(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化ケイ素結晶ウィスカ（ｃｒｙｓｔａｌ  ｗｈｉｓｋｅｒ）で強化された酸化アルミニウムセラミック材料から製造されたボルト及びナットを含むファスナに関する。【解決手段】ボルト１２とナット１４を含む高温ファスナ１０であって、ボルト１２とナット１４が炭化ケイ素結晶ウィスカ又は窒化ケイ素で強化された、酸化アルミニウムセラミック材料から製造される、高温ファスナ１０が提供される。【選択図】図１
2017106620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック材料から作られたブランク、及び
前記ブランク上に螺合面を備える、ファスナ。
【請求項２】
前記セラミック材料が、酸化アルミニウムセラミック材料内の炭化ケイ素結晶ウィスカで強化された前記酸化アルミニウムセラミック材料である、請求項１に記載のファスナ。
【請求項３】
前記セラミック材料が窒化ケイ素である、請求項１に記載のファスナ。
【請求項４】
前記螺合面が、前記ファスナの螺合外面である、請求項２に記載のファスナ。 
【請求項５】
前記螺合面が、前記ファスナの螺合内面である、請求項２に記載のファスナ。
【請求項６】
前記ブランクが第１のブランク（４８）であり、
前記第１のブランク上の前記螺合面が、前記ファスナの螺合外面であり、
酸化アルミニウムセラミック材料内の炭化ケイ素結晶ウィスカで強化された前記酸化アルミニウムセラミック材料から作られた第２のブランク（６４）、及び
前記第２のブランク上に螺合面を備え、
前記第２のブランク上の前記螺合面が、前記ファスナの螺合内面である、請求項２に記載のファスナ。 
【請求項７】
前記ブランクの内部で延在し、内面によって囲まれた、冷却チャネルを更に備える、請求項４に記載のファスナ。
【請求項８】
前記ブランクの内部で延在し、ツールインターフェース面である内面によって囲まれた、チャネルを更に備える、請求項４に記載のファスナ。
【請求項９】
前記酸化アルミニウムセラミック材料内の前記炭化ケイ素結晶ウィスカの割合が、１８％から３０％の範囲内である、請求項２から８のいずれか一項に記載のファスナ。
【請求項１０】
ファスナを作る方法であって、
セラミック材料粉末の混合物を生成すること、
前記混合物を同時に加熱及び加圧して、固体のブランクを生成すること、及び
前記ブランク上に螺合面を形成することを含む、方法。
【請求項１１】
酸化アルミニウムセラミック材料粉末と前記酸化アルミニウムセラミック材料粉末内に分散された炭化ケイ素結晶ウィスカとから、前記セラミック材料粉末の混合物を生成することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
窒化ケイ素から前記セラミック材料粉末の混合物を生成することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ブランクを機械加工して前記ブランク上に螺合外面を形成することによって、前記ブランク上に前記螺合面を形成することを更に含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの前記混合物を同時に加熱及び加圧することに先立って、前記混合物の内部にインサートを配置することと、
前記混合物を同時に加熱及び加圧することによってブランクを生成することと、
前記ブランクの内部から前記インサートの少なくとも一部分を除去することとによって、前記ブランクの内部にチャネルを形成することを更に含む、請求項１１又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ブランクの内部から前記インサートの少なくとも一部分を除去して、前記ブランクの内部にツールインターフェース内面を生成することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ブランクの内部から前記インサートの少なくとも一部分を除去して、前記ブランクの内部に冷却チャネルを生成することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ブランクの内部から前記インサートの少なくとも一部分を除去して、前記ブランクの内部に螺合内面を生成することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記混合物内の前記炭化ケイ素結晶ウィスカの割合が、前記混合物の１８％から３０％の範囲内であるように、前記酸化アルミニウムセラミック材料粉末と前記炭化ケイ素結晶ウィスカとの前記混合物を生成することを更に含む、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭化ケイ素結晶ウィスカ（ｃｒｙｓｔａｌ  ｗｈｉｓｋｅｒ）で強化された酸化アルミニウムセラミック材料から製造されたボルト及びナットを含むファスナに関する
