(57)【要約】【課題】化学気相浸透によって製造されたセラミックマトリックス複合材、このセラミックマトリックス複合材を製造する方法、及び、高温気体経路で使用するためのセラミックマトリックス複合材製タービン部品を提供する。【解決手段】本開示では、（ｉ）所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成するステップ、及び（ｉｉ）化学気相浸透法によってプリフォームを緻密化して、マトリックスの一部又は大部分を形成するステップを含み得る、セラミックマトリックス複合材を製作する方法が提供される。本明細書で記述された上記セラミックマトリックス複合材製作方法によって製造されており、高温の燃焼気体中に使用され得る、セラミックマトリックス複合材もまた提供される。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成することであって、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームが、前記プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有すること、及び
化学気相浸透法によって前記プリフォームを緻密化して、マトリックスの一部又は大部分を形成すること
を含む、セラミックマトリックス複合材を製作する方法。
【請求項２】
前記穴の局所体積分率は、前記プリフォームの表面領域の約０．１％〜約３０％であり、又はより詳細には前記プリフォームの表面領域の約２％〜約１０％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プリフォームは、約２０％〜約８０％の多孔度、又はより詳細には約４０％〜約７０％の多孔度を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記プリフォームは、一方向性繊維を有するプライ、又は厚さ方向にステッチング加工されたもしくはステッチング加工されていない二次元製織構造体を有するプライ、又は製織及び／もしくは編組によって製造された三次元繊維構造体を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記穴は、約２５μｍ〜約２５０μｍの範囲の横寸法直径、又はより詳細には約５０μｍ〜約２００μｍの範囲の横寸法直径を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記穴の体積分率は、前記プリフォーム全体において約０．５％〜約１５％であり、又はより詳細には前記プリフォーム全体において約３％〜約１０％である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記穴は、前記プリフォームの全厚を貫通している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記穴は、円形、正方形、長方形、長円形及びその他の任意の閉じた二次元パターンからなる群から選択される断面形状を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記穴は、前記プリフォーム中にわたって、断面寸法が多様である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記穴は先細りしている、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記穴は、機械穿孔、レーザー穿孔、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット加工、超音波砥粒加工、及び／又は一時的に配置される繊維又は棒状材の使用によって形成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記マトリックスは、ケイ素含有材料である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ケイ素含有材料は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ化モリブデン及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記セラミックマトリックス複合材は、炭化ケイ素−炭化ケイ素型複合材又は連続繊維強化複合材である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法によって形成された、セラミックマトリックス複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、化学気相浸透によって製造されたセラミックマトリックス複合材、このセラミックマトリックス複合材を製造する方法、及び、高温気体経路で使用するためのセラミックマトリックス複合材製タービン部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＩ複合材に関する主要な制約の一つは、マトリックスが大きな多孔度を内包し得る点である。多孔度は、厚さに伴って増大するものであり、面内特性と層間特性の両方に著しく影響し得る。したがって、セラミックマトリックス複合材の製作においては、高温気体経路で使用されるタービン部品としてセラミックマトリックス複合材を製造するときに用いるための、改良型の方法及び技法が必要とされている。
【０００３】
