(57)【要約】【課題】  実質的に方向性を有する多孔質の材料を提供する。【解決手段】  選択された物理的な特性に従って構造に孔を設けるためのプロセス。一般に、ピンまたは孔形成部材が積層プレフォームに位置付けられ、積層構造に形成される積層プレフォームはそこにピンを含む。ピンは一般に、最終的な積層構造で望まれるサイズ、密度、分布、角度または他の特性を含む。積層が形成された後、ピンは、積層構造の選択された物理的特性を損なわないプロセスに従って積層から除去される。【選択図】        図５
2005041218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層材料に孔を形成する方法であって、
材料の複数の層を含む積層プレフォームを形成するステップと、
少なくとも部分的に前記積層プレフォームを通して部材を配置するステップと、
前記積層プレフォームを処理して実質的に積層構造を形成するステップと、
前記積層構造内で前記部材を破壊するステップとを含み、
前記部材を破壊するステップは、積層材料を実質的にほとんど酸化させないか、または実質的にほとんど劣化させないかの少なくともどちらかで実現される、積層材料に孔を形成する方法。
【請求項２】
積層プレフォームを形成するステップは、
実質的に非酸化材料を含むように前記材料の複数の層を選択するステップと、
材料の物理的な特性を選択するステップとを含む、請求項１に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項３】
前記積層プレフォームを通して部材を配置するステップは、
選択された態様で前記材料の層を通って前記部材を位置付けるステップを含む、請求項１に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項４】
前記積層プレフォームを通して部材を配置するステップは、
前記部材によって前記積層構造に残される孔が流動性材料の実質的に一方向の流れを作るように、所望の輪郭を有する部材を選択するステップを含む、請求項３に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項５】
前記積層プレフォームを通して部材を配置するステップは、
前記積層構造から除去されたときに前記積層構造に選択された空隙率を実現するために複数の部材を選択するステップを含む、請求項３に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項６】
前記積層プレフォームを積層するステップは、
前記積層プレフォームを実質的に積層する積層材料で前記積層プレフォームを溶浸するステップを含む、請求項１に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項７】
前記積層構造内で前記部材を破壊するステップは、
エッチング、昇華および融解のうちの少なくとも１つによって前記部材を除去するステップを含む、請求項１に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項８】
前記積層構造に複数の孔を形成するステップと、
前記構造を拡散的に冷却するために、ある構造に隣接して前記多孔質の積層構造を動作可能に配置するステップとをさらに含む、請求項１に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項９】
前記積層構造に複数の孔を形成するステップと、
前記積層構造のホットウォールを形成するステップとを含み、
冷媒は前記孔を通って流れて前記ホットウォールを冷却することができる、請求項１に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項１０】
選択されたサイズ、形状、寸法および特性のうちの少なくとも１つを有する孔を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の積層材料に孔を形成する方法。
【請求項１１】
選択された孔を含む積層材料を形成するための方法であって、
実質的に非酸化の織物を選択するステップと、
実質的に一貫した積層構造に積層される前記選択された実質的に非酸化の織物の少なくとも１つの層を含む積層織物を形成するステップと、
前記積層織物にピンを設置するステップと、
前記積層織物が積層されて積層構造になるように、前記積層織物を積層するステップと、
前記積層構造から前記ピンを除去して、実質的に選択された孔を前記積層構造に形成するステップとを含む、積層材料を形成するための方法。
【請求項１２】
実質的に非酸化の織物を選択するステップは、
