【００１７】
ＣＭＣプライ２２、２４は、根元領域１６から狭窄ネック領域１４を通ってハブ領域１２内に延在している。ＣＭＣタービンブレード１０の狭窄ネック領域１４を含む砂時計プロファイルは、特定のＣＭＣプライ２２、２４の間に配置されたインサート２０によって達成される。インサート２０は、ＣＭＣタービンブレード１０に所定のプロファイルを提供するために、図１に示すような異なる形状を有することができる。インサート２０は、一般にくさび形である。インサート２０のうちのいくつかは、主にハブ領域１２内に配置され、狭窄ネック領域１４に向かって延びるにつれて先細になる。他のインサートは、主に根元領域１６に配置され、狭窄ネック領域１４に向かって延びるにつれて先細になる。ＣＭＣプライ２２、２４は、ＣＭＣプライ２２、２４のスタックの頂部または底部にまたはその近くに配置された外側ＣＭＣプライ２２と、ＣＭＣプライ２２、２４のスタックの中心にまたはその近くに配置された中央ＣＭＣプライ２４と、を含む。狭窄ネック領域１４の少なくとも一部分は、ＣＭＣプライ２２、２４の軸方向スタックを含み、ハブ領域１２または根元領域１６からスタックのＣＭＣプライ２２、２４の間に延在するインサート２０がない。
【００１８】
図２を参照すると、運転中のＣＭＣタービンブレード１０の外力はＩＬＴ応力３０を発生し、ＩＬＴ応力３０は、主に円周方向であって、中央ＣＭＣプライ２４のうちの１つに対応し、かつ狭窄ネック領域１４の中心に位置するＣＭＣプライ２２、２４のスタックの中心でまたはその近くで最も高い。軸方向（図２のページの内外）において、最も高いバルクＩＬＴ応力３０は、ＣＭＣタービンブレード１０の前縁と後縁との間またはそのほぼ中間に集中している。極端な条件下では、ＩＬＴ応力３０によって、ＣＭＣタービンブレード１０の狭窄ネック領域１４内の中央平面４０またはその近くの開始点３２でクラックの開始が起こり得る。このクラックは、２つの隣接するＣＭＣプライ２４の間の経路に沿って、開始点３２から伝播方向３４にハブ領域１２に向かって層状に伝播する傾向がある。
【００１９】
図３を参照すると、ＣＭＣタービンブレード１０は、中央ＣＭＣプライ２４の一部に沿って中央ＣＭＣプライストリップ２６に分離された中央ＣＭＣプライ２４を含み、それは交互にインサート２０の上下を通り、中央ＣＭＣプライ２４をインサート２０に織り交ぜている。あるいは、インサート２０は、交互に中央ＣＭＣプライ２４の上下を通り、インサート２０を中央ＣＭＣプライ２４に織り交ぜるインサートＣＭＣプライストリップを有してもよい。この織り交ぜは、ＣＭＣタービンブレード１０のブレードシャンクの狭窄ネック領域１４に集中している。図４は、インサート２０を横切って見た図であり、インサート２０の上下を通る中央ＣＭＣプライ２４のストリップ２６を示す。図５は、インサート２０の上下に織り交ぜられた中央ＣＭＣプライストリップ２６を有する中央ＣＭＣプライ２４を見下ろす上面図を示す。隣接する中央ＣＭＣプライ２４はまた、改変され、中央ＣＭＣプライ２４と織り交ぜられて、スタック内の後続のＣＭＣプライ２２、２４のためのより滑らかな層を提供することができる。
【００２０】
図６を参照すると、運転中のＣＭＣタービンブレード１０の外力はＩＬＴ応力３０を発生し、ＩＬＴ応力３０は、主に円周方向であって、狭窄ネック領域１４のＣＭＣプライ２２、２４のスタックの中心でまたはその近くで最も高い。極端な条件下では、ＩＬＴ応力３０によって、ＣＭＣタービンブレード１０の狭窄ネック領域１４の開始点３２でクラックの開始が起こり得る。このクラックは、開始点３２からハブ領域１２に向かって伝播方向３４に中央ＣＭＣプライ２４の間を伝播する傾向があるが、クラックがインサート２０の先端の織り交ぜられた部分の縁部３６に達すると、それに続く経路があまり明確ではなく、クラックの継続的な伝播は、それが縁部３６に達すると阻止または停止される。
【００２１】
図７を参照すると、ＣＭＣタービンブレード１０は、インサートＣＭＣプライ２８を含むインサート２０を含む。いくつかの実施形態では、インサート２０は、インサートＣＭＣプライ２８のスタックまたはラミネートである。２つのインサートＣＭＣプライ２８は、中央ＣＭＣプライ２４を中央平面４０から離すように導き、中央のＣＭＣプライ２４は、インサート２０のそれらの２つのインサートＣＭＣプライ２８と第３のインサートＣＭＣプライ２８（最外部、図７の最も右側）との間に挿入する。隣接する中央ＣＭＣプライ２４の端部は、第３のインサートＣＭＣプライ２８の端部で終端する。ＣＭＣタービンブレード１０の一部のみが図７に示されており、分かりやすくするためにその部分の特徴の一部のみが示されている。図７では１つの中央ＣＭＣプライ２４のみがインサートＣＭＣプライ２８と織り交ぜられて示されているが、複数の中央ＣＭＣプライ２４がＣＭＣタービンブレード１０の１つまたは複数のインサート２０のインサートＣＭＣプライ２８と織り交ぜられてもよい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、中央ＣＭＣプライ２４の織り交ぜは、プライ方向に沿ったまたは平行な層状クラック成長の可能性を低減する。層状クラック成長は、ＣＭＣタービンブレード１０における主要かつ最も容易な形態またはクラック伝播である。層状クラック成長において、クラックはＣＭＣプライ２４に沿って繊維方向に平行に伝播する。対照的に、トランスラミナークラックは、繊維とプライとの間で橋渡しまたは交差するものであり、成長を続けるために個々の繊維ストランドを破断する必要があるため、停止する可能性がより高い。ＣＭＣプライ２４、２８の織り交ぜは、層状プライをＣＭＣタービンブレード１０の中央からそらすことを促進し、それはより多くのエネルギーを必要とするので、クラックのさらなる伝播を抑制する。
