(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド部品（４５）であって、
積み重ねられた積層構造（５８）を画成するように互いに積み重ねられる複数の積層板（１０）であって、該複数の積層板（１０）は、所定のマトリックス孔特性を有するセラミックまたはセラミック基複合材料（２２）と、前記積層板に画成される少なくとも１つの開口（２４）とを有している、複数の積層板（１０）と、
前記積み重ねられた積層構造（５８）を貫通して延在するように、前記各開口（２４）を通して配置された金属支持構造（５６）と、
を備え、
前記マトリックス孔特性は、孔サイズ（２０２，２０４）を含み、
前記セラミックまたはセラミック基複合材料は、５０〜１００ミクロンの孔サイズ（２０２，２０４）を有する複数の大きな孔（２０２）を備えており、かつ、
前記セラミックまたはセラミック基複合材料は、５〜５０ミクロンの孔サイズ（２０２，２０４）を有する複数の小さな孔（２０４）を備えている、
ハイブリッド部品（４５）。
【請求項２】
前記マトリックス孔特性は孔形状（２００）をさらに含み、前記孔形状は球状である、請求項１記載のハイブリッド部品（４５）。
【請求項３】
前記複数の積層板（１０）は、前縁（１８）と後縁（２０）とを有し、
前記セラミックまたはセラミック基複合材料は、前記前縁（１８）において、前記小さな孔（２０４）よりも多数の前記大きな孔（２０２）を備え、
前記セラミックまたはセラミック基複合材料は、前記後縁（２０）において、前記大きな孔（２０２）よりも多数の前記小さな孔（２０４）を備えている、請求項１記載のハイブリッド部品（４５）。
【請求項４】
前記セラミックまたはセラミック基複合材料は、前記複数の積層板（１０）の外側部分において、前記小さな孔（２０４）または前記大きな孔（２０２）のうちの一方をより多数備え、前記複数の積層板（１０）の内側において、前記小さな孔（２０４）または前記大きな孔（２０２）のうちの他方をより多数備えている、請求項１記載のハイブリッド部品（４５）。
【請求項５】
前記複数の積層板（１０）の外側部分において、前記大きな孔（２０２）よりも多数の前記小さな孔（２０４）が存在し、前記複数の積層板（１０）の内側において、前記小さな孔（２０４）よりも多数の前記大きな孔（２０２）が存在する、請求項４記載のハイブリッド部品（４５）。
【請求項６】
前記セラミックまたはセラミック基複合材料（２２）は、階層的な繊維構造をさらに有し、該階層的な繊維構造は、１０〜１５ミクロンの太さを有する繊維から形成された粗いメッシュ（２１０）、１〜５ミクロンの太さを有する繊維から形成された微細なメッシュ（２１２）、ウィスカー（２１４）、および粗いメッシュ（２１０）と微細なメッシュ（２１２）との混合物から成るグループから選択される、請求項１記載のハイブリッド部品（４５）。
【請求項７】
前記繊維構造は、ウィスカー（２１４）を含む、請求項６記載のハイブリッド部品（４５）。
【請求項８】
前記複数の積層板（１０）は、前縁（１８）と後縁（２０）とを有し、
前記セラミックまたはセラミック基複合材料は、前記前縁（１８）において、前記粗いメッシュ（２１０）よりも多量の前記微細なメッシュ（２１２）を備え、
前記セラミックまたはセラミック基複合材料は、前記後縁（２０）において、前記微細なメッシュ（２１２）よりも多量の前記粗いメッシュ（２１０）を備えている、請求項６記載のハイブリッド部品（４５）。
【請求項９】
前記複数の積層板（１０）は、繊維骨組（２２０）と、前記繊維骨組（２２０）内にかつ前記繊維骨組（２２０）のまわりに浸潤させたセラミックまたはセラミック基複合材料（２２）とを有する１枚の積層板（９０）を備えている、請求項１に記載のハイブリッド部品（４５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１５年３月２７日に出願された同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０２３０１７号の一部継続出願として優先権を主張し、さらに２０１４年１１月２４日に出願された同時係属中の米国仮出願第６２／０８３，４６１号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、ガスタービンなどの高温環境で使用するための高温材料に関する。より具体的には、本発明の態様は、マトリックス多孔特性および階層的な繊維構造などの特定の特徴を有するセラミック基複合（ＣＭＣ）材料に関する。ＣＭＣ材料は、ＣＭＣ材料から形成される積層板のスタックと、このスタックを貫通して延在する少なくとも１つの金属支持構造とを備える、機械的かつ熱的に分離されたハイブリッド部品での使用に特に適している。本発明の態様はさらに、ＣＭＣ材料およびハイブリッド部品を製造する工程を含んでいる。
【０００３】
発明の背景
ガスタービンは、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクションを収容するためのケーシングまたは円筒体を有している。供給空気が圧縮機セクションで圧縮され、燃焼セクションへと方向付けられる。圧縮空気は、燃焼入口へと入り、燃料と混合される。空気燃料混合物は次いで燃焼されて、高温高圧ガスを生成する。次いで、この作動ガスが燃焼器移行部を通って排出され、タービンのタービンセクション内に到る。
【０００４】
タービンセクションは、タービンブレードの翼部分へと作動ガスを方向付けるベーン列を有している。作動ガスは、タービンセクションを通って移動し、タービンブレードを回転させ、これによりロータを回転させる。ロータは圧縮機セクションにも取り付けられており、これにより圧縮機を回転させ、さらには、電気を生成するために発電機を回転させる。燃焼タービンの高い効率は、燃焼セクションを通流するガスを実用的な高い温度に加熱することによって達成される。しかしながら、高温ガスは、タービンを通流するときに通過する燃焼器、移行ダクト、ベーン、リングセグメントおよびタービンブレードなどの様々な金属製のタービン部品を劣化させる恐れがある。
【０００５】
この理由から、このような部品を、これらの極端な温度から保護する方策が開発されており、例えば、このような極端な温度に耐えるように適合された高温材料の開発および選択や、部品を作動中に適切に冷却状態に維持する冷却法が開発されている。例えば、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料は、１２００℃までの温度への耐性を有するように開発されている。ＣＭＣ材料は、セラミック繊維によって補強されたセラミック基を備える。通常、繊維は、ＣＭＣ材料に付加的な機械強度を提供するために、所定の向きを有していてよい。しかしながら、多くのタービン部品に典型的な複雑な形状の部品の縁部に繊維を配向させることが困難であるために、ＣＭＣ材料からタービン部品を形成することは難しいことが判っている。このような理由から、積み重ねられたＣＭＣ積層板から成る部品が開発された。積み重ねられたＣＭＣ積層板は、所望の配向の繊維を有するＣＭＣ材料から形成される複数の積層板を有している。それぞれが所望の繊維の向きおよび形状を有している複数の平坦な積層板を備えることにより、部品の全体的な組成および形状をより良好に制御することができる。