炭素繊維、シリコンカーバイド繊維、高分子繊維材料およびそれらの組合せを含むグループから材料を選択するステップを含む、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項１３】
積層織物を形成するステップは、
少なくとも第１の実質的に非酸化の織物層を第２の実質的に非酸化の織物層に隣接して配置するステップを含み、
前記第１の層および前記第２の層は、前記積層構造を形成するために選択された配向で位置付けられる、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項１４】
前記積層織物にピンを設置するステップは、
前記層の各々の選択された配向を実質的に乱すことなく、前記積層織物の層の各々を通ってピンを動かすステップを含む、請求項１３に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項１５】
前記積層織物にピンを設置するステップは、
前記ピンが前記積層織物の選択された層を通って配置されるように積層織物を通ってピンを動かすステップを含む、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項１６】
前記積層スタックからピンを除去するステップは、
前記積層構造からピンを除去する選択された液体でピンを溶解することによってピンをエッチングするステップを含み、前記積層構造は実質的にそのすべての特性を保持する、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項１７】
前記積層構造からピンを除去するステップは、
ピンが実質的に構造的に一貫性を失いかつ前記積層構造から除去されるように、ピンを選択された温度まで加熱するステップを含み、
前記積層構造からピンを除去するステップは、前記積層構造を実質的に無傷で残す、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項１８】
前記積層織物にピンを設置するステップは、
選択されたパターンに従って前記複数の層の選択された層を通ってピンを設置するステップを含む、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項１９】
前記積層織物にピンを設置するステップは、
前記積層構造に残る前記選択された孔が、前記積層構造を通る流動性材料の実質的に一方向の流れを可能にするように、選択された輪郭を有するピンを設置するステップを含む、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項２０】
前記積層織物にピンを設置するステップは、
前記積層構造に残る前記選択された孔が、前記積層構造を通る前記選択された角度の流動性材料の実質的に一方向の流れを可能にするように、選択された角度でピンを設置するステップを含む、請求項１１に記載の積層材料を形成するための方法。
【請求項２１】
実質的に選択された空隙率を含む構造を形成する方法であって、
複数の実質的に非酸化の織物層を選択するステップと、
前記選択された複数の実質的に非酸化の織物層を互いに隣接して配置することによって積層織物を形成するステップと、
複数の孔形成部材を選択された配置で前記積層織物に位置付けるステップと、
前記積層織物を処理して、前記複数の孔形成部材がそこに配置された積層構造を形成するステップと、
前記複数の孔形成部材を除去しつつ、前記積層構造を実質的に無傷で残すステップとを含み、
前記複数の孔形成部材が除去されるとき、複数の選択された孔が前記積層構造に残る、実質的に選択された空隙率を含む構造を形成する方法。
【請求項２２】
前記積層織物を処理して積層を形成するステップは、
前記積層織物の各層が一般に一体化されるように、前記積層織物を一般に一体化する積層材料で前記積層織物を実質的に溶浸するステップを含み、
前記積層材料は前記複数の孔形成部材と実質的に反応しない、請求項２１に記載の実質的に選択された空隙率を含む構造を形成する方法。
【請求項２３】
前記複数の孔形成部材を前記積層織物に位置付けるステップは、
前記複数の孔形成部材を選択しかつ選択されたパターンで前記積層織物に関して配置するステップと、
前記複数の孔形成部材が前記積層織物内に実質的に配置されるように、前記積層織物を通って前記複数の孔形成部材を動かすステップとを含む、請求項２１に記載の実質的に選択された空隙率を含む構造を形成する方法。
【請求項２４】
前記複数の孔形成部材を除去するステップは、
前記積層構造から前記複数の孔形成部材をエッチングしつつ、前記積層構造の物理的な特性を実質的に維持するステップを含む、請求項２１に記載の実質的に選択された空隙率を含む構造を形成する方法。
【請求項２５】
前記複数の孔形成部材を除去するステップは、