【００２３】
織り交ぜは、織り交ぜられた領域にクラックが移動する傾向を低減する任意の方法で行うことができる。いくつかの実施形態では、織り交ぜは、１つまたは複数のＣＭＣプライ２４、２８をストリップに分離し、ストリップを織り交ぜることを含む。いくつかの実施形態では、ストリップに分離されているＣＭＣプライ２４、２８は、当接するＣＭＣプライ２４、２８である。いくつかの実施形態では、ＣＭＣプライ２４、２８はストリップに分離されることなく織り交ぜられる。いくつかの実施形態では、ＣＭＣプライストリップ２６をインサートＣＭＣプライ２８内に織り交ぜるために、中央ＣＭＣプライ２４の一部がスプライスまたはカットされる。
【００２４】
中央ＣＭＣプライストリップ２６またはインサートＣＭＣプライストリップは、織り交ぜを可能にするが、ＣＭＣプライ２４、２８の構造的完全性を維持する任意の幅を有することができる。いくつかの実施形態では、中央ＣＭＣプライストリップ２６またはインサートＣＭＣプライストリップの幅は、約２．５ｃｍ（約１インチ）、あるいは約２ｃｍ〜約３ｃｍ（約０．８インチ〜約１．２ｃｍ）、あるいは約１ｃｍ（約０．４インチ）以上、あるいは約２ｃｍ（約０．８インチ）以上、あるいは約３ｃｍ（約１．２インチ）以上、あるいは約３ｃｍ（約１．２インチ）以下、あるいは約７．６ｃｍ（約３．０インチ）以下、またはこれらの間の任意の値、範囲、もしくは下位範囲である。
【００２５】
いくつかの実施形態では、中央ＣＭＣプライ２４は、根元領域１６から延びて、ハブ領域１２のブレードキャビティで終端し、インサート２０に沿って織り交ぜられる。この織り交ぜは、プライを横断し、したがって荷重経路を横断することによって狭窄ネック領域１４の堅牢性を助ける。狭窄ネック領域１４にＩＬＴクラックが発生すると、織り交ぜは、ブレードキャビティまで移動するクラックの傾向を低減させるのを助ける。
【００２６】
いくつかの実施形態では、中央ＣＭＣプライ２４は、根元領域１６から延在するが、ハブ領域１２のブレードキャビティの前で終端する。いくつかの実施形態では、中央ＣＭＣプライ２４は、根元領域１６から延在し、インサート２０か、インサート２０のインサートＣＭＣプライ２８か、またはインサート２０のインサートＣＭＣプライ２８の間で終端する。
【００２７】
織り交ぜは、好ましくは、ＣＭＣタービンブレード１０の現在の製造方法に適合し、それはインサート２０を組み込むために中空のＣＭＣタービンブレード１０のための実施を含む。
【００２８】
本開示の方法は、ダブテール１８による取り付けのためにロータと適合するＣＭＣタービンブレード１０を形成する。あるいは、狭窄ネック領域１４の厚さを増加させる方法は、ＩＬＴ応力を緩和することができるが、そのような方法は製造コストを増加させ、従来のホイールまたはロータに適合しないＣＭＣタービンブレードを生成することがある。
【００２９】
中央プライ２４とインサート２０との織り交ぜは、いくつかの異なる織りパターンおよびインサート２０のいずれかによって達成することができる。いくつかの実施形態では、インサート２０は予備硬化プリフォームである。いくつかの実施形態では、インサート２０はインサートＣＭＣプライ２８を含む。いくつかの実施形態では、インサートＣＭＣプライ２８はストリップに分離される。いくつかの実施形態では、中央ＣＭＣプライ２４は、中央ＣＭＣプライストリップ２６に分離される。いくつかの実施形態では、中央ＣＭＣプライ２４もインサートＣＭＣプライ２８もストリップに分離されずに、インサート２０のインサートＣＭＣプライ２８の間に中央ＣＭＣプライ２４を挿入して、織り交ぜを達成する。いくつかの実施形態では、インサート２０は、中央ＣＭＣプライ２４をＣＭＣタービンブレード１０の中央平面４０から離れるように導き、インサート２０の第１のインサートＣＭＣプライは中央平面４０から離れて配置される。
【００３０】
いくつかの実施形態では、インサート２０は、１つまたは複数の中央ＣＭＣプライ２４をＣＭＣタービンブレード１０の中央平面４０から離れるように導く。いくつかの実施形態では、インサート２０は、中央ＣＭＣインサートを、中央平面４０から約１．３ｍｍ（約０．０５インチ）以上、あるいは中央平面４０から約２．５ｍｍ（約０．１インチ）以上、またはこれらの間の任意の量、範囲、または下位範囲離れるように導く。いくつかの実施形態では、最も外側のインサートＣＭＣプライ２８は、中央平面４０から約１．３ｍｍ（約０．０５インチ）以上、あるいは中央平面４０から約２．５ｍｍ（約０．１インチ）以上、またはこれらの間の任意の量、範囲、または下位範囲離れて配置される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、インサート２０は、中央ＣＭＣプライ２４と織り交ぜられたプライを含む。半径方向に沿って不連続なプライドロップが生成される。この配置は、クラックの進行を妨げるのに役立つと予想される半径方向の不連続性を提供する。
