(57)【要約】  マトリックスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料からなる部品（１００）の部分（１３０）を局所的に処理する方法であって、前記材料は内部気孔を有す。方法は、処理される部品（１００）の部分（１３０）の体積に応じて、溶浸組成物（１０）の量を決定するステップであり、溶浸組成物（１０）は少なくともシリコンを含むステップと、決定された量の溶浸組成物（１０）を、処理される部品の部分（１３０）に接触して置くステップと、前記部分に処理組成物を含浸させるように、溶浸組成物の溶解温度以上の温度で熱処理を適用するステップとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料からなる部品（１００）の部分（１３０）を局所的に処理する方法であって、
前記材料は内部気孔を有し、
方法は、
処理される部品（１００）の部分（１３０）の体積に応じて、溶浸組成物（１０）の量を決定するステップであり、溶浸組成物（１０）は少なくともシリコンを含むステップと、
決定された量の溶浸組成物（１０）を、処理される部品の部分（１３０）の表面内で開口した気孔に接触して置くステップと、
前記部分に処理組成物を含浸させ、前記部分内に存在する気孔を埋めるように、溶浸組成物の溶解温度以上の温度で熱処理を適用するステップと
を含む方法。
【請求項２】
溶浸組成物がシリコンまたはシリコン合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
処理された部品（１００）の部分（１３０）を機械加工するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
部品（１００）が、セラミックマトリックス耐熱構造複合材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複合材料からなる部品（１００）が、少なくともブレードの根元部およびエーロフォイルを含む航空エンジンのブレードに相当し、処理のための部分（１３０）は前記ブレードの根元部に相当する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複合材料部品が、他の部品に機械的に接続するための少なくとも１つの接続部分（４０１；４０２）を有する構造部品（４００）に相当し、各接続部分は、処理される部分に相当する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複合材料部品が、金属からなる封止部と接触する少なくとも１つの耐圧表面部分を有する構造部品に相当し、各耐圧表面部分は、処理される部分に相当する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
複合材料からなる部品（３００）を修復する方法であって、
部品はその表面内に少なくとも１つの損傷部分（３２１）を含み、
各損傷部分（３２１）は、請求項１に記載の処理方法によって処理されることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性複合材料からなる部品を局所的に処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐熱構造複合材料は、その良好な機械的性質、およびこれらの性質を高温で維持するその能力が知られている。これらは、炭素マトリックスにより緻密化された炭素繊維強化材により構成される炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材料、および少なくとも一部がセラミックであるマトリックスにより緻密化された耐火（炭素またはセラミック）繊維からなる強化材により形成されたセラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）材料を包含する。ＣＭＣ材料の例は、Ｃ／ＳｉＣ複合材料（炭素繊維強化材および炭化ケイ素マトリックス）、Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ複合材料（炭素繊維強化材、および一般に繊維に近接している炭素相と炭化ケイ素相を含むマトリックス）、およびＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料（炭化ケイ素からなる強化繊維およびマトリックス）である。複合材料の機械的強度を改善するために、強化繊維とマトリックスとの間に中間層を介在させることができる。
【０００３】
耐熱構造複合材料部品を得る通常の方法は、液体技術を使用する方法、およびガス技術を使用する方法である。
【０００４】
液体法は、作製される部品の形状を実質的に有する繊維プリフォームを作製すること、すなわち複合材料の強化材を構成すること、およびこのプリフォームをマトリックス材料の前駆体を含有する液体組成物で含浸させることからなる。通常、前駆体は、場合によっては溶媒中に希釈された樹脂のようなポリマーの形態にある。前駆体は、存在する場合には溶媒を除去した後、およびポリマーを硬化させた後に、熱処理により耐火相に変換される。所望程度の緻密化を達成するために、複数の連続含浸サイクルが行われることができる。例として、炭素の液体前駆体は、フェノール樹脂のような比較的高いコーク含有量を有する樹脂であり得、一方、セラミックの液体前駆体、特にＳｉＣの前駆体は、ポリカーボシラン（ＰＣＳ）またはポリチタノカーボシラン（ＰＴＣＳ）またはポリシラザン（ＰＳＺ）タイプの樹脂であり得る。