前記複数の孔形成部材が前記積層構造から実質的に除去されるように、前記複数の孔形成部材を加熱するステップを含み、
前記積層構造は、前記複数の孔形成部材が除去された後に実質的に無傷である、請求項２１に記載の実質的に選択された空隙率を含む構造を形成する方法。
【請求項２６】
複数の一方向の孔を有する積層パネルを形成する方法であって、
材料の複数の層を含む積層プレフォームを形成するステップと、
選択されたパターンで前記積層プレフォームに複数の孔形成部材を配置するステップと、
前記積層プレフォームを処理して積層構造を形成するステップと、
前記積層構造内で前記孔形成部材を破棄して、前記積層構造に複数の一方向の孔を形成するステップとを含む、積層パネルを形成する方法。
【請求項２７】
積層プレフォームを形成するステップは、実質的に非酸化材料を含む材料を選択するステップを含む、請求項２６に記載の積層パネルを形成する方法。
【請求項２８】
前記積層プレフォームを処理するステップは、前記孔形成部材のまわりに前記積層構造を形成するステップを含む、請求項２６に記載の積層パネルを形成する方法。
【請求項２９】
前記孔形成部材を破棄するステップは、実質的に前記積層構造が前記積層プレフォームから形成された後に、前記積層構造から前記孔形成部材を実質的に除去するステップを含む、請求項２６に記載の積層パネルを形成する方法。
【請求項３０】
前記孔形成部材を破棄するステップは、
前記積層構造内の前記孔形成部材を加熱して前記積層構造から前記孔形成部材を溶かすステップと、
前記積層構造から前記孔形成部材をエッチングするステップとの少なくとも１つを含む、請求項２６に記載の積層パネルを形成する方法。
【請求項３１】
所望の程度の空隙率を提供する高強度パネルであって、
互いに隣接して設置される材料の複数の独立した層を含む積層された基板と、
前記積層された基板を形成する前に前記材料の複数の独立した層の少なくとも選択された１つに複数の孔形成部材を設置することによって前記積層された基板に形成される複数の孔とを含み、
前記複数の孔形成部材は、前記積層された基板が完全に形成されるまで前記選択された材料の複数の独立した層に保持され、次いで前記積層された基板内で破壊されて前記孔を形成する、高強度パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、一般に多孔質材料の形成に関し、特に、選択的に多孔質である積層材料を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
多くの材料が多孔質であること、一般にもともと多孔質であることが知られている。もともと多孔質である材料は、さまざまな用途のためにフィルタまたは浸出冷却装置として設けることができる。しかしながら、多くの天然の材料は実質的に「天然の」空隙率を有する。多くの材料の天然の空隙率は変動が大きい。さまざまな材料の空隙率は、ある選択された範囲にあり得るが、空隙率は材料にわたって不均一に分布することがある。さらに、選択された材料の天然の空隙率は、狭い空隙率の範囲ではなく、非常に広い範囲にあることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、選択された空隙率を含む材料を提供することが好ましい。一般に、これら材料は、材料にわたって実質的に一貫した空隙率を含み、天然のばらつきが材料内で起こらないか、または天然のばらつきが選択された空隙率に対してわずかになるようにされる。したがって、空隙率は、選択された空隙率および孔のサイズを含む。材料全体は既知の物理的な特性を有し、実質的に一貫して適用することができる。
【０００４】
さらに、多孔質の材料は実質的に多方向の空隙を含むことが多い。つまり、空隙は、材料が複数の方向で孔を通って、材料の第１の側から第２の側へ、第２の側から第１の側へ、および両方の側に平行に移動できるように分布する。多孔質の材料がフィルタまたは膜として設けられると、材料を選択された方向に移動するには、膜にわたる差圧に依存しなければならない。一般に、このことは、最終的な構造または装置に付加的な製造ステップまたは構造要素を含むことを必要とする。
【０００５】
したがって、実質的に方向性を有する多孔質の材料を提供することが望ましい。具体的には、材料が多孔質の材料の表面に関して一方向に沿って流れることのできる空隙を有する材料を提供することが望ましい。流れは、孔が作られる材料に依存するか、または膜にわたって流される材料に依存し得る。しかしながら、膜は、選択された流動性材料に対してその空隙が実質的に一方向である。
【０００６】