【０００６】
さらに、ＣＭＣ材料は優れた防熱特性を提供するが、ＣＭＣ材料の機械的強度は、相当する高温超合金材料の機械強度よりも依然として低いことが判った。このため、ＣＭＣ材料に更なる強化材料を添加するか、またはより大きな機械的強度を有する材料でＣＭＣ材料を支持する試みがなされている。例えば、いくつかの例では、積み重ねられた積層板をロッドに沿ってスライドさせ、保持構造または積層板のスタックを圧縮する他の構造を介して保持／圧縮することができる。
【０００７】
このアプローチの大きな問題は、ＣＭＣ積層プレートとロッドとの境界面が、特にブレードまたはベーンなどの比較的大きな構造を有する部品全体の全長（例えば、高さ）にわたって公差内にあるように、積層板のそれぞれについて鋳造／製造許容誤差を完璧にすることが困難であることである。さらに、酸化物および非酸化物のＣＭＣ材料は、１２００℃を超える温度に耐えることができるが、これは、冷却されない燃焼環境においては限られた期間だけしか可能ではない。したがって、ＣＭＣ材料から完全にまたは実質的に形成される部品に対しては、適切な冷却機構がさらに必要とされる。
【０００８】
図面を考慮して以下の記述で本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１つの態様による、金属コアを加える前の積層板を示す斜視図である。
【図２】本発明の１つの態様による、積層板のボディに設けられた開口内に金属コアを有する積層板を示す斜視図である。
【図３】本発明の１つの態様による開口内の金属コアを示す平面図である。
【図４】本発明の１つの態様による、金属コアとＣＭＣ材料部分のボディの壁との間に隙間を有する積層板を示す平面図である。
【図５】本発明の１つの態様による、隙間内に付勢部材を有する積層板を示す平面図である。
【図６】本発明の１つの態様による、隙間内にある程度の弾性を有する金属部分を提供する格子構造を有する金属部分を含む積層板の平面図である。
【図７】本発明の１つの態様による、ＣＭＣ材料へと延在する複数の指状部を有する金属コアを備えた積層板を示す斜視図である。
【図８】本発明の１つの態様による、積層板からの突出部と連結される複数の指状部を有する金属コアを備えた積層板を示す斜視図である。
【図９】本発明の１つの態様による、各金属コアを貫通して延在する冷却通路を有する金属コアを備えた積層板を示す斜視図である。
【図１０】本発明の１つの態様による、複数の積層板から成るハイブリッドＣＭＣ／金属固定ベーンを示す図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｈは、本発明の１つの態様による、ハイブリッドＣＭＣ／金属部品を製造する１つの工程を示す図である。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の１つの態様による、ハイブリッドＣＭＣ／金属部品を製造する別の工程を示す図である。
【図１３】本発明の１つの態様による、複数の積層板から成るハイブリッドＣＭＣ／金属ガスタービンブレードを示す図である。
【図１４】本発明の１つの態様による、最上部積層板の凹部に配置された金属キャップを有する積み重ねられた積層板部品を示す図である。
【図１５】本発明の１つの態様による、全面的な金属先端キャップを有する積み重ねられた積層板部品を示す図である。
【図１６】本発明の１つの態様による、金属支持構造の部分が積層板の部分にオーバーラップしている、またはその逆にオーバーラップしている積み重ねられた積層板部品を示す図である。
【図１７】図１７Ａ〜図１７Ｄは、本発明の１つの態様による、セラミック基材料のマトリックス多孔特性を示す図９の積層板の断面図である。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｂは、本発明の１つの態様による、セラミック基材料の階層的な繊維構造を示す図９の積層板の断面図である。
【図１９】本発明の１つの態様による、骨組形状により形成されたＣＭＣ材料を示す図である。
【００１０】
発明の詳細な説明
１つの態様によれば、本発明は、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料を含む複数の積層板を有する積層板スタックと、積層板スタックを貫通して延在する１つ以上の金属支持構造とを備える、タービン部品などの部品に関する。積層板は、機械的および／または熱的に互いに分離されていてよいが、部品の冷却および／または部品全体にわたる荷重分散を改善することができるように、１つ以上の共通の金属支持構造に接していてもよい。
【００１１】
１つの態様によれば、ガスタービン部品のように、高温で使用される部品のために、機械的および熱的に分離された部品を形成する工程が提供される。別の態様によれば、本明細書で記載される工程は、各ＣＭＣ積層板がスタックに追加されるような付加製造工程によって一層ずつ少なくともＣＭＣ積層板のスタックのための金属支持構造を形成することにより、ＣＭＣ／金属ハイブリッド部品を形成する。このようにして、ハイブリッド部品は、公知の方法と比較して、スタック内の各層レベルにおいて良好な寸法と特性（例えば、金属とＣＭＣ材料との間の境界面）を有している。公知の方法では、部品が大きくなるほど、部品の全半径方向長さに沿ってＣＭＣ材料と金属との間に良好な境界面を提供する際に予測される困難性が増大する。例えば、平坦な境界面がより望ましいスタック内で、いくつかの高さで、ロッド（使用されている場合には）とＣＭＣ材料との間に隙間が存在する場合がある。
【００１２】
さらに、部品を一層ずつ、付加製造工程によって形成することにより、積層板のＣＭＣ材料は、１つの共通の金属支持構造に接しているものの、機械的かつ熱的には互いに分離されている。このようにして、例えば隣接する積層プレート間における荷重伝達および／または熱伝達を著しく減じるかまたはなくすことができる。さらに、ＣＭＣハイブリッド部品の組成を、部品全体にわたって一層ごとに最良にすることができる。例えば、所定の構造では、タービン部品は部品の真ん中部分でより大きな熱にさらされる可能性があることが公知である。このような場合、ＣＭＣ材料は、例えばスタックの特定のレベルにおいて金属材料の形状または寸法を調整することによって、部品の特定の部分における極端な温度、酸化、腐食、および／または荷重に対する耐性を、他の部分よりも増大させることができる。
【００１３】
積み重ねられたセラミック基複合（ＣＭＣ）積層板と、この積層板を貫通して延在する付加製造により形成された１つ以上の金属支持構造とを有する、本明細書で説明したハイブリッド部品と、これを製造する工程とは複数の利点を有している。
【００１４】