【０００５】
ガス法は、化学蒸気溶浸（ＣＶＩ）からなる。作製しようとする部品に対応する繊維プリフォームがオーブン中に置かれ、その中に反応ガスを入れる。オーブン中に存在する圧力および温度並びにガスの組成は、ガスがプリフォームの気孔内に拡散可能とし、繊維と接触する固体材料を付着させることによりマトリックスを形成させるように選択され、該材料は、分解するガスの成分から、または複数の成分間の反応から生じる。例として、炭素のガス状前駆体は、クラッキングにより炭素を与える炭化水素、例えばメタンであり得、セラミック、特にＳｉＣのガス状前駆体は、メチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）であり得、これは（場合によっては水素の存在下で）ＭＴＳを分解させることによりＳｉＣを与える。
【０００６】
液体技術とガス技術の両方を使用する組み合わせ方法も存在する。
【０００７】
そのような耐熱構造複合材料は、それらの特性のため、例えば、航空機分野、宇宙分野または原子力分野において、高レベルの熱機械的応力に供させる部品を作製するために、種々の分野で用途が見いだせる。
【０００８】
それにもかかわらず、どのような緻密化方法を用いても、耐熱構造複合材料からなる部品は、常に、開口した、すなわち部品の外部と連通した内部気孔性を有する。この気孔性は、繊維プリフォームの緻密化の不可避的不完全性から生じる。この気孔性は、互いに連通するより大きなまたはより小さな大きさの気孔の存在をもたらす。
【０００９】
これらの気孔の存在にもかかわらず、そのような部品は、一般に、非常に十分な機械的強度を有す。それにもかかわらず、ある状況では、複合材料からなる部品は、非常に大きな機械的応力を局所的に受け得、例えば航空エンジンのブレードが受ける破砕および圧縮力が集中するブレードの根元部に起こる。
【００１０】
このように応力のかかる部品の部分における気孔の存在は、局所的に部品の機械的強度を弱める可能性がある。その結果として、耐熱構造複合材料部品を局所的に強化する必要がある。
【００１１】
同じことを耐熱構造複合材料からなる部品の部分に適用すると、そのような部分は、他の部品、特に金属からなる部品に固定する、または部品をこするための部分を構成し、したがって、部品の残りより大きい機械的な力を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０６９３４６号
【特許文献２】欧州特許第０８０６４０２号明細書
【特許文献３】米国特許第５９７５４０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、多孔性複合材料部品が局所的に強化されることを可能にする解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、マトリックスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料からなる部品の部分を局所的に処理する方法であって、前記材料は内部気孔を有し、方法は、
処理される部品の部分の体積に応じて、溶浸組成物の量を決定するステップであり、溶浸組成物は少なくともシリコンを含むステップと、
決定された量の溶浸組成物を、処理される部品の部分の表面内で開口した気孔に接触して置くステップと、
前記部分に処理組成物を含浸させ、前記部分内に存在する気孔を埋めるように、溶浸組成物の溶解温度以上の温度で熱処理を適用するステップとを含む方法によって達成される。
【００１５】
このように、本発明の方法によって、強化を必要とする部品の１つ以上の部分のみを処理することが可能である。このように、部品を、部品の残りと比較して大きい機械的応力を受ける決定された部分において局所的に強化することが可能である。使用される溶浸組成物の量は溶浸される部分の体積に応じて決定されるので、溶浸組成物は、対象とする部分内のみにその部分を越えずに毛管現象によって溶浸する。したがって、これは、溶解またはスラリー鋳込みタイプの方法によって部品の材料のすべてを溶浸させることと比較して、部品の重量増加を制限する。
【００１６】
本発明の方法の第１の態様では、溶浸組成物は、シリコンまたはその合金の１つ、特にＳｉＴｉ、ＳｉＭｏ、またはＳｉＮＢなどを含む。
【００１７】
本発明の第２の態様では、方法は、処理された部品の部分を機械加工するステップをさらに含む。
【００１８】
本発明の第３の態様では、部品は、セラミックマトリックス耐熱構造複合材料からなる。
【００１９】
