(57)【要約】【課題】セラミックマトリックス複合材物品を形成するための方法を提供する。【解決手段】セラミックマトリックス複合材物品を形成するための方法は、プライの第１のグループをレイアップすること（４１０）と、プライの第２のグループをレイアップすること（４１２）であって、プライの第１および第２のグループは、互いに隣接していることと、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで圧縮すること（４１４）と、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行すること（４２０）とを含む。方法はまた、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行すること（４２２）であって、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの一方であり、第２の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの他方であることを含む。【選択図】図６Ａ
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【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物品（２００）を形成するための方法（３００、４００）であって、
プライの第１のグループ（２５２）をレイアップすること（４１０）と、
プライの第２のグループ（２５４）をレイアップすること（４１２）であって、前記プライの第１および第２のグループ（２５２、２５４）は、互いに隣接していることと、
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで圧縮すること（３１６、４１４）と、
第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）と、
第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）とを含み、前記第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの一方であり、前記第２の浸透プロセスは、前記溶融浸透プロセスまたは前記化学気相浸透プロセスの他方である、方法（３００、４００）。
【請求項２】
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）が、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行する前に前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（４２１）を含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
【請求項３】
障壁（２５０）を前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）の少なくとも一部の間に設けること（４２４）
をさらに含む、請求項２に記載の方法（３００、４００）。
【請求項４】
前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）が、前記溶融浸透プロセスを実質的に前記プライの第１のグループ（２５２）のみに実行すること（４２６）を含む、請求項２に記載の方法（３００、４００）。
【請求項５】
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）が、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行する前に前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（４２８）を含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
【請求項６】
前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）が、前記化学気相浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行する前に前記プライの第１のグループ（２５２）を少なくとも部分的に覆うこと（４３２）を含む、請求項５に記載の方法（３００、４００）。
【請求項７】
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで圧縮すること（３１６、４１４）が、前記プライの第１および第２のグループ（２５２、２５４）を約２００℃〜約４００℃の温度に、および約１００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜約３００ｐｓｉの圧力に曝露すること（４１６）を含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
【請求項８】
前記プライの第１のグループ（２５２）を形成すること（４０２）であって、前記プライの第１のグループ（２５２）を形成すること（４０２）が、トウ（２０８）の第１のグループを第１のスラリに通過させること（３０６、４０６）を含むことと、
前記プライの第２のグループ（２５４）を形成すること（４０４）であって、前記プライの第２のグループ（２５４）を形成すること（４０４）が、トウ（２０８）の第２のグループを第２のスラリに通過させること（３１０、４０８）を含み、前記第１のスラリが、前記第２のスラリとは異なることと
をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
【請求項９】
前記第１のスラリおよび前記第２のスラリが各々、樹脂を含み、前記樹脂が、約１００℃〜約３００℃のガラス転移温度を有する、請求項８に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１０】
前記第１のスラリが、添加される約１０〜約２０体積％の炭素粉末と、添加される約１０〜約２０体積％のＳｉＣ粉末とを含み、前記第２のスラリが、添加される約５〜約２０体積％のＳｉＣ粉末と、添加される約５体積％未満の炭素粉末とを含む、請求項８に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１１】
前記第２の樹脂が、前記第１の樹脂によって規定されたガラス転移温度の約１０％以内のガラス転移温度を規定する、請求項１０に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１２】
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第１のスラリが、添加される炭素粉末を含む、請求項８に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１３】
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を圧縮した後に前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を熱分解すること（４１８）
をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１４】
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）が、プリフォームを共に形成し、前記プリフォームが、前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を熱分解した後に約３０％未満のチャー収率を有する、請求項１３に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１５】
前記プリフォームが、約１０％〜約２０％のチャー収率を有する、請求項９に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１６】
セラミックマトリックス複合材物品（２００）を形成するための方法（３００、４００）であって、
プライの第１のグループ（２５２）をレイアップすること（４１０）と、
プライの第２のグループ（２５４）をレイアップすること（４１２）であって、前記プライの第１および第２のグループ（２５２、２５４）は、互いに隣接していることと、
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を圧縮すること（３１６、４１４）と、
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで熱分解すること（４１８）と、
第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）と、
第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）とを含み、前記第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの一方であり、前記第２の浸透プロセスは、前記溶融浸透プロセスまたは前記化学気相浸透プロセスの他方である、方法（３００、４００）。
【請求項１７】
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで熱分解すること（４１８）が、前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループを圧縮した後に前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで熱分解すること（４１８）を含む、請求項１６に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１８】