【背景技術】
【０００２】
熱保護システム（ＴＰＳ）、例えば、宇宙船のための再突入熱シールド、極超音速輸送体の胴体部分、ジェットエンジン排気構成要素などは、熱に強いことが必要とされ且つ非常に厳しい環境に耐えなければならない材料から製造される。再突入輸送体表面は、特に困難である。その表面は、触媒反応性が低くなければならない。何故ならば、再突入輸送体表面の直前の衝撃波は、空気の分子を解離させ、更なる加熱の可能性を提供するからである。空気の分子がバラバラになり表面と衝突する際に、それらは発熱反応を起こして再結合する。表面が触媒として働くので、表面は低い触媒反応性を有していることが重要である。これは、この化学反応からのエネルギーが増加する傾向を低減させる。これらの材料は、材料表面のスケーリングを最小限にするために、高温の酸素に対する抵抗性、特に、原子状酸素に対する抵抗性も有する必要がある。材料は、放射熱伝達を介して入ってくる対流熱を最大限に拒絶することを保証するために、高い放射率を有していなければならない。これらの要件は、タイル、ブランケット、及び熱保護システム内で使用される他の同様な構造などの、熱保護システムの用途において満たされることが困難である。
【０００３】
タイル、ブランケット、及びセラミックマトリクス複合構成要素を採用する熱保護システムでは、例えば、タイルが最初に適所に接合される。多くのＴＰＳ用途に対して、接着剤で接合されたタイルなどの絶縁体は、輸送体、例えば、極超音速輸送体の外側モールドラインに絶縁性を提供するために使用される。多くの接着剤の温度制限のみならず、簡単で素早い交換のため、又は保守のために、機械的に取り付けられるタイル、ブランケット、及び他の形態のセラミックマトリクス複合材料に関心が注がれている。
【０００４】
しかし、再突入輸送体、エンジン排気構成要素の熱シールド表面などの用途、及び極超音速輸送体製造において、これらの用途で取り付けられるセラミックマトリクス構成要素での金属ファスナの使用は、問題をかかえてきた。多くの金属が、高い触媒反応性、低い熱放射性、高い熱膨張係数を有し、温度が増加すると軟らかくなり且つ弱くなる。ＴＰＳ又は排気ライナを輸送体に取り付けるためにファスナが使用される場合に、それらは、通常、高温金属合金から作られている。ＴＰＳ構成要素又はパネルが適所に固定されるならば、ファスナは、通常、ファスナを保護するために、且つ、低い触媒反応性及び高い放射性を有する表面であって、境界層を乱し又は邪魔して温度が上がることがないように滑らかな、表面を保証するために、絶縁プラグで埋められるか又は覆われる。これは、その動作環境の極端な熱から金属ファスナを保護するが、ＴＰＳ内に埋められた金属ファスナに影響を与えることが、容易でないか又は全くできないという欠点を持つ。更に、多くの金属は、高い触媒反応性、低い放射性、高い熱膨張係数を有し、セラミックマトリクス複合材料に合致する低い熱膨張係数を有するものも少なくないとしても、高い温度環境で使用されるファスナに対する要件の多くを満たさない。金属とは異なって、多くのセラミックは、低い触媒反応性を有し、幾つかのものは、高い放射性を有し、非常に硬く且つ摩耗し難い。
【０００５】
現在、多くのタービンエンジン排気構成要素及びファスナは、主として、全てではないが、超合金から作られている。構成要素は、金属が環境に耐え得るように活発に冷却される。セラミックマトリクス複合材及び他のセラミック構成要素が、タービンエンジン排気システムに実装されるので、超合金ファスナは、もはや使用され得ない。何故ならば、金属は温度に耐えられないからである。悪いことには、セラミックマトリクス複合材料は、金属と比較して低い熱伝導率を有するので、たとえパネルが冷却されるとしても、ファスナは未だ過熱する傾向を有し得る。
【発明の概要】
【０００６】