複合材料部品は、少なくともブレードの根元部およびエーロフォイルを含む航空エンジンのブレードに特に相当し得、処理される部分は前記ブレードの根元部に相当する。そのような状況下では、ブレードの根元部の局所的な強化材は、その製造工程を単純化する役目を果たし、ブレードのこの部分における挿入物の使用を取り除くことを予測することを可能にする。ブレードの間の接触または摩擦に関与する部分、後縁などの細い部分、ワイパーなどのエンジンステータの部分と接触する部分、反傾倒壁などの局所的な部分などのブレードの他の部分は、本発明の方法で強化され得る。
【００２０】
本発明の方法によって処理された複合材料部品は、また、他の部品に機械的に接続されるための少なくとも１つの接続部分を有する構造部品に相当し、接続部分は処理される部分に相当し得る。これは、接続ゾーンにおける部品の材料の剛性、および締め付け力に耐えるその能力を向上する。
【００２１】
本発明の方法は、また、金属封止部と接触する少なくとも１つの耐圧表面部分を含む複合材料部品を処理するために使用され、耐圧表面部分は、処理される部分に相当し得る。これは、金属部品との摩擦に耐えることに優れる耐圧表面部分を形成し、それによって、長時間封止を維持することを可能にする。さらに、部品の組成材料が自己回復する、つまり、耐圧表面部分に溶浸するホウ素またはホウ素化合物を含むマトリックスを有する場合には、ホウ素と封止部の金属材料との間の相互作用を回避することを可能にする。
【００２２】
本発明は、また、部品の表面内に存在する少なくとも１つの損傷部分を含む複合材料部品を修復する方法を提供し、各損傷部分は本発明の処理方法によって処理される。この方法は、例えば、他のある物体に対する衝突後に、複合材料部品の損傷された部分における表面状態を修復することを特に可能にする。
【００２３】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的例として与えられ、添付図面を参照しての本発明の具体的な態様についての以下の記述から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の処理方法によるブレードの根元部の局所的な溶浸を示す模式図である。
【図１Ｂ】本発明の処理方法によるブレードの根元部の局所的な溶浸を示す模式図である。
【図２】本発明の処理方法によるブレードの根元部の局所的な溶浸を示す模式図である。
【図３Ａ】本発明の処理方法による局所的な溶浸前のブレードの根元部をそれぞれ示す顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】本発明の処理方法による局所的な溶浸後のブレードの根元部をそれぞれ示す顕微鏡写真である。
【図４】本発明の処理方法による側面コーティングが形成されたブレードの根元部の局所的な溶浸を示す模式図である。
【図５】本発明の処理方法による側面コーティングが形成されたブレードの根元部の局所的な溶浸を示す模式図である。
【図６】本発明の修復方法による修復されたブレードの損傷部分を示す模式図である。
【図７】本発明の修復方法による修復されたブレードの損傷部分を示す模式図である。
【図８】本発明の修復方法による修復されたブレードの損傷部分を示す模式図である。
【図９】本発明の処理方法による構造部品の接続部分の局所的な溶浸を示す模式図である。
【図１０】本発明の処理方法による構造部品の接続部分の局所的な溶浸を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の処理方法は、複合材料からなる部品に一般的な方法で適用される。
【００２６】
「複合材料」からなる用語としての部品は、マトリックスによって緻密化された繊維強化材を含むいずれかの部品を意味するために使用される。
【００２７】
繊維強化材は、セラミック繊維、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、炭素繊維、または例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる耐火性酸化物からなる繊維などの繊維を織る、集める、編むことによってそれ自体作製された繊維構造からなる。任意に、成形および圧密後に、繊維構造は、次いで、特に、セラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）材料を形成するセラミックマトリックス、または実際には炭素繊維強化材と結合して使用された場合に炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材料を形成する炭素マトリックスであってもよいマトリックスによって緻密化される。複合材料のマトリックスは、液体技術、ガス技術、またはこれらの２つの技術の組み合わせに基づく方法を使用して公知の方法で得られる。
【００２８】
本発明の方法は、溶浸組成物を溶解することによって、複合材料からなる部品を局所的に処理（例えば、強化）または修復することにある。局所的処理、例えば、強化処理で、本発明は、溶浸組成物によって検討中のゾーン内の残余気孔を局所的に埋めることによって、部品の複合材料の緻密化を局所的に付加することを提案する。局所的な修復について、本発明は、溶浸組成物を使用して損傷ゾーンを埋めることを提案する。この目的のために、溶浸組成物は、それが局所的処理または修復のために使用されるかどうかにかかわらず、部品の表面内に開口した気孔に直接接触して置かれる。
【００２９】