本開示の方法、セラミックマトリックス複合材、セラミックマトリックス複合材製タービン部品及び技法は、当技術分野における上記及びその他の欠点を克服することを対象としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８２１６６４１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施態様及び利点は、下記の記述の中で一部について述べられており、又は下記の記述から自明になり得、又は本発明の実践を通して学び取ることができる。
【０００６】
本開示は特に、化学気相浸透によって製造されたセラミックマトリックス複合材、このセラミックマトリックス複合材を製造する方法、及び、高温気体経路で使用するためのセラミックマトリックス複合材製タービン部品に関する。
【０００７】
一実施形態では、本開示は、セラミックマトリックス複合材を製作する方法を提供する。一実施形態では、本方法は、（ｉ）所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成するステップ、及び（ｉｉ）化学気相浸透法によってプリフォームを緻密化して、マトリックスの一部又は大部分を形成するステップを含む。
【０００８】
別の実施形態では、本開示は、本明細書で記述された上記セラミックマトリックス複合材製作方法によって製造されており、高温の燃焼気体中で使用される、セラミックマトリックス複合材を提供する。
【０００９】
さらに別の実施形態では、本開示は、本明細書で記述された上記セラミックマトリックス複合材製作方法によって製造されたセラミックマトリックス複合材を含む、高温気体経路で使用するためのセラミックマトリックス複合材製タービン部品を提供する。
【００１０】
本明細書で定められているとおり、本開示の方法、セラミックマトリックス複合材、セラミックマトリックス複合材製タービン部品及び技法は、特にプリフォーム内に貫通孔を作製した後でＣＶＩを実施することにより、セラミックマトリックス複合材を製作するときのＣＶＩの使用に伴う、多孔度の課題を解決するのに効果的なものである。本開示の方法の様々な実施形態では、穴は、機械加工によって作り出すこともできるし、又は、燃え尽きたときに穴を残すことになるポリマー繊維の使用によって作り出すこともできる。様々な実施形態では、穴径は、プリフォーム内にある気孔のサイズよりはるかに大きく、この結果、ＣＶＩ中の気体は、プリフォームの全厚を通過することができる。
【００１１】
非限定的な一例において、本開示の方法は、プリフォームを、好ましくは一軸方式テープレイアップ又は織布方式レイアップ（ｃｌｏｔｈ  ｌａｙｕｐ）によって製造することを包含し得る。その後、穴には、結合剤の焼尽前又は焼尽後にドリル加工することができる。さらに、いくつかの実施形態では、穴は、プリフォームの面上に向かって直径が大きくなっていく先細りしていてもよい。その後、ＣＶＩ法を使用して、プリフォームにある気孔とプリフォーム内に形成された穴の両方を充填することができる。気孔を充填すれば、層間特性及び酸化寿命が向上する。様々な実施形態では、大きな穴の中にＳｉＣが存在すると、層間特性がさらに改良され得る。場合によっては、ＢＮによって穴の内面を事前にコーティング加工しておくことが望ましいこともある。上記層間特性は、ち密な複合材が必要な領域内にのみ穴を設けることによって調整できる。
【００１２】
本発明に関する上記及びその他の特徴、実施態様及び利点は、下記の記述及び添付の請求項を参照することでより深く理解されるようになる。本明細書の一部を構成するように本明細書に組み込まれた添付の図面は、本発明の実施形態を例示しており、下記の記述と共に、本発明の原理の説明に役立つものである。
【００１３】
本発明として取り扱われる対象については、本明細書の最後にある部分で特定して指摘されており、特許請求の範囲に明瞭に記載してもいる。しかしながら、本発明は、添付の図面と併せて利用される下記の記述を参照すれば、最も深く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本開示によるプリフォームの一実施形態の説明図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した実施形態の断面図である。
【図２Ａ】プリフォーム内にあるプライの中を通って延在する、例示的な穴の説明図である。
【図２Ｂ】プリフォーム内にある穴の利用により緻密化に及ぼされる効果を示す、グラフである。
【図３】本開示の実施形態のプリフォーム穴間隔（ｍｍ）及び穴径（ｍｍ）と、米国特許第５４０５５６０号明細書及び米国特許第８２１６６４１号明細書で記述されたプリフォーム穴間隔及び穴径とを比較したグラフである。
【図４】本開示の実施形態のプリフォーム穴密度（１ｃｍ２当たりの穴）及び面積分率（％）と、米国特許第５４０５５６０号明細書及び米国特許第８２１６６４１号明細書で記述されたプリフォーム穴密度及び面積分率とを比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書及び図面において参照記号が繰り返し使用されているのは、本発明に関する同じ又は類似した特徴又は要素を表すことを意図したものである。
【００１６】
ここで、本発明の実施形態について詳細に言及するが、これらの実施形態のうちの１つ又は複数の例が図面に図示されている。各例は、本発明の限定ではなく本発明の説明として提供している。実際、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく本発明の様々な修正形態及び変形形態が作り出され得ることは、当業者には明白である。例えば、一実施形態の一部として例示又は記述された特徴を他の一実施形態と一緒に用いて、なおさらなる一実施形態を作り出すこともできる。したがって、添付の特許請求の範囲及びその等価物に含まれる上述の修正形態及び変形形態を本発明が包摂することも意図されている。