上述された理由などによって、熱保護システム内でセラミックマトリクス複合材を固定するために使用されるファスナは、セラミック材料から製造されることが望ましいだろう。しかし、最も強いセラミックは、モノリシックであり、傷付き易く（ｂｒｉｔｔｌｅ）、切欠き脆性を有し、熱衝撃問題を有し、破滅的故障を生じる傾向があり、ファスナを作るために理想的ではない。セラミックファスナは、傷付きやすく、硬く、切欠き脆性を有するので、セラミック材料のファスナにねじ山を機械加工すること、殊に、雌ねじを機械加工することも非常に困難である。螺合するセラミックファスナを製造することは、通常、焼成の前に射出成形のようなプロセスで行われるが、これらのタイプのねじは、焼成収縮（ｆｉｒｉｎｇ  ｓｈｒｉｎｋａｇｅ）のために丸められ且つ精密でなく、セラミックファスナの強度は、未だ通常低く、バラつきが多く、かなり予測不可能である。
【０００７】
本開示の高温ねじファスナは、雄ねじ表面を有するボルトと雌ねじ表面を有するナットを含む。ボルトとナットの両方は、炭化ケイ素結晶ウィスカで強化された酸化アルミニウムセラミック材料から製造される。該高温ねじファスナは、高破壊靱性、最小切欠き脆性、低触媒反応性、高い熱放射性、高剛性、高硬度、優れた熱衝撃耐性、及び高温原子状酸素によるスケーリング耐性を有し、ファスナが晒される全体の温度範囲にわたり高い強度の要件を満たす。アルミナを含むセラミックは、通常、触媒反応性が低く、多くの金属とは異なっている。酸化アルミニウムを伴った炭化ケイ素結晶ウィスカは、破壊靱性を高めるだけでなく、ファスナの放射性も高める。再び、非常に低い放射性を有する金属とは異なる。炭化ケイ素結晶ウィスカで強化された酸化アルミニウムセラミック材料は、それと共にファスナが使用されるところの酸化セラミックマトリクス構成要素の熱膨張係数とかなり一致した熱膨張係数も有する。
【０００８】
ファスナボルトを製造することにおいて、酸化アルミニウムセラミック材料と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物が準備される。その後、混合物は、高温高圧でホットプレスされ、ヘッド及びシャフトを有するブランク（ｂｌａｎｋ）を形成する。
【０００９】
酸化アルミニウムセラミック材料及び強化炭化ケイ素結晶ウィスカは、機械加工され得る高い破壊靱性を有する硬質セラミック材料のブランクを生み出す。ツールインターフェース面、例えば、六角ヘッドは、ブランクのヘッド上で機械加工される。螺合外面は、ブランクのシャフト上で機械加工される。ねじの谷では、ねじが米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）標準で切削されないが、代わりに、谷が浅く亀裂開始及び切欠き脆性の可能性を低減させるように切削される。
【００１０】
ファスナナットを製造することにおいて、ファスナボルトのものと同様なやり方で、炭化ケイ素結晶ウィスカで強化される酸化アルミニウムセラミック材料粉末の混合物が準備される。その後、混合物はホットプレスされる。ナット内に雌ねじを形成するために、グラファイトのプレフォームが、ナットの雌ねじと相補的な雄ねじを有するように機械加工される。プレフォームは、粉体混合物の内部に配置され、それによって、混合物を密度の高い仕上げられたセラミックブランクへと圧密及び加熱する間に、ナットの雌ねじが、グラファイトのプレフォームの周りに形成される。ブランクを形成する混合物のホットプレスが完了した後で、かなり軟らかいグラファイトのプレフォームがブランクから除去され、ねじが焼結の間に圧力下で形成されたので、ファスナ内の雌ねじは正確な寸法であり、通常、焼結セラミックに関連する収縮をもたらさない。その後、ファスナナットの外側形状は、望ましい形状へと機械加工され得る。
【００１１】
ＴＰＳの用途とは異なって、タービンエンジンの構成要素は、長い期間にわたり使用され、通常、活発に冷却され、材料が厳しい環境に耐えることを可能にする。ある場合ではセラミックファスナは金属よりも高い温度に耐えられるが、セラミックファスナは冷却されることが必要である。殊に、多くのセラミック及びセラミックマトリクス構成要素の熱伝導率は、金属と比較してかなり低い熱伝導率を有しているからである。ナットを製造するのと類似のやり方で、内側冷却チャネル、雌ねじ、及び／又は内側ツールインターフェース面を有する、ファスナボルトを製造することにおいてプレフォームが使用され得る。内側ツールインターフェース面は、アレンレンチ又はトルクス（Ｔｏｒｘ）のインターフェース面などであり、もし機械加工するとすれば非常に高価であり得る。
【００１２】
