特開2023-180248複合材料コンポーネントおよび複合材料コンポーネントを緻密化する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023180248
(43)【公開日】2023-12-20
(54)【発明の名称】複合材料コンポーネントおよび複合材料コンポーネントを緻密化する方法
(51)【国際特許分類】
C04B 35/80 20060101AFI20231213BHJP
C23C 16/44 20060101ALI20231213BHJP
【ＦＩ】
C04B35/80
C23C16/44 A
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023094172
(22)【出願日】2023-06-07
(31)【優先権主張番号】17/835,083
(32)【優先日】2022-06-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100154922
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 允辰
(74)【代理人】
【識別番号】100207158
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 研二
(72)【発明者】
【氏名】ジョセフ・ジョン・シアン
(72)【発明者】
【氏名】ジャレッド・ホッグ・ウィーバー
【テーマコード（参考）】
4K030
【Ｆターム（参考）】
4K030CA05
4K030CA13
(57)【要約】
【課題】複合材料コンポーネントおよび複合材料コンポーネントを緻密化する方法が提供される。
【解決手段】たとえば、複合材料コンポーネント（１００）は、第１の方向（１１６）に延在する繊維トウ（１０２）の一方向配列のうちの第１の複数の配列（１１４）を有する第１のプライ（１１２）および第２の方向（１２６）に延在する繊維トウ（１０２）の一方向配列のうちの第２の複数の配列（１２４）を有する第２のプライ（１２２）を備える。第１の流体経路（１１５）は、第１の幅（ｗ１）よりも大きい第１の長さ（ｌ１）を有する第１のプライ（１１２）内に画成され、第２の流体経路（１２５）は、第２の幅（ｗ２）よりも大きい第２の長さ（ｌ２）を有する第２のプライ内に画成される。第１および第２の流体経路（１１５、１２５）は、複合材料（１００）内の緻密化流体の浸透を改善することによって複合材料（１００）の緻密化を改善し得る。
【選択図】図１
【解決手段】たとえば、複合材料コンポーネント（１００）は、第１の方向（１１６）に延在する繊維トウ（１０２）の一方向配列のうちの第１の複数の配列（１１４）を有する第１のプライ（１１２）および第２の方向（１２６）に延在する繊維トウ（１０２）の一方向配列のうちの第２の複数の配列（１２４）を有する第２のプライ（１２２）を備える。第１の流体経路（１１５）は、第１の幅（ｗ１）よりも大きい第１の長さ（ｌ１）を有する第１のプライ（１１２）内に画成され、第２の流体経路（１２５）は、第２の幅（ｗ２）よりも大きい第２の長さ（ｌ２）を有する第２のプライ内に画成される。第１および第２の流体経路（１１５、１２５）は、複合材料（１００）内の緻密化流体の浸透を改善することによって複合材料（１００）の緻密化を改善し得る。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複合材料コンポーネントであって、
第１の方向に延在する繊維トウの第１の複数の一方向配列を有する第１のプライと、
第２の方向に延在する繊維トウの第２の複数の一方向配列を有する第２のプライと、
前記第１のプライ内に画成された第１の流体経路であって、前記第１の流体経路は第１の長さ方向の第１の長さと前記第１の長さ方向の法線方向の第１の幅方向の第１の幅とを有し、前記第１の長さは前記第１の幅よりも大きい、第１の流体経路と、
前記第２のプライ内に画成された第２の流体経路であって、前記第２の流体経路は第２の長さ方向の第２の長さと前記第２の長さ方向の法線方向の第２の幅方向の第２の幅とを有し、前記第２の長さは前記第２の幅よりも大きい、第２の流体経路とを備える、複合材料コンポーネント。
第１の方向に延在する繊維トウの第１の複数の一方向配列を有する第１のプライと、
第２の方向に延在する繊維トウの第２の複数の一方向配列を有する第２のプライと、
前記第１のプライ内に画成された第１の流体経路であって、前記第１の流体経路は第１の長さ方向の第１の長さと前記第１の長さ方向の法線方向の第１の幅方向の第１の幅とを有し、前記第１の長さは前記第１の幅よりも大きい、第１の流体経路と、
前記第２のプライ内に画成された第２の流体経路であって、前記第２の流体経路は第２の長さ方向の第２の長さと前記第２の長さ方向の法線方向の第２の幅方向の第２の幅とを有し、前記第２の長さは前記第２の幅よりも大きい、第２の流体経路とを備える、複合材料コンポーネント。
【請求項2】
前記第１のプライは、第１のプライの第２の表面に対向する第１のプライの第１の表面を有し、前記第２のプライは、第２のプライの第２の表面に対向する第２のプライの第１の表面を有し、
前記第１の流体経路は前記第１のプライの第１の表面から前記第１のプライの第２の表面まで延在する第１の深さを備え、前記第１の長さは前記第１の深さよりも大きく、