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を圧縮すること（３１６、４１４）が、前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで圧縮すること（３１６、４１４）を含む、請求項１６に記載の方法（３００、４００）。
【請求項１９】
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）が、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行する前に前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（４２１）を含む、請求項１６に記載の方法（３００、４００）。
【請求項２０】
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）が、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行する前に前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（４２８）を含む、請求項１６に記載の方法（３００、４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）に関し、より具体的には、セラミックマトリックス複合材物品を形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックマトリックス複合材は、一般に、セラミックマトリックス材料に埋め込まれたセラミック繊維強化材料を含む。強化材料は、マトリックス亀裂の事象においてＣＭＣの耐荷重成分として働き、セラミックマトリックスは、補強材料を保護し、その繊維の配向を維持し、強化材料への荷重を分散させる働きをする。ガスタービンにおけるような高温用途に特に対象となるのは、マトリックスおよび／または強化材料として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むケイ素系複合材である。
【０００３】
異なる処理方法が、ＣＭＣの形成には用いられている。例えば、１つのアプローチは、溶融浸透（ＭＩ）を含み、溶融ケイ素を用いて繊維含有プリフォームに浸透する。プリプレグＭＩによって形成されたＣＭＣは、ほぼ完全に緻密であり、例えば、概して０体積％、または３体積％未満の残存空隙率を有する。この非常に低い空隙率は、高い比例限界強度ならびに層間引張およびせん断強度、高い熱伝導率および良好な耐酸化性のような、望ましい機械的特性を複合材に与える。しかしながら、ＭＩ複合材のマトリックスは、システムの使用温度をケイ素またはケイ素合金の融点の温度未満、または約２５５０Ｆ°〜２５７０Ｆ°に制限する遊離ケイ素相（すなわち、元素状ケイ素またはケイ素合金）を含む。さらに、遊離ケイ素相は、動作温度が融点に近づくにつれて、ＭＩ  ＳｉＣマトリックスの耐クリープ性を比較的低くする。
【０００４】
ＣＭＣを形成するための別のアプローチは、化学気相浸透（ＣＶＩ）である。ＣＶＩは、反応性ガスを昇温で使用して繊維強化複合材を形成することによってマトリックス材料を繊維プリフォームに浸透させるプロセスである。一般に、反応物をプリフォームに拡散させることによって導入される制限、およびプリフォームから拡散する副産物ガスは、複合材中の例えば、約１０％〜約１５％の比較的高い残存空隙率をもたらす。特に、典型的には、ＣＶＩを使用してＣＭＣを形成する際に、ＣＶＩによって形成された複合材の内側部分は、典型的には、複合材の外側部分の空隙率よりも高い空隙率を有する。この空隙率の存在は、ＭＩ  ＣＭＣと比較してＣＶＩ  ＣＭＣの面内および厚み方向の機械的強度、熱伝導率、ならびに耐酸化性を低下させる可能性がある。しかしながら、ＣＶＩ複合材マトリックスは、典型的には、遊離ケイ素相を有さず、したがってＭＩマトリックスよりも良好な耐クリープ性を有し、２５７０Ｆ°を超える温度で動作する可能性を有する。
【０００５】
ＣＶＩ  ＣＭＣ部分およびＭＩ  ＣＭＣ部分を含む物品が形成されてもよい。これらのそれぞれの部分は、別個にかつ連続して形成されてもよい。しかしながら、そのようなプロセスは、非常に時間がかかることがある。したがって、ＣＶＩ部分とＭＩ部分の両方をより効率的に含むＣＭＣ物品を形成するための方法が有用であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０１３６６９７号
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００８】
本開示の１つの例示的な実施形態では、セラミックマトリックス複合材物品を形成するための方法が提供される。方法は、プライの第１のグループをレイアップすることと、プライの第２のグループをレイアップすることであって、プライの第１および第２のグループは、互いに隣接していることと、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで圧縮することと、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することとを含む。方法はまた、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することであって、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの一方であり、第２の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの他方であることを含む。
【０００９】
特定の例示的な態様では、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスであり、第２の浸透プロセスは、化学気相浸透プロセスであり、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することは、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行する前に第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することを含む。
【００１０】
例えば、特定の例示的な態様では、方法は、障壁をプライの第１のグループおよびプライの第２のグループの少なくとも一部の間に設けることをさらに含んでもよい。
【００１１】
例えば、特定の例示的な態様では、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することは、溶融浸透プロセスを実質的にプライの第１のグループのみに実行することを含む。
【００１２】
特定の例示的な態様では、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスであり、第２の浸透プロセスは、化学気相浸透プロセスであり、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することは、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行する前に第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することを含む。
【００１３】
例えば、特定の例示的な態様では、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することは、化学気相浸透プロセスをプライの第２のグループに実行する前にプライの第１のグループを少なくとも部分的に覆うことを含む。
【００１４】
特定の例示的な態様では、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで圧縮することは、プライの第１および第２のグループを約２００℃〜約４００℃の温度に、および約１００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜約３００ｐｓｉの圧力に曝露することを含む。
【００１５】
特定の例示的な態様では、方法は、プライの第１のグループを形成することであって、プライの第１のグループを形成することは、トウの第１のグループを第１のスラリに通過させることと、プライの第２のグループを形成することであって、プライの第２のグループを形成することは、トウの第２のグループを第２のスラリに通過させ、第１のスラリは、第２のスラリとは異なることとをさらに含む。
【００１６】
例えば、特定の例示的な態様では、第１のスラリおよび第２のスラリは各々、樹脂を含み、樹脂は、約１００℃〜約３００℃のガラス転移温度を有する。
【００１７】
例えば、特定の例示的な態様では、第１のスラリは、添加される約１０〜約２０体積％の炭素粉末と、添加される約１０〜約２０体積％のＳｉＣ粉末とを含み、第２のスラリは、添加される約５〜約２０体積％のＳｉＣ粉末と、添加される約５体積％未満の炭素粉末とを含む。
【００１８】
例えば、特定の例示的な態様では、第２の樹脂は、第１の樹脂によって規定されたガラス転移温度の約１０％以内のガラス転移温度を規定する。
【００１９】
例えば、特定の例示的な態様では、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスであり、第１のスラリは、添加される炭素粉末を含む。
【００２０】
特定の例示的な態様では、方法は、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを圧縮した後にプライの第１のグループおよびプライの第２のグループを熱分解することをさらに含む。
【００２１】
特定の例示的な態様では、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループは、プリフォームを共に形成し、プリフォームは、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを熱分解した後に約３０％未満のチャー収率を有する。