【００１７】
一般に、本開示の方法、セラミックマトリックス複合材、セラミックマトリックス複合材製タービン部品及び技法は、化学気相浸透法を用いた複合材の製造に伴う課題に対処する。
【００１８】
一実施形態では、本開示は、セラミックマトリックス複合材を製作する方法を提供する。一実施形態では、セラミックマトリックス複合材製プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有する所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成し、次いで、化学気相浸透（ＣＶＩ）法によってプリフォームを緻密化して、マトリックスの一部又は大部分を形成する。例えば、本方法は、（ｉ）セラミックマトリックス複合材製プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有する所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォームを用意するステップ、（ｉｉ）プリフォームの厚さの一部及び／又は全部にわたって延在する複数の穴をプリフォーム内に形成するステップ、並びに（ｉｉｉ）化学気相浸透（ＣＶＩ）法によってプリフォームを緻密化して、マトリックスの一部又は大部分を形成するステップを含み得る。
【００１９】
一実施形態では、マトリックスは、ケイ素含有材料である。好適なケイ素含有材料は、限定されるわけではないが炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ化モリブデン及びこれらの混合物を含み得る。特定の複数の実施形態では、ケイ素含有材料は、主要な構成成分としてケイ素を含む。特定の一実施形態では、セラミックマトリックス複合材は、炭化ケイ素−炭化ケイ素型複合材である。
【００２０】
一実施形態では、セラミックマトリックス複合材は、連続繊維強化複合材である。特定の複数の実施形態ではセラミックマトリックス複合材の繊維は、限定されるわけではないが炭素、炭化ケイ素、炭化ケイ素含有材料及びこれらの混合物を含み得る。
【００２１】
本明細書で定められているとおり、特定の一実施形態では、ケイ素含有材料は、ＳｉＣを含む。ＳｉＣは、様々な技法を用いて堆積させることができる。一技法によれば、ＳｉＣは、メチルトリクロロシランから堆積させることができる。別の技法によれば、ＳｉＣは、シラン又はクロロシランと炭素含有気体との１つ又は複数の混合物から堆積させることができる。
【００２２】
一実施形態では、マトリックスは、炭化物又はホウ化物をさらに含む。別の実施形態では、マトリックスは、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２及び／又はＨｆＢ２をさらに含む。
【００２３】
本明細書で定められているとおり、本開示の方法は、セラミックマトリックス複合材製プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有する所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォームを用意することを包含する。一実施形態では、第１の面と第２の面は、互いに同じ又は異なる表面構造及び表面形状を有する。すなわち、第１の面は、一実施形態では、第２の面に対して平行な表面であってよく、又は他の一実施形態では、第２の面に対して平行でなくてもよい（例えば、第１の面と第２の面との間に傾斜がある関係であってもよい）。
【００２４】
本明細書で定められているとおり、本開示の方法は、プリフォームの厚さの一部及び／又は全部にわたって延在する複数の穴をプリフォーム内に形成することを包含する。一実施形態では、穴は、プリフォームの全体にわたって均一に又は不均一に分布している。図１Ａでは、第１の面１２の全体にわたって概ね均一に分布した穴１４を有する第１の面１２を画定する、プリフォーム１０の一実施形態が図示されている。様々な実施形態では、穴１４は、プリフォーム１０の１つの部分にのみ存在してもよいし、又はプリフォーム１０の複数の部分に存在してもよい。
【００２５】
プリフォーム内に形成された穴１４は、様々な局所体積分率を有し得る。一実施形態では、穴の局所体積分率は、プリフォームの表面領域の約０．１％〜約３０％であり、又はより詳細にはプリフォームの表面領域の約２％〜約１０％である。
【００２６】
本開示の方法によって提供されるプリフォームの多孔度は、種々変更し得る。一実施形態では、プリフォームは、約２０％〜約８０％の多孔度を有し得る。より詳細な一実施形態では、プリフォームは、約４０％〜約７０％の多孔度を有し得る。
【００２７】
本開示の方法によって提供されるプリフォームは、繊維をさらに含み得る。一実施形態では、プリフォームは、一方向性繊維を有するプライを含む。別の実施形態では、プリフォームは、厚さ方向に端から端までステッチング加工された又はステッチング加工されていない二次元製織構造体を有する、プライを含む。さらなる一実施形態では、プリフォームは、製織及び／又は編組によって製造された三次元繊維構造体を含む。図１Ｂでは、プリフォーム１０を形成する複数のプライ１６が示されており、図２Ａでは、第１の面１２から対向する第２の面１３まで延在する穴１４に隣接した、例示的なプライ１６が示されている。
【００２８】