【００３２】
セラミックマトリックスを有するＳｉＣベースまたはセラミックベースの複合材料は、繊維に垂直な方向でより高い剛性を示す。このより高い剛性または弾性率は、ＩＬＴ応力内でそれ自体を解決し、繊維弾性率よりもはるかに低いマトリックス弾性率を有するエポキシベースまたは樹脂ベースのマトリックスシステムには問題でも共通でもない。
【００３３】
ＣＭＣタービンブレード１０は、任意のセラミックマトリックス複合材料を使用して作製することができる。いくつかの実施形態では、ハブ領域１２、狭窄ネック領域１４、および根元領域１６の少なくとも一部分は、ＣＭＣから形成される。いくつかの実施形態では、ハブ領域１２、狭窄ネック領域１４、および根元領域１６のほとんど、すべて、または実質的にすべてがＣＭＣから形成される。いくつかの実施形態では、ＣＭＣブレード１０は、モノリシックであって、ハブ領域１２および狭窄ネック領域１４が一体であり、ハブ領域１２および根元領域１６が一体である。
【００３４】
１つまたは複数の実施形態を参照して本発明について記述してきたが、本発明の範囲から逸脱せずに、種々の変更を施してもよいこと、およびその要素を等価物に置換してもよいことが当業者によって理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料に適応させるために、その本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に属するすべての実施形態を含むことになることを意図している。加えて、詳細な説明で特定されるすべての数値は、正確な値と近似値の両方が明示的に特定されているものと解釈するものとする。
［実施態様１］
セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレード（１０）であって、
根元領域（１６）と、
前記根元領域（１６）から延在する狭窄ネック領域（１４）と、
前記狭窄ネック領域（１４）から延在するハブ領域（１２）と、を含み、
前記根元領域（１６）から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）は、前記ハブ領域（１２）から前記狭窄ネック領域（１４）に向かって延在する少なくとも１つのインサート（２０）と織り交ぜられている、ＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様２］
前記少なくとも１つのインサート（２０）と織り交ぜられた前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）は、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）に沿った層状クラック成長を緩和する、実施態様１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様３］
前記根元領域（１６）はダブテール（１８）を含む、実施態様１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様４］
前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の複数の中央ＣＭＣプライストリップ（２６）は、前記少なくとも１つのインサート（２０）の上下に交互に織り交ぜられている、実施態様１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様５］
前記少なくとも１つのインサート（２０）の複数のインサートＣＭＣプライストリップは、少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の上下に交互に織り交ぜられている、実施態様１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様６］
前記少なくとも１つのインサート（２０）は、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から離れるように導く、実施態様１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様７］
前記少なくとも１つのインサート（２０）は複数のインサートＣＭＣプライ（２８）を含み、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）は、少なくとも一対の前記複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の間に織り交ぜられている、実施態様１に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様８］