１つの態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程は、金属支持体に優れた熱保護を提供する固有のＣＭＣ材料特性の利点を有している。同時に、金属支持構造によって提供される積層構造および機械的支持は、ＣＭＣ材料の臨界的な層間破壊を阻止する。
【００１５】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、暴露温度を増大させることができ、冷却空気必要量を大きく減じることができる。
【００１６】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、複雑な部品とコア形状の形成が可能になる。これは、積層板スタック内の各積層板で、ＣＭＣ材料と金属材料とを特別に適合させる能力を提供する。
【００１７】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、ＣＭＣ積層板を互いに固定／クランプさせることができるが、スタック内の積層板が一斉に、または全体として移動する必要はない。
【００１８】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、（金属コアに冷却通路が設けられている場合には）金属支持構造を通る良好な冷却空気流が得られ、かつ、ＣＭＣ材料と金属材料との間の熱伝達が改善される。
【００１９】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、様々な複雑な形状を有する部品の原型を迅速に形成することができ、事前に形成される原型の部品を安価かつ迅速に改変することが容易になる。
【００２０】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、部品の機械的強度および熱伝達を改良するために、金属支持構造の横断面積、形状、トポロジを変更することができる。
【００２１】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、部品全体にわたって金属材料に対するＣＭＣ材料の勾配を有する部品の製造が可能になる。
【００２２】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、部品の長さに沿って遠心力荷重の分散を改善することができる。
【００２３】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、金属支持構造への荷重を減じることができる。
【００２４】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、マトリックス多孔特性を利用することができる。
【００２５】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、階層的な繊維構造を利用することができる。
【００２６】
さらに別の態様では、本明細書で記載したハイブリッド部品および／または工程により、骨組配列を利用することができる。
【００２７】
各態様は、別の態様から切り離し区別される独立した発明を形成することができ、または各態様を組み合わせることができる。例えば、積層板を付加製造法により、機械的および熱的に分離して別個のものとすることができるが、必ずしも付加製造工程により形成されることに依存するものではない。
【００２８】
次に図面を参照する。図１に示す積層板１０はボディ１２を有しており、このボディ１２は、前縁１８と後縁２０との間に延在する上面１４と底面１６とを有している。１つの態様では、複数の個々の積層板、例えば本明細書に記載される積層板１０を積み重ねることができ、金属支持構造はこのスタックを貫通して形成される。１つの実施形態では、この金属支持構造は、付加製造工程により形成される。以下の説明は、スタックの任意の所与の位置における個々の積層板１０の例示的な実施形態を記載しているが、本明細書に記載の部品は、複数のこのような積層板１０を含み、積層板１０を貫通して延在する１つ以上の金属支持構造を含むことが意図されている。
【００２９】
再度図１を参照すると、積層板１０は、少なくとも部分的に、セラミック基複合（ＣＭＣ）材料２２から形成されている。ボディ１２内には、上面１４から底面１６までボディ１２を貫通して延在する１つ以上の開口２４が画成されている。図示した実施形態では、ボディ１２に２つの開口２４が示されているが、本発明はこれに限定されず、より少ないまたはより多くの開口２４が設けられていてもよいことがわかる。
【００３０】
各積層板１０は、平面方向１５および厚さ方向２５を有していてよい。厚さ方向２５は、平面方向１５に対してほぼ垂直であってよい。厚さ方向２５は、積層板１０の上面１４と底面１６との間で積層板１０の厚さを貫通するように延在する。一方、平面方向１５は、積層板１０の上面１４と底面１６のうちの少なくとも一方とほぼ平行であってよい。
【００３１】
次に図２を参照すると、例示された積層板１０は、１つ以上の開口２４内に、金属材料２８により形成された金属コア２６を備えていてよい。互いに集合的に形成された複数の金属コア２６は、積層板のスタックを貫通して延在する金属支持構造を形成する。従って、金属コア２６は、各積層板１０内の金属支持構造の一部を指すものとする。以下で説明するように、金属コア２６は、付加製造工程により形成することができる。この場合、金属原材料が溶解され、各開口２４で再凝縮することができる。同じく以下で説明するように、金属材料を含む、各積層板１０用の金属コア２６は、積層板１０が互いに積み重ねられるときに、付加製造工程により形成することができる。１つの態様では、金属コア２６と、各開口２４を画成する積層板１０の壁３４（図１）との間に境界面３０を提供するのに十分な程度まで、各開口２４内に金属コア２６が形成される。
【００３２】
１つの実施形態では、積層板１０のボディ１２の平面図である図３に示すように、開口２４内に金属材料２８で金属コア２６を形成する間に、開口２４の全幅（Ｗ）を金属コア２６が埋めてよい。図４に示すような別の実施形態では、金属材料は、金属コア２６を形成するために、溶解され、開口２４内で冷却されて、金属コア２６と壁３４との間に画成される１つまたは複数の隙間３６（以後、隙間３６）を残す。
【００３３】
所定の実施形態では、金属コア２６は、積層板１０のボディ１２からの荷重を伝達するように構成されてよい。これを容易にするために、図５に示す所定の実施形態では、付勢部材３８が隙間３６内に配置されていてよい。単なる一例であるが、付勢部材３８は、複数の板ばね４０を有していてよい。選択的に、付勢部材３８は、ある程度の弾性を備えた任意の別の形式の構造または材料を有していてよい。付勢部材３８は、金属コア２６と、ＣＭＣ材料を含むボディ１２との間の支持力を維持し、さらに、付勢部材３８に対して荷重を伝達することを可能にする。付勢部材３８はさらに、金属コア２６とボディ１２との間の異なる熱膨張を吸収することができる。所定の実施形態では、適切な供給源から冷却流体を供給することができ、ＣＭＣ材料２２および／または金属コア２６の冷却のために、冷却流体が付勢部材３８内および付勢部材３８のまわりおよび隙間３６内を流れることができる。