本開示の方法によれば、繊維の体積分率は種々変更し得る。一実施形態では、繊維の体積分率は、約１０％〜約６０％である。別の実施形態では、繊維の体積分率は、約１５％〜約４０％である。様々な他の実施形態では、本開示の方法で使用される繊維は、１つ又は複数の積層コーティングを有し得る。
【００２９】
本開示の方法によれば、プリフォーム内に形成された穴は、様々なサイズ、形状及び深さを有し得る。一実施形態では、穴は、約２５μｍ〜約２５０μｍの範囲の横寸法直径（すなわち、穴の横方向に向かって測定して最長となる長さ）を有する。別の実施形態では、穴は、約５０μｍ〜約２００μｍの範囲の横寸法直径を有する。さらなる一実施形態では、穴は、約７５μｍ〜約１５０μｍの範囲の横寸法直径を有する。さらに別の実施形態では、穴は、約９０μｍ〜約１２５μｍの範囲の横寸法直径を有する。さらに、本開示により、プリフォームの穴は、均一な横寸法直径を有していてもよいし、或いは様々な横寸法直径を有していてもよい。さらに、異なるプリフォーム部分が、均一な横寸法直径の穴を有することもできるし、又は多様な横寸法直径の穴を有することもできる。
【００３０】
プリフォーム内に形成された穴は、様々な体積分率で配列されていてもよい。一実施形態では、穴の体積分率は、プリフォーム全体において約０．５％〜約１５％である。別の実施形態では、穴の体積分率は、プリフォーム全体において約３％〜約１０％である。
【００３１】
本明細書で定められているとおり、プリフォーム内に形成された穴は、様々な深さでプリフォーム内に入り込んでいることができる。本明細書で記述されているとおり、本開示の方法によって提供されるセラミックマトリックス複合材製プリフォームは、所望の形状を有しており、セラミックマトリックス複合材製プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有する。一実施形態では、穴は、プリフォームの全厚を貫通している。別の実施形態では、穴は、プリフォームの厚さの一部を貫通している。さらなる一実施形態では、穴は、同じ断面形状であってもよいし、又は異なる断面形状であってもよい。特定の一実施形態では、穴は、限定されるわけではないが円形、正方形、長方形、長円形及びその他の任意の閉じた二次元パターンを含み得る、断面形状を有する。
【００３２】
一実施形態では、プリフォーム内に形成された穴は、プリフォーム中にわたって、一定の断面寸法を有し得る。別の実施形態では、穴は、プリフォーム中にわたって、断面寸法が種々変更し得る。様々な実施形態では、プリフォーム内に形成された穴は、先細りしていてもよい。特定の一実施形態では、先細りした穴の直径は、プリフォームの一面における直径の方が大きい。他の実施形態では、先細りした穴は、一面における穴の直径が対向するプリフォームの面における穴の直径より大きくなるように、プリフォームの厚さ方向に延在する。
【００３３】
特定の複数の実施形態では、プリフォーム内に形成された穴は、プリフォームの一面に対して垂直であってもよく、及び／又はある角度がついていてもよい。特定の他の実施形態では、穴は、プリフォームの第１の面から内部に向かって形成されて延在しており、プリフォームの第２の面から内部に向かって形成されて延在しており、又は、プリフォームの第１の面と第２の面の両方から内部に向かって形成されて延在する。
【００３４】
本開示の方法によれば、様々な技法を使用して、プリフォーム内に穴を形成することができる。プリフォーム内に穴を形成するための好適な技法は、限定されるわけではないが機械穿孔、レーザー穿孔、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット加工、超音波砥粒加工、及び／又は一時的に配置される繊維もしくは棒状材の使用を含み得る。
【００３５】
本明細書で定められているとおり、セラミックマトリックス複合材を製作する方法は、所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォームを用意するステップを包含する。特定の一実施形態では、セラミックマトリックス複合材製プリフォームの所望の形状は、高温気体経路で使用するためのタービン部品の形状である。より詳細な複数の実施形態では、タービン部品は、限定されるわけではないが燃焼ライナー、ベーン及びブレード、ノズル、バケット、トランジションピース、タービン中央部フレーム並びにシュラウドを含み得る。
【００３６】
本明細書で述べているとおり、本開示は、セラミックマトリックス複合材製プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有する、所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォームを用意することを包含する、セラミックマトリックス複合材を製作する方法を提供する。本方法は、プリフォームの厚さの一部及び／又は全部にわたって延在する複数の穴をプリフォーム内に形成することをさらに包含する。
【００３７】