前記少なくとも一対の前記複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の一方は、前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から１．２ｍｍ以上のところに位置する、実施態様７に記載のＣＭＣタービンブレード（１０）。
［実施態様９］
根元領域（１６）と、前記根元領域（１６）から延在する狭窄ネック領域（１４）と、前記狭窄ネック領域（１４）から延在するハブ領域（１２）と、を含むセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）タービンブレード（１０）を形成する方法であって、前記方法は、
前記根元領域（１６）から延在する少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を、前記ハブ領域（１２）から前記狭窄ネック領域（１４）に向かって延在する少なくとも１つのインサート（２０）と織り交ぜるステップを含む方法。
［実施態様１０］
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）に沿った層状クラック成長を緩和する、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
前記根元領域（１６）にダブテール（１８）を形成するステップをさらに含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１２］
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の複数の中央ＣＭＣプライストリップ（２６）を前記少なくとも１つのインサート（２０）の上下に交互に織り交ぜるステップを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１３］
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つのインサート（２０）の複数のインサートＣＭＣプライストリップを前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）の上下に交互に織り交ぜるステップを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１４］
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から離れるように導くステップをさらに含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１５］
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つのインサート（２０）の少なくとも一対の複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の間に前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を交互に織り交ぜるステップを含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１６］
前記少なくとも一対の前記複数のインサートＣＭＣプライ（２８）の一方を、前記ＣＭＣタービンブレード（１０）の中央平面（４０）から１．２ｍｍ以上のところに配置するステップをさらに含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
前記少なくとも１つのインサート（２０）の複数の当接するインサートＣＭＣプライ（２８）を分離するステップをさらに含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１８］
前記織り交ぜるステップは、前記少なくとも１つの中央ＣＭＣプライ（２４）を前記複数の当接するインサートＣＭＣプライ（２８）と織り交ぜるステップを含む、実施態様１７に記載の方法。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ＣＭＣタービンブレード、ＣＭＣブレード
１２  ハブ領域
１４  狭窄ネック領域
１６  根元領域
１８  ダブテール
２０  インサート
２２  ＣＭＣプライ、外側ＣＭＣプライ、プライ
２４  中央ＣＭＣプライ、ＣＭＣプライ、中央プライ
２６  中央ＣＭＣプライストリップ、ＣＭＣプライストリップ、ストリップ
２８  インサートＣＭＣプライ、ＣＭＣプライ
３０  ＩＬＴ応力、バルクＩＬＴ応力
３２  開始点
３４  伝播方向
３６  縁部
４０  中央平面
【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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【外国語明細書】
2019023457000001.pdf