【００３４】
図６に示す別の態様では、付勢部材３８は、金属コア２６に対してより大きな付勢力または弾性を有する部分を提供する格子構造またはその他の構造を提供するように、付加製造工程によって形成することもできる付加された金属部分４２を有していてよい。このようにして、付加された金属部分４２も、金属コア２６と、ＣＭＣ材料２２を含むボディ１２との間の支持力を維持し、さらに、金属部分４２に対して荷重を伝達することを可能にする。
【００３５】
図７に示すさらに別の実施形態では、積層板１０は、複数の隙間３６を有しており、金属コア２６は、やはり金属材料から形成された複数の指状部４０を有していてよい。複数の指状部４０は、これら指状部に負荷をかけた際に少なくともある程度は屈曲するように構成されているので、ＣＭＣ材料２２と金属コア２６との間である程度の荷重伝達を提供する。さらに、複数の指状部４０は、金属コア２６の動きを制御しながら金属コア２６の熱成長を可能にする。このことは、部品が回転部分である場合には特に有利であろう。さらに、複数の指状部４０は、ＣＭＣ材料２２と金属コア２６との間で熱伝達を可能にする。これらの作用を得るために、所定の実施形態では、指状部４０は、金属コア２６の中心部分から半径方向外側に向かって、９０度ではない角度で延在または突出していてよい。所定の実施形態では、ＣＭＣ材料２２および金属コア２６の冷却のために、冷却流体が、指状部４０を通って隙間３６内を流れることができる。
【００３６】
さらに別の実施形態では、積層板１０のボディ１２が、積層板１０のボディ１２から開口２４内へと延在する複数の突出部３５と、上述した指状部４０とを有していてもよい。これら突出部３５は、それぞれ１つの指状部４０と連結するか、またはほぼ連結するように構成されていてよい。いくつかの実施形態では、指状部４０の少なくともいくつかは、突出部３５と当接する関係であってよい。さらに、金属コア２６の少なくともいくつかと突出部３５との間に空間３７が存在していてもよく、これにより、開口２４内における金属コア２６の動きを依然として制限しながら、熱成長に伴う金属コア２６のさらなる動きを可能にする。
【００３７】
図９に示すさらに別の実施形態では、積層板１０は、冷却通路４４を備えた金属コア２６を有していてよく、この冷却通路４４は、金属コア２６の上面から底面へと金属コア２６のボディを貫通して設けられている。通路４４は、任意の適切なまたは所望の形状または寸法であってよい。冷却流体は、ＣＭＣ材料２２および／または金属コア２６を冷却するために、適切な供給源から冷却通路４４を通って流れることができる。
【００３８】
図２〜図９に示した実施形態は、内部に金属コア２６を有する個々の積層板１０の様々な非限定的な実施形態として見ることができることがわかる。同じ部品における付加的な積層板は、異なる構造の金属コアと、少なくとも部分的にＣＭＣ材料から成る周囲ボディとを有していてよく、または完全にＣＭＣ材料から、または金属材料から形成されていてよい。このような積層板１０を積み重ねた場合、このスタックは、例えば部品の全長に沿ってより一様な形式で、ＣＭＣ材料２２と金属コア２６との間の荷重を分散させるように構成されていてよい。
【００３９】
本明細書に記載の実施形態では、ＣＭＣ材料２２は、複数の強化繊維を収容するセラミック基材料を含んでよい。ＣＭＣ材料は、少なくとも異なる方向の異なる強度特性を有することができるという点で、異方性であってよい。材料選択および繊維配向を含む様々な要因が、ＣＭＣ材料の強度特性に影響を及ぼす可能性がある。従って、積層板１０は、様々な材料から形成されてよく、本発明はいかなる特定の材料にも限定されるものではないことが認められる。単なる一例であるが、セラミック基材料２２はアルミナを含んでもよく、繊維は約７０％のアルミナ、２８％のシリカ、および２％のホウ素から成るアルミノケイ酸塩組成物（NEXTEL（登録商標）３１２の名称で販売されている）を含んでもよい。繊維は、織布、ブランケット、一方向テープ、およびマットなどの様々な形態で提供することができる。ＣＭＣ材料を製造するための様々な技術が公知であり、このような技術は、本明細書に記載の積層板１０で使用されるＣＭＣ材料２２の形成の際にも使用することができる。請求の範囲に記載した本発明で使用するためのＣＭＣ材料２２の一例は、米国特許第７１５３０９６号明細書、米国特許第７０９３３５９号明細書、米国特許第６７３３９０７号明細書に記載されており、これら各明細書の全内容は、参照により本明細書に援用される。
【００４０】
上述したように、材料選択は、ＣＭＣ材料２２の特性を支配する唯一の要素ではなく、繊維方向も、機械的強度といった材料特性に影響を与える可能性がある。繊維は、米国特許第７１５３０９６号に記載されているように、任意の適切な向きを有していてよい。
【００４１】
図９および図１７Ａ〜図１７Ｄを参照すると、積層板１０のＣＭＣ材料２２は、マトリックス多孔特性を有している。特定の用途または製造法に応じて、マトリックス多孔特性は、以下の１つまたは複数の特徴から選択することができる。即ち、孔形状２００、孔サイズ２０２，２０４、孔配列２０６、および多孔率２０８である。マトリックス多孔特性は、セラミック基の熱伝導性および弾性係数に影響を与える。特に、ＣＭＣ材料２２などの絶縁セラミック材料に関しては、厚さ方向の熱勾配が多孔特性に依存しており、結果として生じる熱応力は、局所的な弾性係数に依存する。弾性係数および熱伝導率は、材料の信頼性を最大にするために最適化しなければならない２つの相互依存する特性である。
【００４２】
図１７Ａ〜図１７Ｄには、積層板１０のＣＭＣ材料２２の孔形状２００のマトリックス多孔特性が示されている。孔形状２００は、最も広くは任意の三次元形状を含む。好適には、孔形状２００は、特別な用途または製造方法に基づき一般的に意図された形状を有している。積層板１０が、ガスタービン用のベーンの少なくとも一部を形成するために使用され（図１１Ｈ参照）、平坦なＣＭＣプレート１０２から製造される（図１１Ａ〜図１１Ｂ参照）適用例では、孔形状２００は、ほぼまたは実質的に、球状、カプセル状、楕円状、円錐状、立方体状、ピラミッド形、または１つ以上のライナによって境界付けられた円盤形状、湾曲および／または曲線状部分を有するものと特徴付けられてよい。好適には、孔の少なくとも５０％、より好適には少なくとも７０％は、いくつかの湾曲したまたは曲線状の境界部分を有するほぼまたは実質的に球状またはカプセル状の孔形状２００を有している。最も好適には、孔は、マトリックス焼結後および繊維処理後は、ほぼ半球状の孔形状２００を有している。
【００４３】
図１７Ａには、積層板１０のＣＭＣ材料２２の大きな孔２０２のマトリックス多孔特性が示されている。積層板１０が、ガスタービン用のブレード４９の少なくとも一部（図１３参照）を形成するために使用される１つの適用例では、大きな孔２０２が、ほぼまたは実質的に球形状を有して形成されている場合、積層板１０の孔の少なくとも５０％が、直径５０〜１００ミクロンを有する大きな孔２０２を有している。