一実施形態では、プリフォーム内への穴の形成後、本方法は、化学気相浸透（ＣＶＩ）法によってプリフォームを緻密化して、マトリックスの一部又は大部分を形成することを包含する。セラミックマトリックス複合材の形成におけるＣＶＩの使用は、当業者に公知である。ＳｉＣ／ＳｉＣセラミックマトリックス複合材等、セラミックマトリックス複合材の形成におけるＣＶＩの使用の非限定的な例は、限定されるわけではないがそれらの全開示を参照により本明細書に援用する米国特許第７３０６８２６号明細書、米国特許第７７５４１２６号明細書、米国特許第７８３７９１４号明細書及び米国特許第８１１４７９９号明細書等、様々な特許で記述されている。本明細書で定められているとおり、ＣＶＩを使用してＣＭＣを形成する好適な一方法には、一時的に配置される繊維の使用が伴い得る。ＣＭＣの形成における一時的に配置される繊維の使用（例えば、一時的に配置される繊維を用いたＳｉＣ／ＳｉＣ型ＣＭＣの形成）の非限定的な例は、限定されるわけではないがそれらの全開示を参照により本明細書に援用する米国特許第７７５４１２６号明細書及び米国特許第７５４９８４０号明細書等、様々な特許で記述されている。別の実施形態では、本開示の方法には、二次元プリフォームの使用が伴われる。セラミックマトリックス複合材（ＳｉＣ／ＳｉＣ型ＣＭＣも含める）を形成するためのＣＶＩ法における二次元プリフォームの使用の非限定的な例は、限定されるわけではないがその開示を参照により本明細書に援用する米国特許第７５９７８３８号明細書等、様々な特許で記述されている。
【００３８】
本明細書で定められているとおり、特定の一実施形態では、本開示の方法は、限定されるわけではないが高温気体経路で使用するためのタービン部品（例えば、燃焼ライナー、ベーン及びブレード、ノズル、バケット、トランジションピース、タービン中央部フレーム並びにシュラウド）等、タービン部品のセラミックマトリックス複合材製プリフォームを使用することにより、セラミックマトリックス複合材を製作することを包含する。セラミックマトリックス複合材から製造されたタービンエンジン部品の非限定的な例については、限定されるわけではないがその全開示を参照により本明細書に援用する米国特許第７２４７２１２号明細書等、様々な特許で記述されている。特定の一実施形態では、本開示の方法を使用すれば、米国特許第７２４７２１２号明細書の記述と同様に、ＣＭＣから製造されたタービンエンジン部品が、三次元複合材製プリフォームを製織することよって製造され得るが、この三次元複合材製プリフォームにより、ニアネットシェイプ状の組立体にすることが可能な特定用途向け繊維構造体（ｔａｉｌｏｒｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）がもたらされる。
【００３９】
別の実施形態では、本開示は、本明細書で記述された上記セラミックマトリックス複合材製作方法によって製造されており、高温の燃焼気体中に使用される、セラミックマトリックス複合材を提供する。
【００４０】
さらに別の実施形態では、本開示は、本明細書で記述された上記セラミックマトリックス複合材製作方法によって製造されたセラミックマトリックス複合材を含む、高温気体経路で使用するためのセラミックマトリックス複合材製タービン部品を提供する。本明細書で定められているとおり、タービン部品は、限定されるわけではないが燃焼ライナー、ベーン及びブレード、ノズル、バケット、トランジションピース、タービン中央部フレーム並びにシュラウドを含み得る。特定の複数の実施形態では、タービン部品は、工業用ガスタービン又は航空機エンジンの一部として統合されている。
【００４１】
本発明については、特定の一実施形態又は複数の実施形態に関して記述してきたが、他の形態も当業者によって採用され得ることは明白である。本明細書で記述されたコーティング組成物との関連で「含む」が使用されているならば、コーティング組成物が、名称を挙げた部品から「本質的になる」（すなわち、名称を挙げた部品を内包するが、開示された基礎的な特徴及び新規な特徴に著しく悪影響する他の部品は内包しない）実施形態、及びコーティング組成物が、名称を挙げた部品「からなる」（すなわち、名称を挙げた各部品中に人為を加えることなく不可避的に存在する混入物質を除外すれば、名称を挙げた部品のみを内包する）実施形態を明示的に開示して包摂する点については、理解しておくべきである。
【実施例】
【００４２】
下記の例は、特定の複数の実施形態の説明を意図したものであり、本システム及び本技法の範囲を限定しようという意図は決してない。
【実施例１】
【００４３】
緻密化に及ぼされるピンホールの効果
ピンホールの利用により緻密化に及ぼされる効果を、ＣＶＩ法における穴を有するプリフォームの使用と関連づけてモデル化した。この計算においては、繊維充填率が３５％で、気孔直径が約６μｍ〜約１０μｍだと仮定した。表１では、２ミル（約５０．８μｍ）のピンホール径を有するものとしてモデル化した異なる４つの例示的なプリフォームに関して、ピンホール間隔（中心間、単位はミル）に対するピンホール体積分率（単位は％）が示されている。
【００４４】
【表１】
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図２Ｂでは、時間に伴って、ピンホール体積分率が平均多孔度にどのように影響するのかが図示されている。
【実施例２】
【００４５】
穴を有するＣＭＣプリフォームと先行開示との比較
本開示による穴を内包するセラミックマトリックス複合材製プリフォームの様々な実施形態と、先行開示のプリフォームとを比較しておいた。図３は、本開示の実施形態のプリフォーム穴間隔（ｍｍ）及び穴径（ｍｍ）と、米国特許第５４０５５６０号明細書及び米国特許第８２１６６４１号明細書で記述されたプリフォーム穴間隔及び穴径とを比較したグラフである。図４は、本開示の実施形態のプリフォーム穴密度（１ｃｍ２当たりの穴）及び面積分率（％）と、米国特許第５４０５５６０号明細書及び米国特許第８２１６６４１号明細書で記述されたプリフォーム穴密度及び面積分率とを比較したグラフである。
【００４６】
図３及び図４に図示されているとおり、本開示の実施形態のＣＭＣプリフォームは、米国特許第５４０５５６０号明細書及び米国特許第８２１６６４１号明細書という先行開示のプリフォームと区別することができる。
【００４７】