選択された空隙率を含む多くの材料を提供することも望ましい。つまり、選択された孔の密度、選択された孔のサイズおよび選択された方向の空隙を含む選択された空隙率を含む多くの材料を提供することが好ましい。したがって、一般的な技術を用いて選択された空隙率を含む単一の材料を提供するだけではなく、材料は異なる強度および重量の要件を含む多くのさまざまな用途で使用し、変化させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
この発明は、選択された特性に従って構造に孔を設けるためのシステムを提供する。選
択された空隙率またはその他の物理的な特性に従って選択された孔を備えた積層などの構造を形成することができる。空隙は、プレフォームが積層されて積層構造が形成される前に、積層プレフォームにわたってピンまたは孔形成部材を位置付けることによって形成してもよい。積層構造が形成された後、ピンは、積層構造の物理的な特性を損なわないさまざまなプロセスによって除去することができる。したがって、最終的な積層材料の空隙は、天然のプロセスによる一般に不揃いのものではなく、選択されたサイズ、方向および空隙率で設けられる。
【０００８】
この発明の第１の実施例によると、積層材料に孔を形成する方法が開示される。この方法は、材料の複数の層を含む積層プレフォームを形成するステップを含む。ある部材が少なくとも部分的に積層プレフォームを通って配置される。積層プレフォームは実質的に積層構造を形成するために処理してもよい。上記部材は積層構造から除去される。上記部材の除去は、実質的にほとんど酸化なく実現され、所望の形状およびサイズのうちの少なくとも１つを有する孔ができる。
【０００９】
この発明の第２の実施例によると、選択された孔を含む積層材料を形成するための方法が開示される。この方法は、実質的に非酸化の織物を選択するステップと、積層されて実質的に一貫した積層構造にされる、選択された実質的に非酸化の織物の少なくとも１つの層を含む積層織物を形成するステップとを含む。ピンが積層織物に設置され、次いで積層織物は、積層されて積層構造になるように積層される。次に、ピンは積層構造から除去され、積層構造に実質的に選択された孔が形成される。
【００１０】
この発明の第３の実施例によると、所望の程度の空隙率を提供する高強度のパネルが開示される。高強度のパネルは、互いに隣接して設置される材料の複数の独立した層を含む積層された基板を含む。さらに、パネルは、積層された基板を形成する前に材料の複数の独立した層の少なくとも選択された１つに複数の孔形成部材を設置することによって積層された基板に形成された複数の孔を含む。複数の孔形成部材は、積層基板が完全に形成されるまで選択された材料の複数の独立した層に保持され、次いで積層基板から除去されて孔が形成される。
【００１１】
この発明のさらに別の応用の領域は、以下の詳細な説明から明らかであろう。詳細な説明およびさまざまな例は例示のためのものにすぎず、この発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【００１２】
この発明は、詳細な説明および添付の図面からさらに十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好ましい実施例の詳細な説明
さまざまな実施例の以下の説明は本質的に例示的なものにすぎず、この発明、その用途または使用を限定する意図はない。
【００１４】
図１を参照すると、積層構造１０は、少なくとも２つの層、一般に隣接して形成される第１の層１２および第２の層１４を含む。さらに、第１の層および第２の層の間に中間層１６が形成されるかまたは位置付けられてもよい。中間層１６は、形成または積層プロセス中に第１の層１２および第２の層１４を互いに接着するために使用してもよい。しかしながら、積層された層は、形成プロセス中に第１の層１２および第２の層１４をともに固着するために使用できる予め含浸された材料を含んでもよいことが理解されるであろう。またはこれに代えて、第１の層１２および第２の層１４は、付加的な接着材料なしに形成プロセス中に互いに固定してもよい。さらに、積層構造１０は適切な層をいくつ含んでもよいことが理解されるであろう。明確にするため、第２の層１４に固着された第１の層１
２を示すが、これは例示的なものにすぎず、この開示の範囲を限定する意図はない。したがって、２つの構造層１２、１４および単一の中間層１６よりも多い適切な数の層を含む積層構造１０を使用してもよい。
【００１５】