【００４４】
図１７Ｂには、積層板１０のＣＭＣ材料２２の小さな孔形状２０４のマトリックス多孔特性が示されている。積層板１０が、ガスタービン用のブレード４９の少なくとも一部（図１３参照）を形成するために使用される１つの適用例では、小さな孔２０４が、ほぼまたは実質的に球形状を有して形成されている場合、積層板１０の孔の少なくとも５０％が、直径５〜５０ミクロンを有する小さな孔２０４を有している。
【００４５】
図１７Ａ〜図１７Ｄには、積層板１０のＣＭＣ材料２２の孔配列２０６のマトリックス多孔特性が示されている。孔配列２０６は、最も広くは、積層板１０内の別の孔に対して、孔における組織を有しているかまたは組織が欠如している。好適には、孔配列２０６は、特別な用途または製造方法に基づき概ね意図された組織を有している。積層板１０が、ガスタービン用のベーンの少なくとも一部（図１１Ｈ参照）を形成するために使用され、平坦なＣＭＣプレート１０２から製造される（図１１Ａ〜図１１Ｂ参照）適用例では、孔配列２０６は、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、ほぼ一様な、またはほぼランダムなものとして特徴付けられてよい。別の適用例では、孔配列２０６は、図１７Ｃに示すように、積層板１０の外側部分に向けてより多くの大きな孔２０２が配置され、積層板１０の内部に向けてより多くの小さな孔２０４が配置されるものとして特徴付けられてよい。別の適用例では、孔配列２０６は、図１７Ｄに示すように、積層板１０の外側部分に向けてより多くの小さな孔２０４が配置され、積層板１０の内部に向けてより多くの大きな孔２０２が配置されるものとして特徴付けられてよい。
【００４６】
図１７Ａ〜図１７Ｄには、積層板１０のＣＭＣ材料２２の多孔率２０８のマトリックス多孔特性が示されている。積層板１０が、ガスタービン用のブレード４９の少なくとも一部（図１３参照）を形成するために使用される１つの適用例では、多孔率２０８は５〜３０％である。より好適には、多孔率２０８は５〜２０％である。最も好適には、多孔率２０８は５〜１０％である。
【００４７】
個々の積層板１０はそれぞれ、特別な用途または製造方法に応じて、意図された１つのみの多孔特性を有していてもよいし、または複数の多孔特性を有していてもよいし、または多孔特性を有していなくてもよい。例えば、１つの多孔特性が、積層板１０全体にわたって一様に使用されてもよいし、または別の例では、２つの多孔特性が使用されてもよい。この場合、大きな孔２０２はガスタービンブレード４９の前縁に向かってより多く使用され、小さい孔２０４は、ブレード４９の後縁に向かってより多く使用される。または他の例では、多孔特性は、ブレード４９の半径方向の厚さにわたって、一様に、または一様ではなく変化してよい。
【００４８】
さらに、ガスタービンブレード４９（図１３参照）またはベーン（図１１Ｈ参照）などの所望の形状を集合的に形成する複数の積み重ねられた積層板１０は、特別な用途または製造方法に応じて、１つ以上の積み重ねられた別の積層板１０とは異なる多孔特性を有していないか、または異なる多孔特性を１つ以上有している、１つ以上の個々の積層板１０を備えていてよい。
【００４９】
次いで、図９と図１８Ａ〜図１８Ｂの断面図を参照すると、積層板１０のＣＭＣ材料２２は、階層的な繊維構造、換言すれば、様々な繊維直径のインターロック構造の織り構造を有している。
【００５０】
階層的な繊維構造は、図１８Ａに示すような、１０〜２５ミクロンの、好適には１０〜１５ミクロンの太さを有する繊維の粗いメッシュ２１０であってもよいし、または、図１８Ｂに示すような、１〜１０ミクロンの、好適には１〜５ミクロンの太さを有する繊維の微細なメッシュ２１２であってもよい。階層的な繊維構造は、いくつかの繊維が粗いメッシュ２１０を有しており、いくつかの繊維が微細なメッシュ２１２を有しているハイブリッドメッシュであってもよく、粗いメッシュと微細なメッシュとの比は、１０〜９０％の範囲、好適には３３〜６６％の範囲である。
【００５１】
全体的な積層板１０の強度を改善し、亀裂の片寄りを方向付け、積層板１０の特定の領域を補強するために設計されたものなど、複合体の機械的特性においてより大きな設計範囲を可能にするために、階層的な繊維構造の混合を使用することもできる。
【００５２】
加えて、階層的な繊維構造は、図１８Ａに示したように、２〜２５ミクロンの直径の、好適には５〜１５ミクロンの直径のウィスカー２１４を含んでいてよい。ウィスカー２１４は、繊維に、または別のウィスカーに、またはその両方に接続する１つまたは複数の端部を有していてよい。ウィスカーは、繊維と同じまたは類似の材料から形成されてよく、または、Ａｌ２Ｏ３などの別の適切な材料、およびＹＡＧイットリウム・アルミニウム・ガーネットなどの別の耐高温材料から成っていてよい。ウィスカーは２００〜２０００ミクロンの長さを有しており、好適には５００〜１０００ミクロンの長さを有している。
【００５３】
個々の積層板１０はそれぞれ、特別な用途または製造方法に応じて、意図された１つだけの階層的な繊維構造を備えていてもよいし、または複数の繊維構造を有していてもよいし、または繊維構造を有していなくてもよい。例えば、１つの繊維構造を、積層板１０全体にわたって一様に利用することができ、または別の例では、２つの繊維構造を使用することができ、この場合、微細なメッシュ２１２が、ガスタービンブレード４９の前縁に向かってより多く使用され、粗いメッシュ２１０が、ブレード４９の後縁に向かってより多く使用される。またはその他の例では、繊維構造は、ブレード４９の半径方向の厚さにわたって、一様に、または一様ではなく変化してよい。さらに、集合的に、ガスタービンブレード４９（図１３参照）またはベーン（図１１Ｈ参照）などの所望の形状を形成する複数の積み重ねられた積層板１０は、特別な用途または製造方法に応じて、積み重ねられた１つ以上の別の積層板１０と異なる階層的な繊維構造を有していないか、または１つ以上有している、１つ以上の個々の積層板１０を含んでよい。
【００５４】
金属材料２８（および結果として生じる複数の金属コア２６を有する金属支持構造５６）は、積層板および／または部品に付加的な強度を提供し、かつこれに接触することにより、またはその近くに置くことによりＣＭＣ材料２２のある程度の冷却が可能であるような、任意の適切な金属材料を含んでよい。所定の実施形態では、金属材料２８は、当技術分野ではよく知られているＮｉ基またはＣｏ基超合金材料などの超合金材料を含んでよい。「超合金材料」という用語は、高温であっても優れた機械的強度およびクリープ耐性を有する、高い耐腐食性および耐酸化性の合金を意味する。一例としての超合金材料は市販されており、以下の商標およびブランド名で販売されている。例えば、ハステロイ、インコネル合金（例えばIN738、IN792、IN939）、レネ合金（例えばRene N5、Rene 41、Rene 80、Rene 108、Rene 142、Rene 220）、ハイネス合金、Mar M、CM247、CM247LC、C263,718、X-750、ECY768,262、X45、PWA1483およびCMSX（例えばCMSX-4）単結晶合金、GTD 111、 GTD 222、MGA 1400、MGA 2400、PSM 116、CMSX-8、CMSX-10、PWA 1484、IN 713C、Mar-M-200、PWA 1480、IN 100、IN 700、Udimet 600、Udimet 500およびチタンアルミナイド。