上述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において単独で実現することが可能であり、又は更に別の実施形態において組み合わせることが可能である。これらの実施形態は、以下の説明及び添付図面を参照することによって更に詳細に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示のファスナボルト及びナットの斜視図である。
【図２】本開示のファスナボルト及びナットの側面図である。
【図３】本開示のファスナボルトを製造する方法の図である。
【図４】ファスナボルトを製造することにおいて形成されたブランクの図である。
【図５】本開示のファスナナットを製造する方法の図である。
【図６】本開示のファスナボルト内の冷却チャネル、雌ねじ、及び／又は内側ツールインターフェース面を形成する方法の図である。
【図７】本開示のファスナボルトを形成する方法ステップのフローチャートである。
【図８】本開示のファスナナットを形成する方法ステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、ボルト１２又はボルト及びナット１４を含む、本開示のファスナ１０の斜視図である。図２は、ボルト１２とナット１４の側面図である。図２では、ボルト１２とナット１４の裏側が、図２で表されているボルト１２とナット１４の側面図の鏡像である。図１及び図２で表されているように、ボルト１２とナット１４の形状は従来のものである。
【００１５】
ボルト１２は、ヘッド１６、及び螺合外面２２を有するシャフト１８を有するように示されている。ボルトヘッド１６は、六角形状のツールインターフェース面２４を有するように示されている。ボルトヘッドツールインターフェース面２４の六角形の形状は、ボルトヘッド１６が有し得るツールインターフェース面の形状の一例に過ぎない。ボルトヘッド１６は、任意の他の同等なツールインターフェース面の形状を有するように製造され得る。
【００１６】
ファスナナット１４は、円筒形状の内側ボア２６を有し、内側ボア２６の周りに螺合内面２８を有する。螺合内面２８は、ボルト１２の螺合外面２２と相補的であるように形成され、ナット１４がボルト１２にねじ込まれることを可能にする。ナット１４も、ナットの外側に六角形状のツールインターフェース面３２を有するように形成される。ファスナボルト１２と同様に、ファスナナット１４は、任意の他の同等なツールインターフェース面の形状を有するように製造され得る。
【００１７】
前述されたように、ファスナボルト１２とファスナナット１４の形状は従来のものである。ファスナボルト１２とファスナナット１４をユニークにしているのは、それらが、高温ねじファスナとして製造されることである。これは、ボルト１２とナット１４の両方が、ウィスカ強化の技術を使用するセラミック複合材料から製造されることによって達成される。硬質セラミックマトリクスは、極端に強く、堅い、通常ウィスカと呼ばれる炭化ケイ素を用いて強化される。ボルト１２とナット１４の両方は、炭化ケイ素結晶ウィスカで強化された酸化アルミニウムセラミック材料の混合物である、セラミックマトリクス複合材料から製造される。ボルト１２とナット１４を製造するために使用されるセラミックマトリクス複合材料の一例は、Ｇｒｅｅｎｌｅａｆ社の登録商標である、ウィスカ強化セラミック材料ＷＧ‐３００（登録商標）である。ＷＧ‐３００（登録商標）では、酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物内の炭化ケイ素結晶ウィスカの割合が、約３０％である。ボルト１２とナット１４を製造するために使用されるセラミック複合材料の他の例では、酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物内の炭化ケイ素結晶ウィスカの割合が、１０％〜３０％の範囲内である。
【００１８】
高温ねじファスナボルト１２を製造する方法が、図３で示されている。ボルト１２を製造することにおいて、酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物３４が準備される。これは、図７の方法の第１のステップとして表されている。酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物３４は、ファスナボルト１２を製造することにおいて使用されるブランクを形成するために高温プレス３６の中へ置かれる。これは、図７の方法の第２のステップとして表されている。図３は、高温高圧プレス３６の図を示している。図３では、酸化アルミニウムセラミック材料粉末３８と炭化ケイ素結晶ウィスカ４２が、概略的に表されており、原寸通りには示されていない。