積層１０を通って、穴または孔２０が形成される。孔２０は、適切な態様または選択された態様であればどのように積層１０に形成してもよい。しかしながら、一般に、孔２０は、孔の第１のセット２２などの均一な密度または空隙率が選択された領域に形成されるように形成される。さらに、孔は、非多孔質の領域２４も形成されるように形成してもよい。さらに、孔２０は、一方向であるなどの所望の物理的な特性を含むように形成してもよい。たとえば、一方向の孔２６は、流動性材料が第１の側１２ａから第２の側１４ａに流れるのを可能にする。第４の例示的な形成された孔は角度が付けられた孔２７を含み、これは積層１０の側に対して選択された角度θで形成される。これによって、材料は積層１０に対して選択された領域に流れることができる。一方向の孔２６は、材料が実質的に第２の側１４ａから第１の側１２ａにのみ流れるように形成してもよいことが理解されるであろう。さらに、一方向の孔２６の形成によって、一方向の孔２６は積層１０の選択されたどの領域にも位置付けられ得る。
【００１６】
第１の積層１２および第２の積層１４は、一般に、たとえば非酸化材料などの適切な材料であればどのようなもので形成してもよい。たとえば、第１の層は実質的に炭素強化シリコンカーバイド材料から形成し、第２の層１４は実質的に炭素強化炭素（炭素−炭素）材料で形成してもよい。またはこれに代えて、第１の層１２および第２の層１４の両方を適切な態様で炭素繊維強化シリコンカーバイド材料で形成してもよい。一般に、非酸化の第１の層１２および第２の層１４は、強度または耐久性などの選択された物理的な特性を含むように形成される。さらに、第１の層１２および第２の層１４は、熱伝導性または導電性などの他の物理的な特性を含む材料で形成してもよい。非酸化材料は、炭素、シリコンカーバイドまたは他のセラミック繊維もしくは金属繊維で強化してもよい。しかしながら、第１の層１２および第２の層１４が共に積層されて積層１０にされると、選択された物理的な特性が積層１０内に見られる。さらに、積層１０に形成された孔２０は、積層１０の選択された物理的な特性を破壊することなく形成される。したがって、積層構造１０は、選択された物理的な特性および空隙率の両方を含み得る。
【００１７】
第１の層１２および第２の層１４が個々に多孔質である場合、中間層１６を設けることは、第１の側１２ａから第２の側１４ａへの連続的な空隙率を中断することがある。さらに、第１の層１２および第２の層１４が本質的に多孔質の場合、空隙率は積層１０の面全体にわたって連続的または均一でないことがある。したがって、積層材料１０のさまざまな領域での空隙率は未知である。
【００１８】
したがって、積層１０が形成されるときに積層１０にわたって孔２０を形成することによって、積層１０に形成される空隙率または孔２０が選択された態様でかつ選択された要件に従って形成されることが保証される。さらに、積層１０の製造中に孔２０を形成することによって、孔２０の形成または孔２０の存在が積層１０の選択された物理的または化学的な特性を破壊しないようにできる。
【００１９】
図２を参照すると、孔２０（図１に示される）は、孔形成装置３０を使用して形成してもよい。孔形成装置３０は一般にベース３２、およびベース３２から延在する複数のピンまたは孔形成部材３４を含む。一般に、ピン３４は、積層プレフォーム４０の一部分を貫くために使用される実質的に鋭利な頂部または差込端３６を含む。積層プレフォーム４０は、最終的に積層構造１０を形成するがまだ積層されていない層の各々を含む（つまり、層１２、１４の各々を実質的に一貫したものにするプロセスはまだ行なわれていない）。積層プレフォーム４０の層１２、１４は、強化繊維Ｆ、Ｆ′も含んでもよい。強化繊維Ｆ
、Ｆ′は、選択された特性を層１２、１４に与える材料であればどのような材料でもよい。第１の層１２の強化繊維Ｆは、第２の層の繊維Ｆ′と同じであるか、または異なってもよい。ピン３４は積層プレフォーム４０を貫いて積層プレフォーム４０に所望の孔を形成し、これはピン３４が除去されると孔２０になる。
【００２０】
ピン３４の挿入中に、ピン３４は繊維Ｆ、Ｆ′を動かすこともできる。したがって、ピン３４は繊維Ｆ、Ｆ′を破壊しないし、一旦形成された積層１０にそれらが与える特性も破壊しない。
【００２１】
続けて図２を参照し、さらに図３を参照すると、積層プレフォーム４０は、選択された深さまたは距離までピン３４へと押圧される。このプロセス中、鋭利な端部３６およびピン３４は繊維Ｆ、Ｆ′を壊すのではなく、動かすことができる。非処理状態では、繊維Ｆ、Ｆ′は、壊れるのではなく層１２、１４内で動くことができる。一般に、ピン３４は、所望の孔の深さを積層構造１０に与えるように選択された高さを含む。一般に、孔は、流動性材料が第１の側１２ａから第２の側１４ａに通ることができるように積層構造１０にわたって形成される。孔形成装置３０が積層プレフォーム４０にわたって押圧されるか、または積層プレフォーム４０が孔形成装置３０へと押圧される。しかしながら、ピン３４は積層プレフォーム４０の層の各々に係合しかつ典型的にそれらを通って積層構造１０に孔２０になる領域を形成する。
【００２２】