【００２２】
例えば、特定の例示的な態様では、プリフォームは、約１０％〜約２０％のチャー収率を有する。
【００２３】
本開示の別の例示的な態様では、セラミックマトリックス複合材物品を形成するための方法が提供される。方法は、プライの第１のグループをレイアップすることと、プライの第２のグループをレイアップすることであって、プライの第１および第２のグループは、互いに隣接していることと、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを圧縮することと、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで熱分解することと、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することと、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することとを含み、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの一方であり、第２の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの他方である。
【００２４】
特定の例示的な態様では、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで熱分解することは、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを圧縮した後にプライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで熱分解することを含む。
【００２５】
特定の例示的な態様では、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを圧縮することは、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで圧縮することを含む。
【００２６】
特定の例示的な態様では、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスであり、第２の浸透プロセスは、化学気相浸透プロセスであり、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することは、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行する前に第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することを含む。
【００２７】
特定の例示的な態様では、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスであり、第２の浸透プロセスは、化学気相浸透プロセスであり、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することは、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行する前に第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することを含む。
【００２８】
本発明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することによってよりよく理解されるであろう。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、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００２９】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】セラミックマトリックス複合材の第１の部分およびセラミックマトリックス複合材の第２の部分を有する本開示の態様によるセラミックマトリックス複合材物品の断面図である。
【図３】本開示の例示的な態様によるＣＭＣ物品を形成するためのプロセスの概略フロー図である。
【図４】本開示の別の例示的な態様によるＣＭＣ物品を形成するためのプロセスの概略フロー図である。
【図５】本開示の別の態様によるセラミックマトリックス複合材物品の断面図である。
【図６Ａ】本開示の例示的な態様によるＣＭＣ物品を形成するための方法のフロー図である。
【図６Ｂ】本開示の例示的な態様によるＣＭＣ物品を形成するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の本実施形態について詳しく説明するが、その１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明の中で同じまたは類似の符号は、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。
【００３２】
本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために、および／またはあるプロセスステップを別のプロセスステップから区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置、重要性、または順序を示すことを意図するものではない。
【００３３】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００３４】
本明細書で使用する場合、近似を表す文言は、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用される。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの場合には、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度、あるいは、構成要素および／またはシステムを構築もしくは製造するための方法または機械の精度に対応することができる。例えば、近似を表す文言は、１０％のマージン内にあることを指すことができる。
【００３５】
ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は組み合わせられ、および置き換えられ、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。例えば、本明細書に開示するすべての範囲は端点を含み、端点は互いに独立して組合せ可能である。
【００３６】
ここで図面を参照すると、図全体を通して同一の数字が同じ要素を示しており、図１は、本開示の１つまたは複数の例示的な態様に従って形成されたＣＭＣ物品を含むことができる、ガスタービンエンジン１００の簡略概略図を示す。例示的なガスタービンエンジン１００は、軸方向Ａ（基準となる長手方向中心線１０２に平行に延びる）、および半径方向Ｒを規定する。一般に、ガスタービンエンジン１００は、ファンセクション１０４と、ファンセクション１０４の下流に配置されたターボ機械１０６とを含む。図示の例示的なターボ機械１０６は、一般に、環状入口１１０を規定する実質的に管状の外側ケーシング１０８を含む。外側ケーシング１０８は、直列流れ関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機１１２および高圧（ＨＰ）圧縮機１１４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション１１６と、高圧（ＨＰ）タービン１１８および低圧（ＬＰ）タービン１２０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション１２２とを収容する。圧縮機セクション、燃焼セクション１１６、およびタービンセクションは、コア空気流路１２４を共に規定する。第１の高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール１２６は、ＨＰタービン１１８をＨＰ圧縮機１１４に駆動可能に接続する。第２の低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール１２８は、ＬＰタービン１２０をＬＰ圧縮機１１２に駆動可能に接続する。
【００３７】
図示の実施形態では、ファンセクション１０４は、間隔を空けてディスク１３４に結合された複数のファンブレード１３２を有するファン１３０を含む。ディスク１３４は、複数のファンブレード１３２を通る空気流を促進するように空気力学的に成形された回転可能なフロントハブ１３６によって覆われる。加えて、例示的なファンセクション１０４は、ファン１３０および／またはターボ機械１０６の少なくとも一部を円周方向に取り囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル１３８を含む。図示のように、ファンブレード１３２、ディスク１３４、およびフロントハブ１３６は、ＬＰスプール１２８によって直接長手方向軸１０２の周りに共に回転可能である。
【００３８】
しかしながら、例示的なガスタービンエンジン１００は単なる例示として提供され、特定の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、任意の他の適切な構成を有してもよく、任意の他の適切なガスタービンエンジン、例えば、航空ガスタービンエンジン（例えば、ターボファンエンジン（図示）、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン、ターボジェットエンジンなど）、発電ガスタービンエンジン、または航空転用ガスタービンエンジンとして構成されてもよいことが理解されよう。
【００３９】