プレス３６は、混合物３４である酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカから、ボルト１２のためのブランクを形成するように構成された、成形用ダイのピース４４、４６を有する。混合物３４は、プレスダイ４４、４６の間でプレス３６内に配置され、（華氏３，０００度を超える）高温でホットプレスされ、且つ、高圧で圧縮されて、図４で表されているようなヘッド５２とシャフト５４を有する、ボルト１２のブランク４８を形成する。これは、図７の方法の第３のステップとして表されている。ブランク４８は、密度が高く、細かい粒径を有している。プレス３６の温度と同時に混合物３４に加えられる外圧は、酸化アルミニウムセラミック材料と強化炭化ケイ素結晶ウィスカの優れた強化を生み出す。
【００１９】
ボルトブランク４８は、冷却され、その後、プレス３６から除去されることが可能である。これは、図７の方法の第４のステップとして表されている。酸化アルミニウムセラミック材料及び強化炭化ケイ素結晶ウィスカ５４は、機械加工され得る高い破壊靱性を有する硬質セラミック材料のブランク４８を生み出す。
【００２０】
ツールインターフェース面、例えば、図１及び図２で表された六角形状のボルトヘッド２４は、その後、ブランク４８のヘッド５２上で機械加工される。代替的に、ツールインターフェース面２４は、ブランクヘッド５２上に成形され得る。螺合外面２２、例えば、図１及び図２で表されたものは、ブランク４８のシャフト５４上で機械加工される。これは、図７の方法の最後の２つのステップとして表されている。ねじの谷の底（ｂｏｔｔｏｍｓ  ｏｆ  ｖａｌｌｅｙｓ）が浅く作られ、負荷下でのファスナ１０の切欠き脆性を更に低減させるように、螺合外面２２が、ブランク４８のシャフト５４上で機械加工される。ブランク４８内のウィスカ４２は、ブランクの機械加工の間に、ミクロの亀裂が、ブランク４８のシャフト５４を通って形成され且つ伝播することを妨げる助けとなる。ボルト１２内のウィスカ４２は、ボルト１２上で機械加工されたねじ山２２の、切欠き脆性をより少なくもする。ウィスカ４２は、ファスナの使用時の負荷下で、ミクロの亀裂が、ファスナ１０を通って形成され且つ伝播することを妨げる助けにもなる。
【００２１】
ファスナナット１４を製造する方法は、ファスナボルト１２のものと同様であり、図５で表されている。ナット１４を製造することにおいて、酸化アルミニウムセラミック材料粉末３８と炭化ケイ素結晶ウィスカ４２との混合物３４が準備される。これは、図８の方法の第１のステップとして表されている。酸化アルミニウムセラミック材料粉末３８と炭化ケイ素結晶ウィスカ４２との混合物３４は、ファスナナット１４を製造することにおいて使用されるブランクを形成するために高温プレス５６の中へ置かれる。これは、図８の方法の第２のステップとして表されている。図５は、高温高圧プレス５６を示している。図５では、酸化アルミニウムセラミック材料粉末３８と炭化ケイ素結晶ウィスカ４２が、概略的に表されており、原寸通りには示されていない。プレス５６は、混合物３４である酸化アルミニウム粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカからナット１４のためのブランクを形成するように構成された、成形用ダイのピース５８、６２を有する。混合物３４は、プレスダイ５８、６２の間でプレス５６内に配置され、華氏３，０００度を超える温度でホットプレスされ、更に、混合物は、高圧で圧縮されて、ナット１４のブランクを形成する。ナット１４のブランク６４は、密度が高く、細かい粒径を有している。プレス５６の温度と同時に混合物３４に加えられる外圧は、酸化アルミニウムセラミック材料と強化炭化ケイ素結晶ウィスカの優れた強化を生み出す。酸化アルミニウムセラミック材料と強化炭化ケイ素結晶ウィスカは、高破壊靱性を有する硬質セラミック材料のナット１４のブランク６４を生み出す。
【００２２】