その結果として、本発明によれば、溶浸組成物を所定位置に置き、それを溶解する前に、溶浸組成物が複合材料の気孔に侵入することを防止するために、部品の表面内に開口した気孔のすべてまたは一部を詰めるためのいずれかの種類のコーティングをする必要はない。例えば、本発明では、溶浸組成物が所定位置に置かれ、溶解される前に、文献の国際公開２０１０／０６９３４６号パンフレットに記載されたタイプのセラミックコーティングは形成されない。そのようなセラミックコーティングは、部品の複合材料の表面内に開口したほとんどの気孔を詰め、部品の材料内への溶浸組成物の良好な侵入を防ぐ。そのような状況下では、その結果として、部品の複合材料の緻密化を局所的に付加することができない、または損傷ゾーンを修復する場合に、溶浸組成物から得られた補充材料が、部品にしっかり付着することを可能にできない。
【００３０】
次に、図１Ａ、図１Ｂ、図２を参照して、航空エンジンのブレードを処理するための本発明による方法の実施を説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、低圧（ＬＰ）タービンローターのブレード１００を示し、ブレードは、エーロフォイル１２０、およびより大きな厚さ、例えば、球根状の断面を有する部分によって形成された根元部１３０を含む。ブレード１００は、ローターの周囲に形成された相補形状の筐体に根元部１３０を係合することによって、金属からなるタービンローター（図示せず）上に取り付けるためのものである。この例において、ブレードは、炭化ケイ素の糸からなる単一片をもたらすために三次元または多層製織によって得られた炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維強化材を含む耐熱構造複合材料からなり、強化材は、ＳｉＣから同様になるマトリックスによって緻密化されている。
【００３１】
根元部１３０は、ブレードが受ける破砕および圧縮力が集中するブレードの部分である。その結果として、ブレードの部分は、ブレードの残りより大きい機械的強度を有さなければならない。本発明によれば、ブレードの根元部は、根元部に存在する気孔を埋めることによって強化される。この目的のために、シリコン系溶浸組成物、つまり、シリコン、または例えばＳｉＴｉ、ＳｉＭｏ、またはＳｉＮＢなどのシリコンの合金を含む組成物が使用される。
【００３２】
溶浸組成物は固体形態である。ここで説明する例において、溶浸組成物は、根元部１３０の末端部分１３０ａ上に置かれたコード１０の形態で成型される。処理組成物の量、この例では、コード１０の体積は、根元部１３０において埋められる気孔の体積に応じて決定される。
【００３３】
一旦コード１０がブレードの根元部上の所定位置に置かれたなら、コードおよび根元部は、溶浸組成物の溶解温度以上の温度に加熱され、溶解状態で、根元部１３０内に存在する気孔内の繊維に沿って毛管現象によって広がる。気孔は互いに連通しており、それらのうちの一部が表面内に開口しているので、溶浸組成物は、根元部１３０の表面にも広がる。その根元部でこのように溶浸されたブレードは、次いで冷却される。
【００３４】
図２に示されるように、溶浸組成物によって気孔が埋められた根元部１３０を有するブレード１００は、このようにして得られ、それによって、ブレードの根元部が、特に、圧縮および破砕応力に対して強化されることを可能にする。
【００３５】
図３Ａは、ＳｉＣから同様になるマトリックスによって緻密化されたＳｉＣ繊維強化材を含む耐熱構造複合材料からなるブレードの根元部の断面写真である。多数の気孔Ｐの存在は、材料において観察されることができる。図３Ｂは、上記と同じ条件下、溶浸組成物で処理された後の図３Ａのものに類似するブレードの根元部を示す。ほとんどの気孔が溶浸組成物によって埋められたことが分かり、それによって、ブレードの根元部に、特に、圧縮または破砕力に対する向上された機械的強度を付与する。
【００３６】
本発明の処理方法の異なる実施では、保護コーティングが、処理組成物で溶浸された部品の部分の外側面のすべてまたは一部上に形成されてもよい。この目的のために、毛管現象によって溶浸組成物を含浸させるのに適切な支持材料が、保護コーティングを形成することが望まれる部品の外側面の部分上に置かれる。そのような材料は、特に、ＳｉＣの粒子などの耐熱粒子の粉末、または好ましくは処理される部品の強化材を構成する繊維と同じ種類の繊維からなる組織であってもよい。
【００３７】