ピン３４は、適切な形状またはパターンであればどのように孔形成装置３０のベース３２に形成または設置してもよい。さらに、孔形成装置３０は適切な幾何学的構造であればどのような構造に形作ってもよい。このように、積層プレフォーム４０が孔形成装置３０に設置されると、それは、孔２０が積層プレフォーム４０に形成されるときに相補的な形状または類似の形状が積層プレフォーム４０に形成されるように孔形成装置３０の形状に沿う。
【００２３】
ピン３４は適切な構成またはパターンであればどのようにベース３２に位置付けてもよいため、選択された空隙率または空隙率の設計を積層１０に形成することができる。さらに、ベース３２に位置付けられるピン３４の各々は、選択されたサイズまたは幾何学的構造であってもよい。したがって、ピン３４の第１のセットは第１のサイズであり、第２のセットは異なるサイズである。さらに、ピン３４は、流動性材料が一方向にのみ通るように一方向の孔の形状を含んでもよいし、繰返すが、ベース３２に設置されるピンの一部のみがこの特性を含み、他のものは含まないようにしてもよい。さらに、ピン３４は、選択された角度θで孔を形成するように何らかの選択された角度で貫いてもよい。
【００２４】
図４Ａから図４Ｃを参照すると、例示的な孔形成の幾何学的構造が示される。特に図４Ａを参照すると、孔形成装置３０ａは、複数の行４２1から４２nに形成される複数のピン３４を含む。開口部４４は、積層１０の選択された領域に孔が形成されないようなパターンで残される。開口領域４４は適切な形状またはサイズであればどのようなものであってもよく、積層１０に開口部または穴を形成するために使用してもよい。特に、ロッドまたはチューブのための開口部がある場合、そこには孔は形成されない。
【００２５】
特に図４Ｂを参照すると、孔形成装置３０ｂは、第１の直径Ｘを有するピンの第１のセット４６および第２の直径Ｙを有する第２のピンのセット４８を含む。第１の直径Ｘは第２の直径Ｙと異なってもよい。したがって、積層１０にはさまざまなサイズの孔を含む孔が形成される。これは特に、異なるサイズの孔を各セクションで必要とする隣接するセクションを覆うために積層１０が使用される場合に望ましい。この技術を使用して、積層１０の異なる部分にわたって材料の移動率を変化させることができる。
【００２６】
特に図４Ｃを参照すると、孔形成装置３０ｃは、ピンの第１のセクション５０およびピンの第２のセクション５２を含む。第１のセクションのピン５０は、選択されたパターンで積層１０に孔を形成するために三角形などの特定のパターンで形成してもよい。さらに、第１のセクションのピン５０は、第２のセクションのピン５２の密度とは異なる第１の密度を含む。さらに、第２のセットのピン５２の形状または一般的なパターンは、第１のセットのピン５０と異なってもよい。したがって、いくつかの異なる孔形成装置を製造して、さまざまな異なる空隙率、孔のサイズ、孔の形状または孔のパターンを実現してもよい。このように、積層１０は選択された態様の空隙率を含み得る。
【００２７】
図５を参照すると、積層１０に空隙を形成するための方法６０のフローチャートが示される。方法６０はステップ６２で始まる。プロセスが開始した後、ステップ６４で積層織物または織物プレフォームが形成される。つまり、積層プレフォーム４０の第１の層１２および第２の層１４は、積層されて最終的な積層構造１０にされる前に、所望の形状またはサイズに形成されて積層される。第１の層１２および第２の層１４は、プレフォームの段階で、最終的な積層構造１０で必要とされる形状およびサイズに形成してもよい。
【００２８】
ステップ６４でスタック織物プレフォームが形成された後、ステップ６６でピンを挿入してもよい。たとえば、ステップ６６でガラスまたはモリブデンのピンを織物プレフォームに挿入してもよい。ピンは、上述のように選択されたサイズ、空隙率または形状に従って、ステップ６４で形成されるプレフォームに挿入され得ることが理解されるであろう。
【００２９】
ステップ６６でピンが織物プレフォームに挿入された後、ステップ６８で織物プレフォームはツール仕上げされるか、または加工され得る。そのようなツール仕上げはプレフォーム段階では望ましくないことがあるため、ツール仕上げはこの方法６０を実行するために必要ではないことが理解されるであろう。しかしながら、プレフォームにさらに変更を加えて所望の形状またはサイズを実現するために、あるツール仕上げを使用してもよい。選択されたツール仕上げが使用された後か、またはブロック６６でガラスピンが挿入されたすぐ後に、ステップ７０で化学蒸着法または高分子熱分解を使用して繊維プレフォームに界面のコーティングが配置される。
【００３０】