図１に示す例示的なガスタービンエンジン１００をさらに参照すると、動作中、特定の構成要素は比較的高温に曝露されることがあり、したがって、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）材料のそのような構成要素の１つまたは複数を形成することが有益であり得る。例えば、燃焼セクション１１６内では、燃焼器ライナ１４０、より具体的には、内側燃焼器ライナおよび外側燃焼器ライナを有する燃焼器が設けられる。加えて、ターボ機械１０６のタービンセクション内では、ターボ機械１０６は、そこを通るコア空気流路１２４の一部を規定する１つまたは複数のライナ１４２を含む。ＨＰタービン１１８とＬＰタービン１２０との間に示されているが、他の実施形態では、ライナ１４２は、コア空気流路１２４に沿った任意の他の適切な位置に位置してもよい。また、ＨＰタービン１１８およびＬＰタービン１２０は各々、ＨＰスプール１２６またはＬＰスプール１２８に結合されたロータブレード１４４として、またはケーシング１０８に結合されたステータベーン１４６として構成することができる、複数のタービンノズルを含む。さらに、ＨＰタービン１１８およびＬＰタービン１２０内では、ターボ機械１０６は、複数のロータブレード１４４の半径方向外側端部に配置された１つまたは複数のシュラウド１４８をさらに含み、このようなロータブレード１４４とシールを形成する。以下で説明するように、これらの構成要素の１つまたは複数、ならびに１つまたは複数の他の構成要素は、ＣＭＣ材料で形成されてもよく、そのような高温および応力をより巧みに扱うことが可能となる。
【００４０】
例えば、ここで図２を参照すると、本開示の例示的な実施形態による、例えば、図１の例示的なガスタービンエンジンに、または任意の他の適切な機械もしくは構成要素に組み込むことができるＣＭＣ物品２００が示されている。ＣＭＣ物品２００は、一般に、第１のＣＭＣ部分２０２と、第２のＣＭＣ部分２０４とを含む。
【００４１】
第１のＣＭＣ部分２０２および第２のＣＭＣ部分２０４の各々は、一般に、セラミックマトリックス前駆体が含浸された一方向に整列したトウ２０８を含む個々のプリプレグから各々得られる、複数の薄層２０６で形成することができる。プリプレグの層は、「プライ」と呼ぶことができる。結果として、各薄層２０６は、以下で詳細に説明するように、様々な処理ステップの間にセラミックマトリックス前駆体の変換によって形成されたセラミックマトリックス２１２に収容された一方向に整列した繊維２１０を含む。しかしながら、他の実施形態では、示され説明されているような単一プライアーキテクチャの代わりに、第１および第２のＣＭＣ部分２０２、２０４の一方または両方が、織物プライアーキテクチャで（すなわち、織物プライを使用して）形成されてもよいことが理解されよう。
【００４２】
加えて、図３〜図６を参照して以下でより詳細に説明するように、ＣＭＣ物品２００は、一般に、第１および第２のＣＭＣ部分２０２、２０４の両方を形成し、第１のＣＭＣ部分２０２と第２のＣＭＣ部分２０４とを区別するためにいくつかの変形例を用いて同じ、すなわち、組み合わされた処理ステップを使用して形成することができる。例えば、プライの第１のグループを含む第１のＣＭＣ部分２０２、およびプライの第２のグループを含む第２のＣＭＣ部分２０４の各々は、減量／圧縮および熱分解後に浸透プロセスを受けるが、浸透のタイプは、所望の耐熱性および機械的特性を有するＣＭＣ物品２００をもたらすように変更することができる。例えば、少なくとも特定の例示的な態様では、第１のＣＭＣ部分２０２は、化学気相浸透（ＣＶＩ）を使用して少なくとも部分的に処理されてもよく、第２のＣＭＣ部分２０４は、溶融浸透（ＭＩ）を使用して少なくとも部分的に処理されてもよい。
【００４３】
このような例示的な実施形態では、ＣＶＩ処理の間、第１のＣＭＣ部分２０２は、昇温で反応性ガスを使用して浸透される。一般に、反応物を第１のＣＭＣ部分２０２に拡散させることによって導入される制限、および第１のＣＭＣ部分２０２から拡散する副産物ガスは、ＣＭＣ物品２００のそのような部分において、例えば、約１０％〜約１５％の比較的高い残存空隙率をもたらす。しかしながら、以下の説明から理解されるように、ＣＶＩを使用して処理されたＣＭＣ物品２００の第１のＣＭＣ部分２０２は、典型的には、遊離ケイ素相をほとんどまたは全く有さず、したがってより良好な耐クリープ性を有することができ、さらに、比較的高温、例えば、約２５７０Ｆ°を超える温度で動作する可能性を有することができる。
【００４４】
対照的に、ＭＩ処理の間、第２のＣＭＣ部分２０４は、溶融ケイ素で浸透される。ＭＩを使用して処理された第２のＣＭＣ部分２０４は、したがって、ほぼ完全に緻密であり、例えば、概して０体積％、または３体積％未満の残存空隙率を有することができる。この非常に低い空隙率は、高い比例限界強度ならびに層間引張およびせん断強度、高い熱伝導率および良好な耐酸化性のような、望ましい機械的特性をＣＭＣ物品２００の第２のＣＭＣ部分２０４に与える。しかしながら、ＭＩ処理が行われると、ＣＭＣ物品２００の第２のＣＭＣ部分２０４は、第２のＣＭＣ部分２０４の使用温度をケイ素またはケイ素合金の融点の温度未満、または約２５５０Ｆ°〜２５７０Ｆ°に制限する遊離ケイ素相（すなわち、元素状ケイ素またはケイ素合金）を含む。
【００４５】
したがって、ＣＭＣ物品２００は、その意図された使用のためにＣＭＣ物品２００の特性を調整するように、第１のＣＭＣ部分２０２を一方の面積に含み、第２のＣＭＣ部分２０４を他方の面積に含むように設計されてもよいことが理解されよう。したがって、得られるＣＭＣ物品２００は、所望の機械的特性を維持しながら、比較的高温に耐えることができる。さらに、第１のＣＭＣ部分２０２は、ＣＶＩ処理を使用して処理されるものとして説明され、第２のＣＭＣ部分２０４は、ＭＩ処理を使用して処理されるものとして説明されるが、他の実施形態では、浸透処理方法を逆にすることができる。
【００４６】
ここで図３を参照すると、本開示の例示的な態様によるＣＭＣ物品を形成するためのプロセス３００の概略フロー図が示されている。例えば、特定の例示的な態様では、図３に概略的に示す例示的なプロセス３００は、図１の例示的なガスタービンエンジン１００に組み込まれ得るように、図２を参照して上述したＣＭＣ物品２００を形成するために利用することができる。しかしながら、あるいは図３に概略的に示す例示的なプロセス３００は、任意の他の適切な機械（例えば、往復動エンジン、または比較的高温に曝露される構成要素を有する他の機械）に組み込まれ得るように、多くの他の適切なＣＭＣ物品に利用されてもよい。
【００４７】
プロセス３００は、３０２において、ある長さの繊維トウを設けることから開始する。繊維トウは、スプールに、または任意の他の適切な形態で設けることができる。少なくとも特定の例示的な実施形態では、トウの材料は、ＳｉＣ繊維であってもよい。トウに適切な材料の例は、日本カーボン株式会社製のＨＩ−ＮＩＣＡＬＯＮ（登録商標）である。繊維の直径の適切な範囲は、約２〜約２０マイクロメートルであるが、より大きいおよびより小さい直径を有する繊維もまた、本開示の範囲内である。同様に図示のように、次に繊維トウは、３０４において、炭素または窒化ホウ素界面層（図示せず）のような、第１のＣＭＣ部分および／または第２のＣＭＣ部分に特定の所望の特性を付与する材料でコーティングされてもよい。しかしながら、他の例示的な態様では、任意の他の適切なコーティングを３０４において適用してもよく、あるいはプロセス３００は、３０４においてコーティングを適用することを含まなくてもよい。
【００４８】
次いで、プロセス３００を分割して、２組のプリプレグテープまたはプライを形成することができる。例えば、例示的なプロセス３００は、一般に、第１に、プライの第１のグループを形成することと、第２に、プライの第２のグループを形成することとを含むことができる。図示の実施形態では、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループは各々、３０２において設けられ、３０４においてコーティングされた同じ繊維トウを利用する（すなわち、同じコーティングの同じ材料の繊維トウを利用する）。しかしながら、他の例示的な態様では、プライの第１のグループは、何らかの形でプライの第２のグループと異なる場合がある。例えば、特定の例示的な実施形態では、溶融浸透プロセスを意図したプライのグループは、下にある繊維トウおよび繊維コーティングを溶融ケイ素から保護するための追加のコーティング層を有してもよい。
【００４９】
図示のように、図３の例示的なプロセス３００は、より具体的には、３０６において、トウの第１のグループを第１のスラリに通過させることと、図示の実施形態では、３０８において、そのようなトウの第１のグループをドラムの周りに巻き付けることとを含み、これはウェットドラムワインディング法（ｗｅｔ  ｄｒｕｍ  ｗｉｎｄｉｎｇ）と呼ぶこともあり、プライの第１のグループのシート、またはプライを形成する。同様に、図３の例示的なプロセス３００は、３１０において、トウの第２のグループを第２のスラリに通過させることと、図示の実施形態では、３１２において、そのようなトウの第２のグループをドラムの周りに巻き付けることとを含み、プライの第２のグループのシート、またはプライを形成する。第１のスラリおよび第２のスラリは各々、一般に、樹脂と、添加される粉末とを含む。
【００５０】
少なくとも特定の例示的な態様では、第１のスラリの樹脂は、第１の樹脂であってもよく、第２のスラリの樹脂は、第２の異なる樹脂であってもよい。溶融浸透プロセスに供されるプライのグループを形成するために使用されるスラリは、以下で説明するように、構造の全体的なチャー収率を増加させるように構成された第１の樹脂を有することができ、これは、例えば、樹脂への炭素粉末およびＳｉＣ粉末の添加によるものであり得る。対照的に、化学気相浸透プロセスに供されるプライのグループを形成するために使用されるスラリは、以下で説明するように、構造の全体的なチャー収率を増加させるように同様に構成された第２の樹脂を有することができ、これは、例えば、樹脂へのＳｉＣ粉末の添加（実質的に炭素粉末がない）によるものであり得る。本明細書で使用する場合、チャー収率は、一般に、熱分解段階の後かつ浸透段階の前の総最終複合材構造における、炭素化学物質、ＳｉＣ化学物質、これら２つの組合せ、または任意の他の適切な化学物質のいずれかのチャーの体積％を指す（以下でより詳細に説明する）ことが理解されよう。