前記第２の流体経路は前記第２のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第２の深さを備え、前記第２の長さは前記第２の深さよりも大きい、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の流体経路は前記第１のプライの第１の表面から前記第１のプライの第２の表面まで延在する第１の深さを備え、前記第１の長さは前記第１の深さよりも大きく、
前記第２の流体経路は前記第２のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第２の深さを備え、前記第２の長さは前記第２の深さよりも大きい、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項3】
前記第１のプライは、前記第１のプライの第２の表面が前記第２のプライの第１の表面に接触するように前記第２のプライとともに積み重ねられ、
前記第１の流体経路は、前記第２の流体経路と交差して、前記第１の流体経路から前記第２の流体経路への連続する流体経路を画成する、請求項２に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の流体経路は、前記第２の流体経路と交差して、前記第１の流体経路から前記第２の流体経路への連続する流体経路を画成する、請求項２に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項4】
前記第２の方向は前記第１の方向と異なる、請求項３に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項5】
前記第２の方向は前記第１の方向から９０°オフセットされる、請求項３に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項6】
第３の方向に延在する繊維トウの第３の複数の一方向配列を有する第３のプライと、
前記第３のプライ内に画成された第３の流体経路であって、前記第３の流体経路は第３の長さ方向の第３の長さと前記第３の長さ方向の法線方向の第３の幅方向の第３の幅とを有し、前記第３の長さは前記第３の幅よりも大きい、第３の流体経路とをさらに備える、請求項２に記載の複合材料コンポーネント。
前記第３のプライ内に画成された第３の流体経路であって、前記第３の流体経路は第３の長さ方向の第３の長さと前記第３の長さ方向の法線方向の第３の幅方向の第３の幅とを有し、前記第３の長さは前記第３の幅よりも大きい、第３の流体経路とをさらに備える、請求項２に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項7】
前記第２の深さは、前記第２のプライの第１の表面から前記第２のプライの第２の表面まで延在し、
前記第３のプライは第３のプライの第２の表面に対向する第３のプライの第１の表面を有し、
前記第３の流体経路は前記第３のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第３の深さを備え、前記第３の長さは前記第３の深さよりも大きい、請求項６に記載の複合材料コンポーネント。
前記第３のプライは第３のプライの第２の表面に対向する第３のプライの第１の表面を有し、
前記第３の流体経路は前記第３のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第３の深さを備え、前記第３の長さは前記第３の深さよりも大きい、請求項６に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項8】
前記第１のプライ、第２のプライ、および第３のプライは、前記第１のプライの第２の表面が前記第２のプライの第１の表面に接触し、前記第２のプライの第２の表面が前記第３のプライの第１の表面に接触するように一緒に積み重ねられ、
前記第１の流体経路は、前記第２の流体経路と交差して、前記第１の流体経路から前記第２の流体経路への第１の連続する流体経路を画成し、
前記第２の流体経路は、前記第３の流体経路と交差して、前記第２の流体経路から前記第３の流体経路への第２の連続する流体経路を画成する、請求項７に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の流体経路は、前記第２の流体経路と交差して、前記第１の流体経路から前記第２の流体経路への第１の連続する流体経路を画成し、
前記第２の流体経路は、前記第３の流体経路と交差して、前記第２の流体経路から前記第３の流体経路への第２の連続する流体経路を画成する、請求項７に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項9】
前記第２の方向は前記第１の方向と異なり、前記第３の方向は前記第１の方向と同じである、請求項８に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項10】
前記第１のプライ、前記第２のプライ、および前記第３のプライは、最外層および最内層を有するプライスタック内にレイアップされ、複数の流体経路は、前記第１のプライ、前記第２のプライ、および前記第３のプライの各々の中に画成され、複数の前記プライのうちの１つのプライの単位面積当たりの前記複数の流体経路の前記流体経路の数は前記最外層から前記最内層へ向かうにつれ減少する、請求項６に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項11】