上記に記載した記述は、最良の形態等、例を使用して本発明を開示しており、加えて、いかなる当業者であっても、任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに包摂される任意の方法の実施も含めて本発明を実践できるようにするものでもある。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、当業者に想到される他の例も含み得る。こうした他の例は、その例が特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を含む場合、又はその例が特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることを意図したものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  プリフォーム
１２  第１の面
１３  第２の面
１４  穴
１６  プライ
【図１Ａ】
2019142768.tif 000004
【図１Ｂ】
2019142768.tif 000005
【図２Ａ】
2019142768.tif 000006
【図２Ｂ】
2019142768.tif 000007
【図３】
2019142768.tif 000008
【図４】
2019142768.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月29日(2019.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成することであって、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームが、前記プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有すること、及び
化学気相浸透法によって前記プリフォームを緻密化して、マトリックスの一部又は大部分を形成することであって、前記複数の穴は、化学気相浸透法によって前記プリフォームを緻密化する前に形成されること
を含む、セラミックマトリックス複合材を製作する方法。
【請求項２】
所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成することであって、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームが、前記プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有し、前記穴は、レーザー穿孔、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット加工、又は超音波砥粒加工によって形成され、セラミックマトリックス複合材は、前記セラミックマトリックス複合材の表面領域の約０．１％〜約３０％である前記複数の穴の局所体積分率を有すること、及び
ケイ素を用いて化学気相浸透法によって前記プリフォームを緻密化して、前記複数の穴内にＳｉＣが形成されるようにマトリックスの一部又は大部分を形成すること
を含む、炭化ケイ素含有セラミックマトリックス複合材を製作する方法。
【請求項３】
所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成することであって、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームが、前記プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有し、前記穴は、レーザー穿孔、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット加工、又は超音波砥粒加工によって形成され、前記プリフォームは約２０％〜約８０％の多孔度を有すること、及び
ケイ素を用いて化学気相浸透法によって前記プリフォームを緻密化して、前記複数の穴内にＳｉＣが形成されるようにマトリックスの一部又は大部分を形成すること
を含む、炭化ケイ素含有セラミックマトリックス複合材を製作する方法。
【請求項４】
所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成することであって、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームが、前記プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有し、前記穴は、レーザー穿孔、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット加工、又は超音波砥粒加工によって形成され、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームは、前記プリフォーム全体において約０．５％〜約１５％である前記複数の穴の体積分率を有すること、及び
ケイ素を用いて化学気相浸透法によって前記プリフォームを緻密化して、前記複数の穴内にＳｉＣが形成されるようにマトリックスの一部又は大部分を形成すること
を含む、炭化ケイ素含有セラミックマトリックス複合材を製作する方法。
【請求項５】
所望の形状のセラミックマトリックス複合材製プリフォーム内に複数の穴を形成することであって、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームが、前記プリフォームの厚さを規定する第１の面と対向する第２の面とを有し、前記穴は、レーザー穿孔、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット加工、又は超音波砥粒加工によって形成されること、