【００５１】
それにもかかわらず、第１の樹脂および第２の樹脂の各々は、同様のガラス転移温度を規定し、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループは、以下で説明するように、単一のオートクレーブサイクルで圧密化および熱分解され得る（第１および第２の樹脂は、プライの第１および第２のグループが後に圧縮されるときに物品全体にわたって一貫している）。例えば、第２の樹脂は、第１の樹脂のガラス転移温度の約１０％以内、例えば、第１の樹脂のガラス転移温度の約５％以内のガラス転移温度を規定することができる。さらに、第１の樹脂および第２の樹脂の各々は、約１００℃〜約３００℃、例えば、約１５０℃〜２５０℃のガラス転移温度を規定することができる。特に、本明細書で使用する場合、「ＡがＢのＸ％以内にある」という語句は、「（Ａ−Ｂ）／Ａ」の絶対値がＸ％未満であることを指す。
【００５２】
あるいは、他の例示的な実施形態では、第１のスラリの樹脂および第２のスラリの樹脂は、同じ樹脂であってもよい。これにより、プライの第１および第２のグループが後に圧縮されるとき（３１６において、以下で説明する）、樹脂が所望のように、またはより具体的には、物品全体にわたって一貫して確実に流れることができる。例えば、樹脂は、約１００℃〜約３００℃、例えば、約１５０℃〜２５０℃のガラス転移温度を規定することができる。特定の実施形態では、樹脂は、エポキシであってもよいが、他の実施形態では、任意の他の適切な樹脂を利用してもよい。
【００５３】
さらに上述したように、しかしながら、第１のスラリおよび第２のスラリは、添加される粉末において異なっていてもよい。第１のスラリおよび第２のスラリに添加される異なる粉末により、プライの第１のグループが第１の浸透プロセスの影響をより受けやすくなり、プライの第２のグループが第２の浸透プロセスの影響をより受けやすくなり得る（各々以下で詳細に説明する）。
【００５４】
より具体的には、溶融浸透プロセスに供されるプライを形成するために使用されるスラリは、添加される炭素粉末とＳｉＣ粉末の両方を含み得る。対照的に、化学気相浸透プロセスに供されるプライを形成するために使用されるスラリは、添加されるＳｉＣ粉末を含み得、実質的に炭素粉末は添加されない。例えば、少なくとも特定の例示的な実施形態では、溶融浸透プロセスに供されるプライを形成するために使用されるスラリは、添加される約１０〜約２０体積％の炭素粉末と、添加される約１０〜約２０体積％のＳｉＣ粉末とを含むことができる。対照的に、少なくとも特定の例示的な実施形態では、化学気相浸透プロセスに供されるプライを形成するために使用されるスラリは、添加される約５〜約２０体積％のＳｉＣ粉末と、添加される約５体積％未満の炭素粉末とを含むことができる。
【００５５】
図３をさらに参照すると、３１４において、プライの第１および第２のグループは、介在する処理を伴わずに（例えば、中間圧縮、減量、または熱分解を伴わずに）、単一の処理ステップで積層またはレイアップすることができる。より具体的には、プライの第１のグループは、モールドの周りまたはモールド内に積層またはレイアップされてＣＭＣ物品の形状を形成し始めることができ、プライの第２のグループは、プライの第１のグループが個々の減量および熱分解プロセスを経るのを待つことなく、プライの第１のグループの少なくとも一部の上に積層またはレイアップすることができる。このようにして、プライの第１および第２のグループは、互いに隣接していてもよく、より具体的には、図示の例示的な態様では、プライの第１および第２のグループは、互いに接触してもよい。特に、プライの第１および第２のグループは、典型的には、隣接するプライのトウが横方向（例えば、垂直）または互いに角度をなして配向され、より大きな強度を（最終ＣＭＣ物品の主要な（耐荷重）方向に対応する）薄層平面に提供するように配置される。しかしながら、他の態様では、それらは任意の適切な方法で配置されてもよい。加えて、３１６におけるプライの第１および第２のグループの圧縮は、プリフォームの熱分解を可能にするために昇温で実行されてもよいことが理解されよう。これは、溶媒を除去することを含み得、ポリマーを架橋することを含み得る。
【００５６】
プライの第１および第２のグループが３１４においてレイアップされた後、加えて、図３の例示的なプロセス３００は、３１６において、介在する処理を伴わずに（例えば、介在する熱分解、追加のレイアップなどを伴わずに）、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを実質的に同時に単一の処理ステップで圧縮し、ラミネートプリフォームを形成することを含む。より具体的には、３１６におけるプライの第１および第２のグループの圧縮は、オートクレーブ内で達成され得るような、プライの第１および第２のグループを昇温および昇圧に曝露することを含み得る。３１６におけるプライの第１および第２のグループの圧縮はまた、減量と呼ぶこともできる。
【００５７】
プライの第１および第２のグループを３１６において圧縮した後、図３の例示的なプロセス３００は、３１８において、プライの第１および第２のグループを含むプリフォームを熱分解することを含む（すなわち、プライの第１および第２のグループを熱分解に供する、これは、プリフォームを熱分解すると呼ぶこともある）。３１８においてプライの第１および第２のグループを含むプリフォームを熱分解すること（プリフォームを「バーンアウトする」と呼ぶこともある）は、プライの第１および第２のグループを含むプリフォームを徐々に高くなる温度に曝露してプリフォーム内の特定の化合物を分解することを含むことができる。少なくとも特定の例示的な態様では、プライの第１および第２のグループを含むプリフォームを熱分解することは、有機バインダを分解するために真空中または不活性雰囲気中で行われてもよく、そのうちの少なくとも１つは、この熱処理の間に熱分解してセラミックチャーを形成し、後続の処理／浸透ステップ中に対処／利用される多孔質層を生成する。したがって、プリフォームは、プリフォームを熱分解した後のチャー収率を規定することが理解されよう。プリフォームの体積％で表したチャー収率は、５％〜４０％、例えば、３５％未満、例えば、３０％未満、例えば、２５％未満、例えば、約１０％〜約２０％とすることができる。これは、樹脂および添加される炭素粉末および／またはＳｉＣ粉末などの任意の粉末の選択によるものであり得る。
【００５８】
さらに、３１６および３１８におけるプリフォームの圧縮および熱分解に続いて、プリフォームは、所望の機械的および／または耐熱性特性を得られるＣＭＣ物品に付与するために、様々な浸透プロセスに供されることが理解されよう。より具体的には、図３に示すプロセス３００の例示的な態様では、プロセス３００は、３２０において、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することを含み、これは、図示の例示的な態様では化学気相浸透（ＣＶＩ）プロセスであり、続いて３２２において、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することを含み、これは、図示の例示的な態様では溶融浸透（ＭＩ）プロセスである。
【００５９】
最初に３２０における第１の浸透プロセスの実行を参照すると、ＣＶＩプロセスは、一般に、独立した後続の加熱ステップ（少なくとも図示の例示的な態様では）において、プリフォームを加熱することと、プリフォームのプライの第１のグループを、外部から供給される炭化ケイ素のガス状供給源などの化学気相に浸透させることとを含むことができる。ＣＶＩプロセスの実行のための適切な反応ガスおよび処理条件は、当技術分野において周知である。炭化ケイ素のガス状供給源は、空隙に浸透し、多孔質の第１の部分の内部表面で反応し、遊離Ｓｉ金属を含まないＳｉＣを堆積させる。
【００６０】
少なくとも特定の例示的な態様では、プロセス３００がＣＶＩプロセスを実質的に完全にプライの第１のグループで、多くとも部分的にプライの第２のグループの一部で実行することを意図することができる。したがって、少なくとも特定の例示的な態様では、３２０においてＣＶＩプロセスを実行することは、プライの第２のグループの外側表面を、固体金属ツールなどの固体ツールで覆うことを含むことができ、化学気相は、プライの第１のグループに向けられ、プライの第２のグループの外側表面に直接接触しない。加えて、３２０におけるＣＶＩプロセスは、局所的な気相が、プライの第２のグループの大部分に達することなく、プライの第１のグループに関連するプリフォームの深さを通って実質的に完全に浸透することを可能にするように決定された時間にわたって実行されてもよい。
【００６１】
特に、図示の方法３００の例示的な態様では、トウの第１のグループが通過した第１のスラリは、添加される炭化ケイ素粉末を含むことができ、これは、３１６における圧縮ステップおよび３１８における熱分解ステップに続いて所望の化学組成および細孔径分布を含むプライの第１のグループをもたらすことができ、３２０におけるＣＶＩプロセス中に供給された化学気相から堆積したＳｉＣにより可能な限り充填することができるようになることが理解されよう。
【００６２】
ここで３２０における第２の浸透プロセスの実行を参照すると、３２０における第１の浸透プロセスの後に行われる図示の例示的な態様では、３２２におけるＭＩプロセスは、一般に、例えば、独立した後続の加熱ステップにおいて、プリフォームを加熱することと、プリフォームを外部から供給される溶融ケイ素に浸透させることとを含むことができる。溶融ケイ素は、空隙に浸透し、マトリックスの炭素成分と反応して炭化ケイ素を形成し、空隙を充填して所望のＣＭＣ物品を生成する。
【００６３】
特に、図示の方法３００の例示的な態様では、トウの第２のグループが通過した第２のスラリは、添加される炭素粉末を含むことができ、これは、３１６における圧縮ステップおよび３１８における熱分解ステップに続いて所望の化学組成を含むプライの第２のグループをもたらすことができ、３２２におけるＭＩプロセス中に供給された、例えば、溶融ケイ素に所望の方法で反応することができることが理解されよう。