ステップ６６でピンが挿入され、ステップ７０で界面のコーティングが適用された後、ブロック７２で、プレフォームは高分子溶浸熱分解（ＰＩＰ）、液体金属溶浸（ＭＩ）、または化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを介して、たとえば、シリコンカーバイドセラミックなどの母材で溶浸される。プレフォームは、プレフォーム内の層の各々の積層を可能にする材料で溶浸される。プレフォームが溶浸された後、ステップ７４で適切な密度であるかのチェックが行なわれる。材料が選択された密度を有さないことがわかると、ステップ７２で、さらにプレフォームの溶浸が行なわれる。
【００３１】
選択された密度が溶浸されたプレフォームで到達されると、ステップ７６でピンはエッチングしてもよい。ピンは、適切な態様によるステップ７６のエッチングなどによって、ピンを破壊するかまたは破棄することによって除去してもよい。ピンは一般に、それらは使用不能になるが、そのプロセスが積層の選択された特性を無傷で残すように、除去中に破壊されることが理解されるであろう。たとえば、ピンは、積層構造１０からピンを化学エッチングすることによって、エッチングされ得る。つまり、プレフォームに設置されるピンを形成するガラスまたは金属は、積層の材料とは反応しないがガラスピンとのみ反応する化学物質を用いてエッチングされる。したがって、ステップ６４でピンはプレフォームに挿入され、ステップ７２で積層構造が積層されたかまたは溶浸された後まで定位置に残ることが理解されるであろう。ステップ６６で挿入されたピンは、積層構造が完全に形成されるまでプレフォーム構造から除去されない。
【００３２】
ステップ７６でガラスピンがエッチングされた後、ステップ７８で積層が完成される。積層を完成するステップ７８は、検査、機械加工および洗浄などの適切なステップを含んでもよい。さらに、積層の物理的な特性のテストをステップ７８の完成のステップで行なってもよい。初期のツール仕上げが行なわれない場合、または初期のツール仕上げが行なわれる場合、積層構造の最終的なツール仕上げは、選択された構造の形状またはサイズを実現するために仕上げのステップ７８では望ましい。
【００３３】
図６を参照すると、積層１０を形成するための第２の例示的な方法がフロー図９０に従って示される。第２の方法９０は開始ブロック９２で始まる。開始ブロック９２の後、ステップ９４でスタック織物プレフォームが形成される。織物プレフォームは、方法６０による織物プレフォーム６４と実質的に類似であってもよい。ステップ９４で形成された織物プレフォームに、ステップ９６でポリマーピンが挿入される。ステップ９６でスタック織物プレフォームにピンが刺された後、ステップ９８でプレフォームはツール仕上げをしてもよい。ピンを刺されたプレフォームは、ツール仕上げされるか、されないかにかかわらず、次いでステップ１０２で層の積層のために溶浸される。またはこれに代えて、セラミックの積層材料の場合、このプロセスは、硬化プロセスまたは乾燥プロセスによって固まるポリマーセラミック前駆物質を用い、これはステップ１０２で所望のセラミックに変換するために熱分解される。一例では、これは、炭素繊維のまわりにシリコンカーバイドを形成するためのプロセスであってもよい。
【００３４】
ポリマーピンが織物プレフォームに挿入された後、ステップ１０２で織物プレフォームは選択されたポリマーセラミック前駆物質または材料で溶浸される。溶浸によって、スタック織物プレフォームのさまざまな層の間に積層構造が形成される。ステップ１０２のプレフォームの溶浸は、積層構造に必要な密度を実質的に提供する。ステップ１０２の後、プレフォームの溶浸にチェックプロセスまたはステップが続き得るが、方法９０によると溶浸のプロセスは一般に繰返されない。
【００３５】
ステップ１０２で織物プレフォームが溶浸され、硬くされた（すなわち、硬化された）後、ステップ１０４でポリマーピンは溶かしてもよい。具体的には、積層構造は、ステップ１００でプレフォームに挿入されたピンが挿入されているが、そのピンは破壊されるかまたは破棄される。たとえば、ピンは硬化ステップ中に溶かしてもよい。ステップ１０４でポリマーピンを溶かすのに必要な温度は、積層構造の構造を実質的に乱す温度よりも低い温度である。ステップ１０２の溶浸の後に形成される積層構造の構造を損なうことなく、ピンはステップ１０４で溶かされる。このことによって、選択された設計による実質的に多孔質の構造が可能となる。
【００３６】
ポリマーピンが積層構造から溶かされた後、高分子溶浸剤は所定のＰＩＰプロセスによって熱分解され、ステップ１０２でセラミックに変換される。ＰＩＰステップ１０２は適切なときであればいつでも行なってよいことが理解されるであろう。ステップ１０６で積層は完成される。ステップ７８の積層の完成と同様に、ステップ１０６で積層を完成させるためにさまざまなステップを行なってもよい。たとえば、積層構造は所望の物理的および化学的特性であるかを検査してもよいし、構造を機械加工し、洗浄してもよい。さらに、ブロック１０６でのプレフォームへのポリマーピンの設置によって、選択された浸透性の特性が形成されているかを確認するために、積層構造の浸透性のテストを行なってもよい。