【００５５】
上述の個々の積層板１０は、このような積層板１０のスタックから形成される部品の所与の断面を表すと理解される。１つの実施形態では、本明細書で記載したような積層板１０のスタックから形成される部品は、固定ベーンなどの、ガスタービンの定置の部品であってよい。別の実施形態では、部品は、ブレードなどの、ガスタービン用の回転する部品を含んでよい。しかしながら、本発明はそのように限定されるものではなく、任意の所望の部品を、本発明に記載した工程により形成することができる。
【００５６】
図１０を参照すると、単なる一例として、固定タービンベーン４６のボディ部分の形の部品４５が示されている。ベーン４６は、半径方向外側端部４７と、半径方向内側端部４８と、外周面５０とを有している。本明細書で使用される「半径方向」という用語は、ベーン４６を収容するタービンに対して、運転位置におけるベーン４６の向きを説明することを意図している。さらに、ベーン４６は、前縁５２と後縁５４とを有していてよい。以下で詳しく説明するように、金属支持構造５６は、個々の積層板１０が互いに積み重ねられるときに、１つのスタック５８（積み重ねられた積層板５８または積み重ねられた積層板構造５８）における各積層板１０内の開口２４を通して、付加製造工程などの工程により形成される。１つの実施形態では、金属支持構造５６は、半径方向外側端部４７から半径方向内側端部４８へと延在している。金属支持構造５６は、複数の金属コア２６（図２〜図９参照）を有しており、各金属コア２６は、各積層レベルで、個別にカスタマイズすることができる。
【００５７】
図１３に示す別の実施形態では、部品４５は、ガスタービン用のブレード４９の少なくとも一部の形であってよい。ブレード４９は、ベーン４６と同じ形式で形成されてよい。即ち、ブレード４９は積層板１０の１つのスタック５８を有しており、１つ以上の金属支持構造５６が、各積層板１０における各開口２４内でスタック５８を貫通して延在している。１つの実施形態では、ブレード４９は、積層板１０から形成される翼５１を有しており、この翼５１は、その根元部でプラットフォーム５３に取り付けられてよい。従って、この実施形態では、複数の積層板１０のうち少なくとも一部が翼形状を有している。
【００５８】
所定の実施形態では、スタック内の積層板１０は、隣接する積層板１０から機械的および／または熱的に分離されており、これにより少なくとも１つの積層板１０は、少なくとも１つの別の積層板１０とは独立して、所定の量の荷重および所定の量の熱エネルギを金属支持構造５６へと伝達する。さらに、スタック５８内の積層板１０は、機械的および／または熱的に分離されていてよく、これにより、少なくとも所定の量の荷重および熱エネルギは、１つの積層板１０から隣接する積層板１０へと伝達されない。何故ならば、個々の積層板１０は互いに接合されておらず、ＣＭＣ材料２２と金属コア２６とは互いに接合されておらず、固定されていないからである。それにも関わらず、ＣＭＣ材料２２と金属支持構造５６（およびその組成物）との間の関係は、スタック５８の各レベルでカスタマイズすることができる。このようにして、金属支持構造５６は、ＣＭＣ材料２２に機械的支持を提供することができ、ＣＭＣ材料２２から金属支持構造５６への良好な荷重および／または熱伝達を可能にする。回転する部品の場合は、本明細書で説明する積み重ねられた積層板または付加製造法により、遠心荷重の分散もさらに可能となる。何故ならば、個々の積層板１０は、一斉に動く必要はなく、共通の金属構造支持体、例えば支持構造５６に対して自由に個別にシフトするからである。
【００５９】
所望の部品を形成する個々の積層板１０は、互いに実質的に同じであってよいが、所定の実施形態では、積層板１０は互いに異なっていてよいことがわかる。例えば、積み重ねられた積層板５８は、厚さ、サイズ、形状、密度、繊維方向、多孔率等で異なる積層板１０を有していてよい。所定の実施形態では、１つの積層板１０に関連する金属コア２６は、別の別個の積層板１０に関連する金属コア２６に対して異なる組成、形状および寸法であってよい。さらに、任意の１つ以上の積層板１０は、平坦なプレートの形状であってよく、まっすぐなまたは湾曲した縁部を有していてよい。別の実施形態では、積層板１０は、平らではない当接面を有していてもよい。
【００６０】
次いで図１１Ａ〜図１１Ｈを参照する。ここには、本発明の態様による工程１００（概して図１１Ａに示されている）の例が示されている。図示した実施形態では、固定ベーンがこの工程により形成されているが、本発明は、固定ベーンの製造に限定されるものではなく、様々なサイズおよび形状の別の部品も、様々な用途のために、本明細書で記載する工程により形成することができる。
【００６１】
図１１Ａに示すように、ＣＭＣ材料２２は、最初は実質的に平坦なプレート１０２の形で提供されてよい。図１１Ｂに示すように、平坦なプレート１０２から、ウォータージェット切断またはレーザー切断などの手段により、任意の１つ以上の積層板１０のボディ１２を切り取ることができ、所望のボディ形状（例えば、翼形状）が形成され、所望の数および寸法の開口２４が設けられる。平坦なプレート１０２から積層板１０を形成することにより、多くの利点が得られる。１つには、平坦なプレートは、ＣＭＣ材料の強固で、信頼性があり、統計的に一貫した形態を提供する。結果として、平坦なプレートによるアプローチは、緻密に湾曲した構造を製作する際に生じる製造の困難性を回避することができる。例えば、平坦なプレートは、硬化中に拘束されず、したがって異方性の収縮ひずみを受けない。
【００６２】
選択的に、ＣＭＣ材料２２は、実質的に平坦なプレート１０２の形で提供される代わりに、最初に、所望の形状の実質的に平坦な骨組２２０を形成することによって提供されてもよい（例えば、図１１Ａの点線、図１９参照）。この場合、ＣＭＣ材料２２の強固で、信頼性があり、統計的に一貫した形態はなお維持されている。平坦な骨組２２０の技術は、Ｎｅｘｔｅｌ６１０、７２０、６５０などの延伸繊維材料２２２を延伸する、または購入することを含む。特別な用途および所望の部品に応じて、延伸繊維２２２は、１つ以上の所定の意図した太さ、サイズ、形状、密度、繊維の向き、繊維構造等を有していてよい。次いで、所望の形状の実質的に平坦な骨組２２０を形づくるために、引き延ばされた延伸繊維２２２は任意の様々な方法で、例えば、積層、圧延、トラッキング、射出、噴霧等により加工される（例えば図１１Ａ点線、図１９参照）。平坦な骨組２２０が形づくられた後、市販されているPritzkow FW12（マトリックスは、アルミナジルコニア混合物）または米国特許第７１５３０９６号明細書、米国特許第７０９３３５９号明細書、米国特許第６７３３９０７号明細書に開示されているようなセラミック基酸化物材料が、繊維骨組２２０内にまたは繊維骨組２２０のまわりに堆積され、これにより、繊維骨組２２０は、任意の様々な方法で、例えば、射出、噴霧、スパッタリング、溶解、浸透、溶解スラリー浸透等により、相互連結される。特別な用途および所望の部品に応じて、必要とあれば、ＣＭＣ材料２２は、１つ以上の所定の意図した厚さ、サイズ、形状、密度、多孔率、孔特性、等を有していてよい。