【００６４】
図３に示す例示的なプロセス３００によってＣＭＣ物品を形成することにより、別個の溶融浸透部分および化学気相浸透部分によって所望の機械的および耐熱性特性を有するＣＭＣ物品を得ることができる。さらに、プライの第１および第２のグループが単一のステップで共にレイアップされ、圧縮され、熱分解されるので、例示的なプロセス３００は、ＣＭＣ物品を形成するためのより効率的なプロセスを可能にすることができる。
【００６５】
しかしながら、上述の、図３に示す例示的なプロセス３００は、単なる例示であることを理解されたい。他の例示的な態様では、プロセス３００は、任意の他の適切なステップを含んでもよく、上述の例示的ステップの変形を含んでもよく、上述の例示的なステップの各々を含まなくてもよく、または異なる順序でステップの１つまたは複数を含んでもよい。
【００６６】
例えば、ここで図４を参照すると、図３を参照して上述したプロセス３００の別の例示的な態様が示されている。より具体的には、図４は、本開示の別の例示的な態様によるＣＭＣ物品を形成するためのプロセス３００の概略フロー図を示す。図４に示すプロセス３００の例示的な態様は、図３を参照して上述したプロセス３００の例示的な態様と実質的に同じであってもよい。したがって、同じ番号は、同じステップを指すことができる。
【００６７】
例えば、図４の例示的なプロセス３００は、３０２において、ある長さの繊維トウを設けることから開始し、３０４において、繊維トウを第１のＣＭＣ部分および／または第２のＣＭＣ部分に特定の所望の特性を付与する材料でコーティングする。次いで、プロセス３００を分割して、２組のプリプレグテープまたはプライを形成することができる。例えば、図４の例示的なプロセス３００は、３０６において、トウの第１のグループを第１のスラリ経路に通過させることと、３０８において、そのようなトウの第１のグループをドラムの周りに巻き付けることとを含み、プライの第１のグループのプライを形成する。同様に、図４の例示的なプロセス３００は、３１０において、トウの第２のグループを第２のスラリ経路に通過させることと、３１２において、そのようなトウの第２のグループをドラムの周りに巻き付けることとを含み、プライの第２のグループのプライを形成する。
【００６８】
３１４において、プライの第１および第２のグループは、介在する処理を伴わずに、単一の処理ステップで積層またはレイアップすることができる。以下で説明するように、特定の例示的な態様では、図４の例示的なプロセス３００は、化学気相浸透を実行する前に溶融浸透を実行することを含むことができる。化学気相浸透を使用して処理されるＣＭＣプライのグループに所望以上に浸出する溶融浸透プロセスの可能性を低減するために、図４の例示的なプロセス３００、より具体的には、３１４においてプライの第１および第２のグループをレイアップすることは、障壁をプライの第１のグループおよびプライの第２のグループの少なくとも一部の間に設けることを含むことができる。簡単に図５を参照すると、そのような構成が示されている。より具体的には、図５は、プライの第１のグループ２５２とプライの第２のグループ２５４との間に配置された障壁層２５０を含むＣＭＣ物品２００を示す。障壁層２５０は、溶融浸透が化学気相浸透を使用して処理されるプライのグループに影響を与えないように、例えば、溶融浸透中の溶融ケイ素がそこを通過することを防止または制限することができる。
【００６９】
図４をさらに参照すると、加えて、例示的なプロセス３００は、３１６において、介在する処理を伴わずに、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同時に単一の処理ステップで圧縮し、ラミネートプリフォームを形成することと、３１８において、プライの第１および第２のグループを含むプリフォームを熱分解することとを含む（すなわち、プライの第１および第２のグループを熱分解に供する）。
【００７０】
図３を参照して上述した例示的なプロセス３００と同様に、図４の例示的なプロセス３００は、所望の機械的および／または耐熱性特性を得られるＣＭＣ物品に付与するために、様々な浸透プロセスを利用して圧縮および熱分解されたプリフォームをさらに処理することを含む。しかしながら、図３を参照して上述したプロセス３００の例示的な態様とは対照的に、図４に示すプロセス３００の例示的な態様は、３２２において、３２０において化学気相浸透プロセスをプライの第１のグループに実行する前に溶融浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することを含む。特に、このような例示的な態様では、３１４におけるプロセスのレイアップにおいて障壁層を含むことにより（上述）、溶融浸透が、化学気相浸透を使用して処理されるプライの第１のグループの望ましくない量に浸出しないことを確実にし得る。このような例示的な態様では、第１のスラリは、添加される炭化ケイ素粉末を含むことができ、第２のスラリは、添加される炭素粉末を含むことができることがさらに理解されよう。
【００７１】
図４に示す例示的なプロセス３００によってＣＭＣ物品を形成することにより、別個の溶融浸透部分および化学気相浸透部分によって所望の機械的および耐熱性特性を有するＣＭＣ物品を得ることができる。さらに、プライの第１および第２のグループが単一のステップで共にレイアップされ、圧縮され、熱分解されるので、例示的なプロセス３００は、ＣＭＣ物品を形成するためのより効率的なプロセスを可能にすることができる。
【００７２】
ここで図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、本開示の例示的な態様による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４００のフローチャートが示されている。図６Ａおよび図６Ｂの例示的な方法４００は、図１の例示的なガスタービンエンジンに、または任意の他の適切な機械に組み込まれ得るように、図２を参照して上述した例示的なＣＭＣ物品２００を形成するために利用することができる。特に、特定の例示的な態様では、図６Ａおよび図６Ｂの方法４００は、図３および図４を参照して上述した方法３００の１つまたは複数の例示的な態様を利用することができる。
【００７３】
図示のように、例示的な方法４００は、一般に、（４０２）において、プライの第１のグループを形成することと、（４０４）において、プライの第２のグループを形成することとを含む。より具体的には、図示の例示的な態様では、（４０２）においてプライの第１のグループを形成することは、（４０６）において、トウの第１のグループを第１のスラリに通過させることを含み、同様に、（４０４）においてプライの第２のグループを形成することは、（４０８）において、トウの第２のグループを第２のスラリ経路に通過させることを含む。図示の例示的な態様では、第１のスラリは、第２のスラリ経路とは異なる。しかしながら、第１および第２のスラリの各々は、樹脂（すなわち、少なくとも特定の例示的な態様については同じ樹脂）を含み、樹脂は、約１５０℃〜約２５０℃のガラス転移温度を有する。さらに、以下でより詳細に説明するように、第１のスラリは、添加される炭素粉末または炭化ケイ素粉末の一方を含み、第２のスラリは、添加される炭素粉末または炭化ケイ素粉末の他方を含む。スラリに添加される粉末のタイプは、以下で説明する、あるタイプの浸透プロセスに対する得られるプライの感受性に影響を与え得る。
【００７４】
図６Ａおよび図６Ｂに示す例示的な方法４００をさらに参照すると、方法４００は、（４１０）において、プライの第１のグループをレイアップすることと、（４１２）において、プライの第２のグループをレイアップすることとをさらに含む。このようにして、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループは、互いに隣接していてもよく、またはより具体的には、互いに接触していてもよい。しかしながら、他の例示的な態様では、方法４００は、障壁層をプライの第１のグループとプライの第２のグループとの間に設けることを含むことができる。特に、（４１０）においてプライの第１のグループをレイアップすること、および（４１２）においてプライの第２のグループをレイアップすることは、例えば、減量、熱分解などのような介在する処理を伴わずに、同じ処理ステップの間に連続して行うことができる。
【００７５】
さらに、例示的な方法４００は、（４１４）において、介在するプロセスを伴わずに、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同時に同じ処理ステップで圧縮することを含む。より具体的には、図示の例示的な態様では、（４１４）においてプライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同時に同じ処理ステップで圧縮することは、オートクレーブ内で達成され得るような、プライの第１および第２のグループを昇温および昇圧に曝露することを含む。より具体的には、さらに、図示の例示的な態様では、（４１４）においてプライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同時に同じ処理ステップで圧縮することは、（４１６）において、プライの第１および第２のグループを約２００℃〜約４００℃の温度に、さらに、約１００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜約３００ｐｓｉの圧力に曝露することを含む。
【００７６】