前記第１のプライは第１のプライの厚さｔ１を有し、複数の第１の流体経路を画成し、前記複数の第１の流体経路は、距離ｍだけ互いから横方向に離間し、前記距離ｍと前記第１のプライの厚さｔ１との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項12】
前記第１のプライ内に画成された第１の複数の細孔と前記第２のプライ内に画成された第２の複数の細孔とをさらに備え、
前記第１の複数の細孔の各細孔および前記第２の複数の細孔の各細孔は、前記第１の流体経路および前記第２の流体経路の両方よりも寸法的に小さく、前記第１の複数の細孔、前記第２の複数の細孔、前記第１の流体経路、および前記第２の流体経路は各々、前記複合材料コンポーネント内の空隙であり、前記複合材料コンポーネントは、空隙サイズの二峰性分布を有する、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の複数の細孔の各細孔および前記第２の複数の細孔の各細孔は、前記第１の流体経路および前記第２の流体経路の両方よりも寸法的に小さく、前記第１の複数の細孔、前記第２の複数の細孔、前記第１の流体経路、および前記第２の流体経路は各々、前記複合材料コンポーネント内の空隙であり、前記複合材料コンポーネントは、空隙サイズの二峰性分布を有する、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項13】
前記複合材料コンポーネントは、特徴的な細孔径を有し、前記第１の幅および前記第２の幅の各々は、前記特徴的な細孔径よりも大きい、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項14】
前記複合材料コンポーネントは、特徴的な細孔径を有し、前記第１の流体経路および前記第２の流体経路の特徴的な幅は、前記特徴的な細孔径の２倍から２０倍の大きさの範囲内にある、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項15】
前記複合材料コンポーネントは、化学蒸気浸透緻密化セラミックマトリックス複合材料コンポーネントである、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項16】
複合材料コンポーネントであって、
繊維トウの第１の複数の一方向配列を有する第１のプライであって、前記第１のプライは複数の第１の流体経路を画成し、前記複数の第１の流体経路の各第１の流体経路は第１の幅よりも大きい第１の長さを有する、第１のプライと、
繊維トウの第２の複数の一方向配列を有する第２のプライであって、前記第２のプライは複数の第２の流体経路を画成し、前記複数の第２の流体経路の各第２の流体経路は第２の幅よりも大きい第２の長さを有する、第２のプライとを備え、
前記複数の第１の流体経路のうちのそれぞれの１つの第１の流体経路は前記複数の第２の流体経路のうちの少なくとも１つの第２の流体経路に流体的に接続され、
前記第１のプライは第１のプライの厚さｔ１を有し、前記複数の第１の流体経路は、距離ｍだけ互いから横方向に離間し、
前記距離ｍと前記第１のプライの厚さｔ１との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、複合材料コンポーネント。
繊維トウの第１の複数の一方向配列を有する第１のプライであって、前記第１のプライは複数の第１の流体経路を画成し、前記複数の第１の流体経路の各第１の流体経路は第１の幅よりも大きい第１の長さを有する、第１のプライと、
繊維トウの第２の複数の一方向配列を有する第２のプライであって、前記第２のプライは複数の第２の流体経路を画成し、前記複数の第２の流体経路の各第２の流体経路は第２の幅よりも大きい第２の長さを有する、第２のプライとを備え、
前記複数の第１の流体経路のうちのそれぞれの１つの第１の流体経路は前記複数の第２の流体経路のうちの少なくとも１つの第２の流体経路に流体的に接続され、
前記第１のプライは第１のプライの厚さｔ１を有し、前記複数の第１の流体経路は、距離ｍだけ互いから横方向に離間し、
前記距離ｍと前記第１のプライの厚さｔ１との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、複合材料コンポーネント。
【請求項17】
前記第２のプライは第２のプライの厚さｔ２を有し、前記複数の第２の流体経路は、前記距離ｍだけ互いから横方向に離間し、
前記距離ｍと前記第２のプライの厚さｔ２との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、請求項１６に記載の複合材料コンポーネント。
前記距離ｍと前記第２のプライの厚さｔ２との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、請求項１６に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項18】
前記複合材料コンポーネントは、複数の細孔を画成し、前記複数の細孔は、特徴的な細孔径を有し、前記複数の第１の流体経路および前記複数の第２の流体経路の特徴的な幅は、前記特徴的な細孔径の２倍から２０倍の大きさの範囲内にある、請求項１６に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項19】