ナット１４のブランク６４内に雌ねじを形成する方法を開発することにおいて、少なくとも費用効果に優れて、ナットブランク６４の非常に硬い材料内に雌ねじを機械加工することは、もし不可能ではないとしても、非常に困難であるということが認識された。ナット１４内に螺合内面２８を形成するために、グラファイトプレフォーム６６が、ナット１４の螺合内面２８と相補的な雄ねじ６８を有するように機械加工される。図５で表されているように、プレフォーム６６は、プレス５６内の混合物３４の内部に配置される。これは、図８の方法の第３のステップとして表されている。密度が高い仕上げられたナット１４のセラミックブランク６４への、プレス５６内での混合物３４の加熱及び加圧の間に、ナット１４の螺合内面２８が、グラファイトプレフォーム６６の周りに形成される。これは、図８の方法の第４のステップとして表されている。ナットブランク６４は、冷却され、その後、プレス５６から除去されることが可能である。これは、図８の方法の第５のステップとして表されている。ナットブランク６４を形成する混合物３４のホットプレスが完了した後で、雄ねじ６８を有する軟らかいグラファイトプレフォーム６６が、ナットブランク６４から容易に除去されて、ブランク６４内に費用効果に優れクリーンで精密な螺合内面２８がもたらされる。これは、図８の方法の第６のステップとして表されている。螺合内面２８は、プレフォーム６６の周りを加圧焼結する間に形成されるので、螺合内面２８の収縮は生じない。これは、螺号するファスナボルト１２の機械加工された螺合外面２２に近接して合致する、高い許容誤差を有する螺合内面２８の製造を可能にする。
【００２３】
ボルト１２とナット１４を製造することにおいて、酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物を使用することに対する代替案として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が、それらの場所で使用され得る。
【００２４】
その後、ツールインターフェース面、例えば、ナット１４の六角形状の外面３２が、ナット１４上で機械加工される。これは、図８の方法の第７のステップとして表されている。代替的に、ツールインターフェース面３２は、ナットブランク６４上に成形され得る。
【００２５】
図６は、冷却チャネル及び／又は内側ツールインターフェース面を有する、高温ねじファスナボルト７２を製造する方法の図である。図６で表される製造方法では、ファスナボルト７２が、前述のファスナボルト１２と同じやり方で製造される。しかし、酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物３４が、高温プレス３６の中に置かれるときに、１以上のグラファイトプレフォーム７４、７６が、混合物３４内に配置される。
【００２６】
図６で表されているプレフォームのうちの一方７４は、形成されるボルト７２の長さに沿って、プレス３６内の混合物３４の中心に配置される。このプレフォーム７４は、ファスナボルト７２の中心を通る円筒形状冷却チャネルを形成するための、円筒外側形状を有し得る。代替的に又は冷却チャネルを形成することに加えて、混合物３４の中心にあるプレフォーム７４は、ファスナボルト７２内の内側ツーリング面を形成するための形状、例えば、ファスナボルト７２内に六角形状内側ツールインターフェース面を形成するための六角形状断面を有し得る。六角形状断面を有するプレフォーム７４は、アレンレンチによって係合され得る六角形状を有する内側ツールインターフェース面を形成し得る。
【００２７】
プレフォーム７４が、形成されるべきボルト１２の長さに沿って混合物３４内に配置されることに加えて、更なるプレフォーム７６が、形成されるべきボルト７２の幅を横断して混合物３４内に配置され得る。図６で表されているように、更なるプレフォーム７６が、ファスナボルト７２のヘッドとして形成され得る混合物３４の部分内に配置される。この更なるプレフォーム７６は、ファスナボルト７２のヘッドの中心を通過する円筒形状冷却チャネルを形成するための、円筒外面形状を有し得る。
【００２８】
プレス３６は、前述されたのと同じやり方で、プレス内の混合物３４を加熱及び加圧し、ファスナボルト７２を形成するように操作される。一旦、ファスナボルト７２のためのブランクが形成され、プレス３６から除去されると、ファスナナット１４に関して前述されたのと同じやり方で、グラファイトプレフォーム７４、７６が、ブランクから除去され得る。これは、ファスナボルト内の内側冷却チャネル及び／又はファスナボルト内の内側ツールインターフェース面を有する、ファスナボルト７２を生み出す。
【００２９】
３０％のＳｉＣウィスカ強化アルミナを有するＧｒｅｅｎｌｅａｆ  ＷＧ‐３００から作られたファスナボルト及びファスナナットは、６．０×１０−６の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、１８％のＳｉＣウィスカ強化アルミナを有するＷＧ‐１５０から作られたものは、７．０×１０−６のＣＴＥを有する。これらのファスナは、面内ＣＴＥが６．５６×１０−６／℃であるＮｅｘｔｅｌ‐７２０繊維強化を使用する酸化ＣＭＣ、又は面内ＣＴＥが７．８７×１０−６／℃であるＮｅｘｔｅｌ‐６１０繊維を使用する酸化ＣＭＣと、ほぼ一致するＣＴＥを有する。