さらに、例示的な方法４００は、（４１８）において、（４１４）においてプライの第１および第２のグループを圧縮した後に、プライの第１のグループおよびプライの第２のグループを同じ処理ステップで熱分解することを含む。例えば、特定の例示的な態様では、（４１８）においてプライの第１および第２のグループを熱分解することは、プライの第１および第２のグループを昇温に曝露してプリフォーム（すなわち、圧縮されたプライの第１および第２のグループ）を硬化させ、プリフォーム内の特定の化合物を分解することを含むことができる。少なくとも特定の例示的な態様では、（４１８）においてプライの第１および第２のグループを熱分解することは、有機バインダを分解するために真空中または不活性雰囲気中で行われてもよく、そのうちの少なくとも１つは、この熱処理の間に熱分解してセラミックチャーを形成し、多孔質層を生成する。
【００７７】
（４１８）における同じ処理ステップでのプライの第１および第２のグループの熱分解は、第１および第２のスラリの同じ樹脂の利用によって可能にされ得ることを理解されたい。より具体的には、同じ樹脂を第１および第２のスラリに利用することにより、（４１８）におけるプライの第１および第２のグループの熱分解の間に樹脂が一貫して確実に流れることができる。しかしながら、特に、他の例示的な態様では、それらが一貫して流れるのであれば、異なる樹脂を利用してもよい。
【００７８】
図６Ａおよび図６Ｂに示す方法４００の例示的な態様をさらに参照すると、方法４００は、（４２０）において、第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することと、（４２２）において、第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することとをさらに含む。第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの少なくとも一方であり、第２の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの他方である。
【００７９】
より具体的には、図示の例示的な態様では、第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスであり、第２の浸透プロセスは、化学気相浸透プロセスである。したがって、このような例示的な態様では、（４２０）において第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することは、溶融浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することを含み、（４２２）において第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することは、化学気相浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することを含む。
【００８０】
さらに、図示の例示的な態様では、（４２０）において第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することは、（４２１）において、（４２２）において第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行する前に第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することを含む。同様に、（４２２）において第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することは、（４２３）において、（４２０）において第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行した後に第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することを含む。
【００８１】
特に、図示の例示的な態様では、（４２０）において第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することは、（４２４）において、障壁をプライの第１のグループおよびプライの第２のグループの少なくとも一部の間に設けることと、（４２６）において、溶融浸透プロセスを実質的にプライの第１のグループのみに実行することとをさらに含む。しかしながら、特に、他の例示的な態様では、方法４００は、障壁をプライの第１のグループおよびプライの第２のグループの少なくとも一部の間に設けることを含まなくてもよく、さらに、溶融浸透プロセスの少なくとも一部は、プライの第２のグループに浸出してもよい。
【００８２】
また、上述したように、プライの第１のグループは、溶融浸透プロセスにより影響を受けやすくなるように調製することができ、同様に、プライの第２のグループは、化学気相浸透プロセスにより影響を受けやすくなるように調製することができることが理解されよう。具体的には、図示の例示的な態様では、（４０６）においてトウの第１のグループが通過する第１のスラリは、添加される炭素粉末を含み、さらに、（４０８）においてトウの第２のグループが通過する第２のスラリは、添加される炭化ケイ素粉末を含む。理解されるように、これにより、プライの第１のグループは、例えば、溶融浸透プロセス中に溶融ケイ素と反応する所望の量の炭素を含むことができ、さらに、プライの第２のグループは、化学気相浸透プロセス中に対する所望の量の炭化ケイ素を含むことができる。
【００８３】
しかしながら、他の例示的な態様では、例示的な方法４００は、任意の他の適切なステップを含むか、または任意の他の適切な方法／順序で１つまたは複数の上記ステップを実行することができることを理解されたい。例えば、特定の例示的な態様では、（４２０）および（４２２）における第１および第２の浸透プロセスの実行の順序は、逆にすることができる。より具体的には、少なくとも特定の例示的な態様では、想像線で示すように、（４２２）において第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することは、（４２８）において、（４２０）において第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行する前に第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することを含むことができる。同様に、このような例示的な態様では、（４２０）において第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することは、（４３０）において、（４２２）において第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行した後に第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することを含むことができる。このような例示的な態様では、（４２８）において第１の浸透プロセスをプライの第１のグループに実行する前に第２の浸透プロセスをプライの第２のグループに実行することは、（４３２）において、化学気相浸透プロセスをプライの第２のグループに実行する前にプライの第１のグループの表面を少なくとも部分的に覆うことを含むことができる。これにより、化学気相浸透プロセスで利用される化学気相が、プライの第１のグループに実質的に浸透しないようにすることができる。
【００８４】
特に、少なくとも特定の状況では、溶融浸透プロセスを残りのプライの第２のグループに実行する前に、化学気相浸透プロセスをプライの第１のグループに実行することが好ましい場合がある。そのような順序で実行される場合、化学気相浸透プロセスは、プライの第２のグループの空隙の一部を少なくとも部分的に充填することができ、次に後続の溶融浸透プロセスの実行は、プライの第２のグループの残りの空隙を完全に充填することができる。これにより、部分的なＣＶＩおよびＭＩマトリックスを有するこのようなプライを有する「転移領域」が形成される。
【００８５】
本明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。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］
セラミックマトリックス複合材物品（２００）を形成するための方法（３００、４００）であって、
プライの第１のグループ（２５２）をレイアップすること（４１０）と、
プライの第２のグループ（２５４）をレイアップすること（４１２）であって、前記プライの第１および第２のグループ（２５２、２５４）は、互いに隣接していることと、
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで圧縮すること（３１６、４１４）と、
第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）と、
第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）とを含み、前記第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの一方であり、前記第２の浸透プロセスは、前記溶融浸透プロセスまたは前記化学気相浸透プロセスの他方である、方法（３００、４００）。
［実施態様２］
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）が、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行する前に前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（４２１）を含む、実施態様１に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様３］
障壁（２５０）を前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）の少なくとも一部の間に設けること（４２４）
をさらに含む、実施態様２に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様４］