【００６３】
上述した、実質的に平坦な骨組２２０の技術は、実質的に平坦な形状の代わりに比較的厚い形状を形成するように改変することができる。このように改変した場合、燃焼タービンベーンまたはブレード４９などの所望の部品の三次元的な形状にほぼ一致する三次元的な骨組２２４の形状が有利である。この改変は、延伸繊維２２２を積み重ねて、またはより太い延伸繊維２２２を使用して、より厚い骨組２２４を形づくることを含み、次いで、このより厚い骨組２２４内にまたはこの骨組２２４のまわりにＣＭＣ材料２２を堆積させることを含む。
【００６４】
１つの実施形態では、収縮問題を回避するために各積層板１０が完全に硬化してから、積層板１０を１つのスタック５８に組み立てることができる。平坦なＣＭＣプレート１０２が使用される場合、平坦なプレート１０２は、従来の非破壊検査も容易にする。さらに、平坦なプレートを利用することにより、識別困難な剥離型の瑕疵の危険が減じられる。さらに、平坦なプレートは、精密に形成することができ、低コストの切断法を利用して機械加工により形づくることができるので、より容易に寸法調整が可能である。平坦なプレート構造は、自動化された大量生産工程も可能にする。
【００６５】
次に図１１Ｃを参照して、一連の積層板１０のうち第１の積層板１０Ａを積むためのベース部材１０４が提供されてよい。この実施形態では、ベース部材１０４は、固定ベーン用のプラットフォーム、例えば半径方向内側にあるベーン用のプラットフォームを含んでいてよい。選択的に、ベース部材１０４は、本明細書で説明されているような既に形成された積層板、または開口２４を有していない積層板または開口２４内に形成された金属コア２６を有していない積層板、といった別の任意の適切な構造体であってよい。いずれの場合も、第１の積層板１０Ａはベース部材１０４上に配置され、金属原材料１０６が、所望の場所に、または開口２４内の所望の場所に加えられる。１つの実施形態では、金属原材料１０６は、ホッパまたは類似のものなどの適切な金属供給源１０８から、設定された体積および供給速度で提供される。
【００６６】
材料１０６の堆積に続いて、レーザー源などのエネルギ源１１０は、そこからエネルギビーム１１２を、それぞれの開口２４内の金属源材料１０６上に集束させ、所定の手順に従って予め規定されたパターンで所定量の金属材料１０６を溶融させて、それぞれの開口２４内に溶融金属を形成する。これを行うために、エネルギ源１１０は、基板、例えば積層板１０Ａに対して動かすことができ、または逆に、金属材料１０６を溶融するために積層板１０Ａ上方の所望の位置にエネルギ源１１０を配置することができる。さらに、図１１Ｃからわかるように、溶融金属は、能動的または受動的に冷却することができ、この例では、個々の積層板１０Ａに対して２つの金属コア２６Ａを提供する。金属コア２６Ａは、各金属支持構造５６の第１の部分として機能し、各金属支持構造５６は、スタック５８の各積層板１０における開口２４を貫通して延在することができる（図１０参照）。
【００６７】
この実施形態では、金属支持構造５６を形成し、金属コア２６Ａの上面に、次に形成される金属コア２６Ｂを付加するのを容易にするために、図１１Ｄに示すように、付加的な金属材料１０６Ａを、先に形成されたコア２６Ａの上面に加えることができる。その後、エネルギ源１１０（図１１Ｃ）が再び、所定料のエネルギ１１２を向けて、付加的な金属材料１０６Ａを溶解させることができ、溶解された材料を、（能動的または受動的に）冷却することができ、図１１Ｅに示すように、続く金属コア２６Ｂが形成される。各金属コア２６Ｂは、第１の積層板１０Ａの上面１１５から突出している。
【００６８】
１つの実施形態では、形成された金属コア２６Ｂは、今や、図１１Ｆに示すような次の積層板１０Ｂを配置することができる支柱として機能することができる。この設計の１つの利点は、金属コア２６Ｂを、対応する積層板１０Ｂのために特別に構成することができ、任意の所望の形式でカスタマイズすることができることにある（例えば、サイズ、形状、材料を、荷重または熱伝達のために、ＣＭＣ材料と金属コアとの間に特別な境界面を有するために等）。単なる一例であるが、１２層の積層板のスタックでは、長く堅牢な棒が、例えば、半径方向外側端部４７から半径方向内側端部４８へと（図１０）積層板スタックを貫通して延在するならば、半径方向の全長に沿ってＣＭＣ材料と金属コアとの間に良好な境界面を有することは困難である。換言すると、構造が大きく形成されるほど、部品の各半径方向位置および全ての半径方向位置で、ＣＭＣ材料と金属との間の良好な境界面といった、所望の仕様を提供することはより困難になる。従って、積み重ねられた積層構造にわたって一層ずつ金属支持構造５６を形成するために付加製造法を利用することにより、ＣＭＣ材料、金属、およびＣＭＣ材料と金属との間の境界面、および部品における任意のその他の構造を、部品の長さに沿って様々な間隔で最良にすることができる。このようなことは、例えば長い棒またはこれに類似のものによっては不可能である。
【００６９】
第２の金属コア２６Ｂを形成する際に、第１の金属コア２６Ａと第２の金属コア２６Ｂとが互いに１つに統合されて、積層板１０内の各開口２４を半径方向で通って延在する金属支持構造５６の一部を提供できることがわかる。存在している金属コアの上に次のコアを形成し、この形成された次のコアの上に積層板１０を積み重ねる工程が、全ての金属支持構造５６が形成されて、その上にスタック５８における最後の積層板を付加することができるまで繰り返される。図１１Ｇに示すように、最後の積層板１０が付加されると、積層板スタック５８の形成が完成し、支持構造５６を通って延在する、スタック５８における各積層板１０でカスタマイズ可能な金属支持構造５６を有する積層板スタック５８が形成される。
【００７０】
その後、必要な場合または望ましい場合は、形成された部品１１８の上面を画成するために、上端部材１１６を設けることができる。この場合、部品１１８は、図１１Ｈに示すように固定ベーン４６であってよい。図示した実施形態では、上端部材１１６は、固定ベーンの場合、半径方向外側のプラットフォームを有していてよい。別の実施形態では、例えば、ブレードの形成の場合は、上端部材１１６は、既に形成された積層板、または、本明細書で記載したような、金属コアを有していないＣＭＣ材料を含む積層板を備えていてよい。
【００７１】