【００３０】
ボルトとナットのファスナを製造することにおいて、酸化アルミニウムセラミック材料粉末と炭化ケイ素結晶ウィスカとの混合物を使用することに対する代替案として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が、それらの場所で使用され得る。ＳｉＣウィスカ強化アルミナは、Ｓｉ３Ｎ４構成要素の６〜７ＭＰａ√ｍと比較して１０ＭＰａ√ｍという好適なより高い破壊靱性を有するけれども、Ｓｉ３Ｎ４構成要素のＣＴＥは、より低い３．０〜３．８×１０−６／℃であり、それは、Ｃ／ＳｉＣ及びＳｉＣ／ＳｉＣのような非酸化ＣＭＣと共に使用されるのに理想的であり、これもまた３．０〜５×１０−６／℃の範囲内にある低いＣＴＥを有する。Ｓｉ３Ｎ４のより低い破壊靱性が、これらの形状を製造することをより困難にするけれども、それは、未だ幾つかの用途で有効である。
【００３１】
条項１
長さを有するボルト（１２）と、
前記ボルトの前記長さの第１の端部にある、ヘッド（１６）と、
前記ボルトの前記長さの第２の端部にある、螺合外面とを備え、
前記ボルトはセラミック材料から作られている、ファスナ。
条項２
前記セラミック材料が、酸化アルミニウムセラミック材料内の炭化ケイ素結晶ウィスカで強化された前記酸化アルミニウムセラミック材料である、条項１に記載のファスナ。
条項３
前記セラミック材料が窒化ケイ素である、条項１に記載のファスナ。
条項４
ナット（１４）を通って延在し且つ前記ボルト（１２）の前記螺合外面と相補的である、螺合内面を有する、ナット（１４）であって、酸化アルミニウムセラミック材料内の炭化ケイ素結晶ウィスカで強化された前記酸化アルミニウムセラミック材料から作られている、ナット（１４）を更に備える、条項２に記載のファスナ。
条項５
前記ボルト（１２）が、前記ボルトの前記長さに沿った中心軸を有し、
前記ボルトの前記ヘッド（１６）と前記ボルトの前記螺合外面が、前記中心軸の軸方向において反対側にあり、
前記ボルトの内部で軸方向に延在する冷却チャネルを更に備える、条項２に記載のファスナ。
条項６
前記ボルト（１２）が、前記ボルトの前記長さに沿った中心軸を有し、
前記ボルトの前記ヘッド（１６）と前記ボルトの前記螺合外面が、前記中心軸の軸方向において反対側にあり、
前記ボルトの内部で前記中心軸と垂直に延在する冷却チャネルを更に備える、条項２に記載のファスナ。
条項７
前記ボルト（１２）が、前記ボルトの前記長さに沿った中心軸を有し、
前記ボルトの前記ヘッド（１６）と前記ボルトの前記螺合外面が、前記中心軸の軸方向において反対側にあり、
前記ボルトの内部で前記ボルトの前記ヘッドから軸方向に延在するチャネルであって、ツールインターフェース面として形成された内面を有する、チャネルを更に備える、条項２に記載のファスナ。
条項８
前記酸化アルミニウムセラミック材料内の前記炭化ケイ素結晶ウィスカの割合が、１８％から３０％の範囲内である、条項２に記載のファスナ。
【００３２】
本発明の範囲から逸脱せずに、本明細書中に記載され図示された装置の製造及びその装置の動作方法に様々な変更を加えることができるであろうから、先ほどの記述に含まれ、添付図面に示されたすべての対象となるものは、限定というよりむしろ例示として解釈されたい。したがって、本開示の幅広さ及び範囲は、上記の例示的な実施形態のうちの任意のものによって限定されるべきではなく、本明細書に添付される以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ定義されるべきである。
【図１】
2017106620.tif 000003
【図２】
2017106620.tif 000004
【図３】
2017106620.tif 000005
【図４】
2017106620.tif 000006
【図５】
2017106620.tif 000007
【図６】
2017106620.tif 000008
【図７】
2017106620.tif 000009
【図８】
2017106620.tif 000010
【外国語明細書】
2017106620000001.pdf
2017106620000002.pdf
2017106620000003.pdf
2017106620000004.pdf