前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）が、前記溶融浸透プロセスを実質的に前記プライの第１のグループ（２５２）のみに実行すること（４２６）を含む、実施態様２に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様５］
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）が、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行する前に前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（４２８）を含む、実施態様１に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様６］
前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）が、前記化学気相浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行する前に前記プライの第１のグループ（２５２）を少なくとも部分的に覆うこと（４３２）を含む、実施態様５に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様７］
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで圧縮すること（３１６、４１４）が、前記プライの第１および第２のグループ（２５２、２５４）を約２００℃〜約４００℃の温度に、および約１００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜約３００ｐｓｉの圧力に曝露すること（４１６）を含む、実施態様１に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様８］
前記プライの第１のグループ（２５２）を形成すること（４０２）であって、前記プライの第１のグループ（２５２）を形成すること（４０２）が、トウ（２０８）の第１のグループを第１のスラリに通過させること（３０６、４０６）を含むことと、
前記プライの第２のグループ（２５４）を形成すること（４０４）であって、前記プライの第２のグループ（２５４）を形成すること（４０４）が、トウ（２０８）の第２のグループを第２のスラリに通過させること（３１０、４０８）を含み、前記第１のスラリが、前記第２のスラリとは異なることと
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様９］
前記第１のスラリおよび前記第２のスラリが各々、樹脂を含み、前記樹脂が、約１００℃〜約３００℃のガラス転移温度を有する、実施態様８に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１０］
前記第１のスラリが、添加される約１０〜約２０体積％の炭素粉末と、添加される約１０〜約２０体積％のＳｉＣ粉末とを含み、前記第２のスラリが、添加される約５〜約２０体積％のＳｉＣ粉末と、添加される約５体積％未満の炭素粉末とを含む、実施態様８に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１１］
前記第２の樹脂が、前記第１の樹脂によって規定されたガラス転移温度の約１０％以内のガラス転移温度を規定する、実施態様１０に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１２］
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第１のスラリが、添加される炭素粉末を含む、実施態様８に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１３］
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を圧縮した後に前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を熱分解すること（４１８）
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１４］
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）が、プリフォームを共に形成し、前記プリフォームが、前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を熱分解した後に約３０％未満のチャー収率を有する、実施態様１３に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１５］
前記プリフォームが、約１０％〜約２０％のチャー収率を有する、実施態様９に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１６］
セラミックマトリックス複合材物品（２００）を形成するための方法（３００、４００）であって、
プライの第１のグループ（２５２）をレイアップすること（４１０）と、
プライの第２のグループ（２５４）をレイアップすること（４１２）であって、前記プライの第１および第２のグループ（２５２、２５４）は、互いに隣接していることと、
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を圧縮すること（３１６、４１４）と、
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで熱分解すること（４１８）と、
第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）と、
第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）とを含み、前記第１の浸透プロセスは、溶融浸透プロセスまたは化学気相浸透プロセスの一方であり、前記第２の浸透プロセスは、前記溶融浸透プロセスまたは前記化学気相浸透プロセスの他方である、方法（３００、４００）。
［実施態様１７］
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで熱分解すること（４１８）が、前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループを圧縮した後に前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで熱分解すること（４１８）を含む、実施態様１６に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１８］
前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を圧縮すること（３１６、４１４）が、前記プライの第１のグループ（２５２）および前記プライの第２のグループ（２５４）を同じ処理ステップで圧縮すること（３１６、４１４）を含む、実施態様１６に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様１９］
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（３２０、４２０）が、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行する前に前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行すること（４２１）を含む、実施態様１６に記載の方法（３００、４００）。
［実施態様２０］
前記第１の浸透プロセスが、前記溶融浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスが、前記化学気相浸透プロセスであり、前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（３２２、４２２）が、前記第１の浸透プロセスを前記プライの第１のグループ（２５２）に実行する前に前記第２の浸透プロセスを前記プライの第２のグループ（２５４）に実行すること（４２８）を含む、実施態様１６に記載の方法（３００、４００）。
【符号の説明】
【００８６】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  長手方向中心線、長手方向軸
１０４  ファンセクション
１０６  ターボ機械
１０８  外側ケーシング
１１０  環状入口
１１２  低圧（ＬＰ）圧縮機
１１４  高圧（ＨＰ）圧縮機
１１６  燃焼セクション
１１８  ＨＰタービン
１２０  ＬＰタービン
１２２  ジェット排気ノズルセクション
１２４  コア空気流路
１２６  第１のＨＰシャフト／スプール
１２８  第２のＬＰシャフト／スプール
１３０  ファン
１３２  ファンブレード
１３４  ディスク
１３６  フロントハブ
１３８  外側ナセル
１４０  燃焼器ライナ
１４２  ライナ
１４４  ロータブレード
１４６  ステータベーン
１４８  シュラウド
２００  ＣＭＣ物品
２０２  第１のＣＭＣ部分
２０４  第２のＣＭＣ部分
２０６  薄層
２０８  トウ
２１０  繊維
２１２  セラミックマトリックス
２５０  障壁層
２５２  プライの第１のグループ
２５４  プライの第２のグループ
３００  プロセス、方法
４００  方法
【図１】
2019059661.tif 000003
【図２】
2019059661.tif 000004
【図３】
2019059661.tif 000005
【図４】
2019059661.tif 000006
【図５】
2019059661.tif 000007
【図６Ａ】
2019059661.tif 000008
【図６Ｂ】
2019059661.tif 000009
【外国語明細書】
2019059661000001.pdf