複数の追加のプライであって、前記複数の追加のプライの各追加のプライは繊維トウの複数の一方向配列を有し、前記複数の追加のプライの各追加のプライは複数の流体経路を画成し、前記複数の流体経路の各流体経路は幅よりも大きい長さを有し、
前記複数の追加のプライの各追加のプライは、各プライがプライスタック内の層となるように、また各層内の前記複数の流体経路のそれぞれの流体経路が各隣接する層内の前記複数の流体経路のうちの少なくとも１つの流体経路と流体的に接続されて前記プライスタックを通る連続する流体経路を形成するように、プライスタック内の前記第１のプライおよび前記第２のプライとともに連続して積み重ねられる、複数の追加のプライをさらに備える、請求項１６に記載の複合材料コンポーネント。
前記複数の追加のプライの各追加のプライは、各プライがプライスタック内の層となるように、また各層内の前記複数の流体経路のそれぞれの流体経路が各隣接する層内の前記複数の流体経路のうちの少なくとも１つの流体経路と流体的に接続されて前記プライスタックを通る連続する流体経路を形成するように、プライスタック内の前記第１のプライおよび前記第２のプライとともに連続して積み重ねられる、複数の追加のプライをさらに備える、請求項１６に記載の複合材料コンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本主題は、一般に、複合材料コンポーネントに関する。より詳細には、本主題は、複合材料コンポーネントを緻密化（densifying）する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
強化マトリックス材料とともに形成される材料を含む、複合材料は、様々な用途に合わせてコンポーネントを形成するために使用され得る。たとえば、同じまたは異なる組成の連続セラミックマトリックス（continuous ceramic matrix）中に分散された繊維を含む強化セラミックマトリックス複合材料（「ＣＭＣ」）は、その強靱性、耐熱性、高温強度、および化学安定性により構造用途によく適している。そのような複合材料は、典型的には、高い強度対重量比を有するので、航空用途など、重量が問題となる用途において魅力的な材料となる。高温で安定していることから、ＣＭＣは、ガスタービンエンジンなどにおいて中のコンポーネントが高温ガスと接触する用途に非常に適している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
当業者を対象とする、最良の態様を含む、完全で有用な開示は、添付図を参照する、本明細書において述べられている。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1】複合材料プライから形成された複合材料コンポーネントの一部を示す概略図である。
【図4】複合材料コンポーネントが複合材料コンポーネントの外側層から内側に向かって減少する空隙の勾配を有するように中に画成された複数の流体経路を有する複数の複合材料プライから形成された複合材料コンポーネントの概略図である。
【図5】複合材料コンポーネントを形成する方法を例示するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【0005】
次に、１つ以上例が添付図面に示されている、本開示の本実施形態の詳細が参照される。詳細な説明では、図面内の特徴を参照するために数字および文字の記号表示を使用する。図面および説明の中の同様のまたは類似の記号表示は、開示されている実施形態の同様のまたは類似の部分を参照するために使用される。
【0006】
本明細書において使用されているように、「第１」、「第２」、および「第３」という語は、１つのコンポーネントを別の構成要素から区別するために入れ換え可能に使用されてよく、個別のコンポーネントの配置または重要度を意味することを意図されていない。
【0007】
「結合される」、「固定される」、「に取り付けられる」、および同様の言い回しは、本明細書で特に指定されていない限り、直接的な結合、固定、または取り付け、さらには１つ以上中間コンポーネントもしくは特徴を介した間接的な結合、固定、または取り付けの両方を指す。
【0008】
英語原文中の冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」が付く単数形は、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、複数形を含む。
【0009】
本明細書および特許請求の範囲全体を通して使用されるような、近似を意味する言葉は、それが関係する基本機能の変化を結果としてもたらすことなく許容可能に変化し得る任意の定量的表現を修飾するために適用される。したがって、「おおよそ」、「約」、および「実質的に」などの、１つ以上語によって修飾される値は、指定された正確な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの事例では、近似を意味する言葉は、値を測定するための器具の精度、またはコンポーネントおよび／もしくはシステムを構築するかもしくは製造するための方法もしくは機械の精度に対応し得る。近似を意味する言葉は、個々の値、値の範囲、および／または値の範囲を定義する端点のいずれかにおいて、±１、２、４、５、１０、１５、または２０パーセントのマージン内にあることを指すものとしてよい。
【0010】