図４は、エーロフォイル２２０および根元部２３０を含むブレード２００を示す。この例において、ブレードは、単一部品を形成するためにＳｉＣの糸の三次元または多層製織によって得られた強化材を含む耐熱構造複合材料からなり、強化材は、ＳｉＣから同様になるマトリックスによって緻密化されている。コード２１０の形態で成型された、決定された量のシリコン系溶浸組成物が、根元部２３０の末端部分２３０ａ上に置かれ、一方、ＳｉＣ粉末の２つの層２１５および２１６が、根元部２３０の側面上にそれぞれ付着される。コード、根元部、および層は、次いで、溶浸組成物の溶解温度以上の温度に上げられ、溶浸組成物は、次いで、ブレードの根元部内に存在する材料の気孔内、および層２１５および２１６内の両方に広がる。一旦冷却されると、図５に示されるように、気孔が溶浸組成物によって埋められた根元部２３０を有し、溶浸組成物によってともに結合されたＳｉＣの粒子によって構成された保護コーティング２１７をその側面上に含むブレード２００が得られる。このようにして得られた保護コーティング２１７は、ブレードの根元部の形状を必要な許容範囲に適合させるために形成された後に機械加工されることができる。さらに、ブレード２００が、自己回復するマトリックスで緻密化された場合には、マトリックスは、ディスクの、またはブレードが設けられたロータホイールの金属材料を損なう可能性がある１つ以上のホウ素系元素を含む。このようにしてブレードの根元部の表面上に形成された保護コーティングは、マトリックスのホウ素含有元素と、金属からなるディスクまたはホイールとの間の直接の接触を回避する役目を果たす。
【００３８】
次に、図６〜図８を参照して、本発明による方法の実施を説明し、方法は、単一片を形成するためにＳｉＣの糸の三次元または多層製織によって得られ、ＳｉＣから同様になるマトリックスによって緻密化された強化材を含む耐熱構造複合材料からなる航空エンジンのブレード３００を修復する。ブレード３００は、衝撃の結果としてそのエーロフォイル３２０における損傷ゾーン３２１を有し、埋められる必要のあるエーロフォイルの表面欠陥を生じさせる。この目的のために、および本発明の方法の実施によって、シリコン系溶浸組成物のペレット３２３は、損傷ゾーン３２１上に置かれ、組成物の量は損傷ゾーンを埋めるために十分である。ブレードおよびペレットは、次いで、ペレット３２３が溶解されることを可能にし、溶浸組成物が損傷ゾーンで広がることを可能にする温度に加熱される。冷却後、溶浸組成物３２３によって構成されたフィラー材料３２４の存在の結果として、均一な表面レベルを有すブレード３００が得られる。
【００３９】
次に、複合材料からなる部品の機械的接続部分を局所的に強化するための本発明の実施を説明する。図９は、構造部品４００を機械的接続フランジ４０１および４０２を有する回転体の形態で示す。ここで説明する例において、構造部品４００は、炭素からなるマトリックスで緻密化された炭素繊維強化材からなる。
【００４０】
本発明の方法によれば、決定された量のシリコン系溶浸組成物４１０が、機械的接続フランジ４０１および４０２によって占められたゾーンに溶浸するために、機械的接続フランジに相当する各部分上に置かれる。ここで説明する例において、溶浸組成物は、例えば、ブラシを使用することによって、それが溶浸ゾーン上に適用されることを可能にする役目を果たす犠牲バインダーと混合される粉末の形態である。部品４００は、組成物とともに、次いで溶浸組成物を溶解する十分に高い温度に上げられ、それは、接続フランジ４０１および４０２に相当するそのゾーンにおける複合材料の気孔内に拡散する。冷却後、図１０に示されるように、構造部品４００は、その機械的接続フランジを構成する強化部分４０３および４０４を有し、それによって、その接続ゾーンにおいて、特に、締め付けおよび破砕力に耐えるためのより大きな強度を有する部品をもたらし、その接続は、主としてせん断において機能する。
【００４１】
本発明の方法は、また、金属封止部と接触する少なくとも１つの耐圧表面部分を有する複合材料部品を処理するために使用されてもよく、耐圧表面部分は、処理される部分に相当する。上記されるように、機械的連結部分を局所的に強化するために、耐圧表面部分は、強化される耐圧表面部分に部品の複合材料を溶浸させるために、その後溶解されるシリコン系溶浸組成物で覆われる。
【００４２】
金属部品による摩擦に耐えることに優れる１つ以上の耐圧表面部分を有する部品がこのようにして得られ、それによって、封止が長時間維持されることを確実にする。さらに、部品の複合材料が、自己回復する、つまり、ホウ素またはホウ素化合物を備えたマトリックスを有する場合には、耐圧表面部分の溶浸は、ホウ素と封止部の金属材料との間の相互作用を回避する役目を果たす。
【００４３】
本発明の処理方法で使用された溶浸組成物は、シリコン、または例えば、ＳｉＴｉ、ＳｉＭｏ、またはＳｉＮＢなどのシリコン合金を含む。溶浸組成物は、特に、複合材料からなる部品をともに組み立てるために使用されるシリコン系ろう付け組成物に相当し得る。シリコン系ろう付け組成物は、特に、文献の欧州特許第０８０６４０２号明細書または米国特許第５９７５４０７号明細書に記載されている。選択された溶浸組成物の種類は、溶浸される部品の材料と比較して、特に、化学的適合性およびその熱膨張率に依存する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016500630.tif 000010
【図７】
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【図８】
2016500630.tif 000012
【図９】
2016500630.tif 000013
【図１０】
2016500630.tif 000014
【国際調査報告】
2016500630.tif 000015
2016500630.tif 000016
2016500630.tif 000017
2016500630.tif 000018