全ての所望の積層板が互いに積み重ねられて、（存在する場合には）上端部材が設けられると、任意の所望の工程、例えば機械加工、コーティング、熱処理などの工程により、部品の製造を仕上げることができる。特定の実施形態では、部品に、特に高温にさらされる部品の部分に、しっかりとした熱保護を設けることが望ましい場合がある。このような場合は、所望の部品の周面５０（図１０）に、１つ以上の断熱材料層または遮熱コーティング６４を付与することができる。１つの実施形態では、遮熱コーティング６４は、米国特許第６６７００４６号および米国特許第６２３５３７０号などのように、当技術分野で公知である、もろい段絶縁（ＦＧＩ）を含んでよい。これらの明細書は、参照により本明細書に援用される。別の実施形態では、このような遮熱コーティングが、積層板１０を積み重ねる前に、各積層板１０の外周面に施工されてよい。
【００７２】
上述した実施形態では、次の金属コア、例えば２６Ｂは、金属材料２８が溶解し再凝縮する際に、形成された金属コア２６Ｂが、その前に設けられた積層板１０Ａの上面の（突出部の）上方に配置された。このようにして、次の積層板１０Ｂを、支柱にリングを滑らせるまたは配置するのと同じように、金属コア２６Ｂに加えることができる。次の積層板１０Ｂが金属コア２６Ｂに配置されると、別の金属コアを金属コア２６Ｂ上に形成することができ、この工程は、金属支持構造５６が完全に形成され、最後の積層板１０がスタック５８に配置されるまで、繰り返される。１つの実施形態では、スタック５８に付加される最後の積層板１０により、最後の積層板１０の金属コア２６が、図１１Ｇに示すように、最後の積層板１０の上面と同一平面となるように形成されるように、金属材料２８を供給することができる。
【００７３】
積層板の開口２４を通る金属支持構造５６の形成を伴う連続した積層板１０の配置は、任意の特別な順序で行われてよいことがわかる。上述したように、第１の積層板１０Ａが配置され、金属材料２８が溶解されて、各開口２４内で再凝縮し、次いで別の積層板１０Ｂが、第１の積層板１０Ａの上に配置されてよい。上述したようにいくつかの実施形態では、金属コア２６Ａを、第１の積層板１０Ａの上面１４から半径方向に延在するように形成することができ、この金属コア２６Ａは、次の積層板１０Ｂを配置することができる支柱として機能する。
【００７４】
別の実施形態では、金属材料が溶解し再凝縮する際に、金属コア２６の一部６０が各開口２４内に形成されるが、対応する積層板１０Ａの上面１４の下方に位置するように、積層板１０Ａの開口２４Ａ内に金属材料１０６を加えることができる。このことは図１２Ａに示されている。図１２Ａは、本明細書に記載されたように説明を簡単にするために、１つの積層板１０の平面全体の方向で見た平坦な２次元的な断面図である。例えば、図１２Ａの積層板１０Ａは翼形状を有していてよいことが理解される。部分６０が形成された後、次の積層板１０Ｂが、図１２Ｂに示すように先行する（例えば第１の）積層板１０Ａの上に積み重ねられてよい。その後、溶解し再凝縮する付加的な金属材料により、先行する積層板１０Ａの開口２４Ａ内の残りの深さを充填することができ、第１の積層板１０Ａ内の金属コア２６の形成が終了する。加えて、溶解し再凝縮する金属材料により、次の積層板１０Ｂの開口２４Ｂの一部を充填することができ、これにより、積層板１０Ｂ用の金属コアの部分６２を形成することができる。この工程は、最後の積層板１０Ｈがスタック５８の上に配置されるまで、積層板１０Ｃ〜１０Ｇを加える必要に応じて繰り返されてよいことがわかる。最後の積層板１０Ｈのために、金属材料を溶融し、最後の積層板１０Ｈの開口２４内で再凝縮させることができ、これにより最後の金属コア２６Ｈが、スタック５８を貫通する完成した金属支持構造５６を形成する。完成した金属支持構造５６は、図１２Ｃに示すように、最後の積層板１０Ｈの上面１１５に同一平面の端部を有している。
【００７５】
別の実施形態では、形成された部品の上方部分の一部または全部が、１つ以上の最も外側の積層板においてより多量の金属材料２８を有していてよい。例えば図１４に示すように、スタック５８における最も上方の積層板１０Ｉは、ボディ１２に凹部６４を有していてよく、この凹部には溶融し再凝縮する金属材料６６が充填される。さらに別の実施形態では、図１５に示すように、スタック５８の上方部分７０は、完全に金属材料から形成されており、任意の所望の形状であってよい先端部分７２を有している。
【００７６】
さらに、付加製造工程の間に、隙間や付勢部材、または任意のその他所望の部品、または設計を、開口２４内に形成可能であることが理解される。隙間３６の形成は、取り外し可能なスペーサの使用、および／または、レーザー強度、持続時間、エネルギ源と部品との間の間隔等の付加製造パラメータの制御を介して行うことができることがわかる。
【００７７】
さらに、図１２Ｃに示した実施形態では、金属支持構造５６は比較的対称的な形状を有しているので、開口の寸法および隣接する積層板の周囲のボディは、部品全体にわたって比較的同じであるか、または類似している。図１６に示す別の実施形態では、部品は、（本明細書で説明したような）付加製造法によって形成される代わりに、ＣＭＣ積層板１０Ａ〜１０Ｈの部分が金属支持構造５６の部分に（かつその逆に）オーバーラップして、ＣＭＣ積層板１０Ａ〜１０Ｈと金属支持構造５６とがスタック５８内で連結される。このようにして、金属支持構造５６の複数の部分が、ＣＭＣ積層板１０Ａ〜１０Ｈにオーバーラップして、これによりＣＭＣ積層板１０Ａ〜１０Ｈが、金属支持構造５６を介して、垂直方向またはエンジン半径方向で捕捉される。このような構造は、所定の荷重条件下で、または個々の積層板の破損が生じた場合の、分離と漏れ経路（内部冷却空気が漏れ出る、または高温ガスが浸入してくる）を回避するための個々の積層板の支持を提供するために有益である。このような束縛は、回転翼の場合にも適用することができ、各積層板からの遠心力荷重を金属支持構造５６へと分散することができる。ブレードの場合、このようなアプローチは、ブレード先端に翼シェル荷重が集中する従来のスパーシェルコンセプトに勝る利点を有しており、これにより、ブレード先端に向かって重心を配置することによりブレード荷重全体は増大する。本発明の１つの態様では、荷重伝達が、スタック内の各積層板で行われ、これにより遠心力荷重を減じることができる。
【００７８】
本発明の様々な実施の形態が本明細書中で図示および説明されているが、これらの実施の形態は単に例として提供されていることが明らかになるであろう。本発明から逸脱することなく、多数の改変、変更および代用をなすことができる。したがって、本発明は、添付の請求項の思想および範囲によってのみ限定されることが意図されている。
【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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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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