【００３７】
一般に、積層構造１０を形成するための材料は実質的に非酸化材料である。さらに、積層構造１０を形成する材料は、さまざまな層での材料の酸化によって乱されることがある。したがって、適切な方法でピンを除去することは、積層構造１０の材料を実質的に酸化させない。このため、ピンは、積層構造１０の層を実質的に酸化させないプロセスを使用
して除去され得る材料から選択される。
【００３８】
さらに、積層構造１０の層１２、１４を形成する材料は、実質的に強い積層を可能にする。ピン３４の設置によって、積層構造１０を選択的に多孔質にすることができる。したがって、所望の程度の空隙率を備えた高強度の積層構造１０またはパネルを実現することができる。積層プレフォーム４０は互いに隣接して設置された材料の複数の独立した層を含む。よって、上述のように、ピン３４を積層プレフォーム４０に設置することによって、積層構造１０に複数の孔が形成される。前記積層構造１０が完全に形成されるまで、複数の孔形成部材３４は材料の独立した複数の層に保持される。次いで、ピン３４は積層構造から除去されて、孔２０が形成される。
【００３９】
たとえば、ピンは、熱分解サイクル中に溶かすかまたは燃やすことのできる、選択された直径または密度の高分子材料から形成してもよい。またはこれに代えて、所定の特定の溶浸方法によって定められるように１つまたはいくつかの溶浸サイクルの後に実質的に容易にエッチングすることができるガラスまたは金属繊維を使用してもよい。これらは本質的に例示的なものにすぎず、孔形成構造３０のためのピン３４を形成するために適切な材料であればどのような材料を使用してもよい。
【００４０】
さらに、ピン３４を形成するための材料は一般に、積層構造の形成のための溶浸と相互作用しない。具体的には、ピンは、積層の形成中に定位置にとどまるが、その後は容易に除去されて積層構造１０に所望の空隙率または孔のサイズを残す。したがって、ピンは一般に溶浸材料と相互作用せず、選択されたときに単に昇華するかまたは燃え尽きる。しかしながら、積層の層に配置された補強材を実質的に変形または実質的に破壊することなくプレフォーム積層材料に押圧することのできるピンが設けられる。
【００４１】
積層構造１０は適切な用途であればどのような用途に使用してもよい。例示的な用途は、「浸出冷却システム（"A TRANSPIRATION COOLING SYSTEM"）」と題され、この発明の譲渡人に譲渡され、かつここに引用により援用される、米国特許出願第１０／６２４，９０８号（Attorney Docket 7784−000565）に記載される。たとえば、孔２０を含む積層構造１０は、構造の拡散冷却に使用され得る。さらに別の例では、積層構造１０は燃焼チャンバのホットウォールとして使用され、裏側を流れる流動性の冷却材料が選択された率で孔２０を通って流れホットウォール面を冷却することができる。しかしながら、積層構造１０は、選択された空隙率を含むため、選択された流量が生じる。さらに、実質的に一貫した空隙率によって、空隙は確実に積層構造１０の選択された領域に存在し、均一な拡散が実現され、均一な冷却が実現される。
【００４２】
この発明の説明は本質的に例示的なものにすぎず、この発明の基本的な前提を離れない変形はこの発明の範囲内にあることを意図される。そのような変形はこの発明の範囲および精神から離れるものと見なされない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明のある実施例による孔を含む積層の断面図である。
【図２】積層および孔形成装置の拡大図である。
【図３】積層および孔形成装置の組立図である。
【図４Ａ】この発明のさまざまな実施例による孔形成装置の図である。
【図４Ｂ】この発明のさまざまな実施例による孔形成装置の図である。
【図４Ｃ】この発明のさまざまな実施例による孔形成装置の図である。
【図５】この発明のある実施例による孔を形成するためのフローチャートである。
【図６】代替の実施例による孔を形成するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  積層構造、１２  第１の層、１４  第２の層、１６  中間層、２０  孔、３４  ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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