ＢＮによって前記複数の穴の内面をコーティングすること、及び
その後に、ケイ素を用いて化学気相浸透法によって前記プリフォームを緻密化して、前記複数の穴内にＳｉＣが形成されるようにマトリックスの一部又は大部分を形成すること
を含む、炭化ケイ素含有セラミックマトリックス複合材を製作する方法。
【請求項６】
前記プリフォームにおける前記穴の密度は、１００穴／ｃｍ２を超える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記プリフォームの様々な領域における前記穴の体積分率は、前記プリフォームの表面領域の０．１％〜３０％である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記プリフォームの様々な領域における前記穴の体積分率は、前記プリフォームの表面領域の２％〜１０％である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記プリフォームは、２０％〜８０％の多孔度を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記プリフォームは、４０％〜７０％の多孔度を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プリフォームは、一方向性繊維を有するプライ、又は厚さ方向にステッチング加工されたもしくはステッチング加工されていない二次元製織構造体を有するプライ、又は製織及び／もしくは編組によって製造された三次元繊維構造体を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記穴は、２５μｍ〜２５０μｍの範囲の、穴の横方向に向かって測定して最長となる長さとして規定された横寸法直径を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記穴は、５０μｍ〜２００μｍの範囲の横寸法直径を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記穴の体積分率は、前記プリフォーム全体において０．５％〜１５％である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記穴の体積分率は、前記プリフォーム全体において３％〜１０％である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記穴は、前記プリフォームの全厚を貫通している、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記穴は、円形、正方形、長方形、長円形及びその他の任意の閉じた二次元パターンからなる群から選択される断面形状を有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記穴は、前記プリフォーム中にわたって、断面寸法が多様である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記穴は先細りしている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記穴は、機械穿孔、レーザー穿孔、放電加工（ＥＤＭ）、ウォータージェット加工、超音波砥粒加工、及び／又は一時的に配置される繊維又は棒状材の使用によって形成される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記マトリックスは、ケイ素含有材料である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ケイ素含有材料は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ化モリブデン及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記セラミックマトリックス複合材は、炭化ケイ素−炭化ケイ素型複合材又は連続繊維強化複合材である、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記セラミックマトリックス複合材は、前記プリフォームの表面領域の約２％〜約１０％である前記複数の穴の局所体積分率を有する、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記プリフォームは、約４０％〜約７０％の多孔度を有する、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数の穴を形成する前に、一軸方式テープレイアップ又は織布方式レイアップによって前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームを形成すること
をさらに含む、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の穴を形成する前に、前記セラミックマトリックス複合材製プリフォームを加熱して、その中で結合剤の焼尽を生じさせること
をさらに含む、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法によって形成された、セラミックマトリックス複合材。
【外国語明細書】
2019142768000001.pdf