ここで、また本明細書および特許請求の範囲全体を通して、範囲の限定は組み合わされ、交換され、そのような範囲は、文脈または言葉がそうでないことを示さない限り、識別され、そこに含まれるすべての部分範囲を含む。たとえば、本明細書において開示されるすべての範囲は、端点を包含し、端点は、互いに独立して組合せ可能である。
【0011】
複合材料コンポーネントを形成する際に、空隙または開口部が、コンポーネントの初期処理後に複合材料コンポーネント中に残ることがあり、空隙または開口部は、緻密化プロセスを通じて充填され得る。たとえば、ＣＭＣコンポーネントについては、溶融浸透（ＭＩ）緻密化プロセス、化学蒸気浸透（ＣＶＩ）緻密化プロセス、またはＭＩとＣＶＩの両方が、たとえば多段階緻密化プロセスにおいて、セラミックマトリックス材料を前駆体材料から所望のセラミックマトリックス材料に転換する間に空隙または開口部を充填するために使用され得る。ＭＩプロセスは、通常、空隙または開口部を充填する緻密化流体として溶融または液体物質を利用し、ＣＶＩプロセスは、典型的には、ガスまたは蒸気緻密化流体を利用する。繊維複合材料プリフォームのＣＶＩは、結果として、セラミックマトリックス（たとえば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）マトリックス）がたとえばケイ素（Ｓｉ）の反応溶融浸透によって形成される複合材料よりも実質的に高い温度能力を有する（たとえば、少なくとも３００°Ｆ高い）材料をもたらすことができる。しかしながら、ＣＶＩは、典型的には、有効ガス拡散率と化学反応速度との間にトレードオフの関係があるので、比較的薄いコンポーネントに限定される。たとえば、蒸気がコンポーネント内の空隙に浸透してコンポーネントを緻密化するときに、コンポーネントの外側表面の近くの空隙空間は、空隙が外側表面からさらに内側に向かってコンポーネント内の空隙に到達する前に、浸透によって充填され、それによって浸透経路を「絞って閉塞」し、コンポーネントの内側部分の緻密化を妨げ得る。そのような絞って閉塞することは、ＭＩなどの他の緻密化プロセスでも同様に起こり得る。したがって、改善された緻密化があれば望ましい。
【0012】
一般的に、本主題は、プライレイアップの緻密化を促進するために複合材料コンポーネントを形成するプライレイアップ内に画成された流体経路を有する、複合材料コンポーネント、および複合材料コンポーネントを形成する方法を提供する。たとえば、流体経路は、複合材料マトリックス前駆体材料内に画成された典型的な細孔に比べて１つ以上寸法に関して大きい。隣接するプライまたは層の流体経路は、交差して、化学蒸気浸透プロセスの反応ガスなどの緻密化流体が複合材料マトリックス前駆体材料内に形成された典型的な寸法の小さな空隙で通常達成されるプライレイアップ内により深く浸透するための経路を画成し得る。そのようなものとして、本明細書において説明されている複合材料コンポーネントおよび方法は、緻密化流体のための経路が「絞って閉塞される」または固形物を早期に充填されることを防ぐことによりより深いより完全な緻密化を有する。
【0013】
次に図面を参照すると、同一の番号は図全体を通して同じ要素を指示し、図１は、複合材料コンポーネント１００、たとえば、非限定的な例では、ガスタービンエンジンの翼（ファンブレード、圧縮機またはタービンブレード、圧縮機またはタービンノズルなど）、シュラウド、燃焼器ライナーなどの概略図である。少なくともいくつかの実施形態において、ガスタービンエンジンは、ファンセクションと、ファンセクションから下流のところに配設されたコアタービンエンジンとを含むターボファンジェットエンジンであってもよい。コアタービンエンジンは、一般的に、直列流関係で、ブースターまたは低圧（ＬＰ）圧縮機および高圧（ＨＰ）圧縮機を含む圧縮機セクション、燃焼セクション、高圧（ＨＰ）タービンおよび低圧（ＬＰ）タービンを含むタービンセクション、ならびにジェット排気ノズルセクションを収容する実質的に管状の外側ケーシングを備える。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプールは、ＨＰタービンをＨＰ圧縮機に駆動的に接続する。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプールは、ＬＰタービンをＬＰ圧縮機に駆動的に接続する。ターボファンジェットエンジンの運転中、一定体積の空気が、ファンセクションに配設されているファンのファンブレードを横切って通過する。空気の第１の部分は、バイパス空気流通路内に導かれるか、または送り込まれ、空気の第２の部分は、ＬＰ圧縮機内に導かれるか、または送り込まれる。空気の第１の部分と空気の第２の部分との間の比は、一般にバイパス比と呼ばれる。
【0014】
空気が高圧（ＨＰ）圧縮機を通り燃焼セクション内に送り込まれるとともに空気の第２の部分の圧力が増大し、燃焼室において空気は燃料と混合され、燃焼して燃焼ガスを供給する。燃焼ガスは、ＨＰタービンを通して送られ、そこで燃焼ガスからの熱エネルギーおよび／または運動エネルギーの一部が、コアタービンエンジンの外側ケーシングに結合されているＨＰタービンステータベーンおよびＨＰシャフトまたはスプールに結合されているＨＰタービンロータブレードの順次段階を介して抽出され、それによりＨＰシャフトまたはスプールが回転させられ、それによってＨＰ圧縮機の動作をサポートする。燃焼ガスは、次いで、ＬＰタービンを通して送られ、そこで熱エネルギーおよび運動エネルギーの第２の部分が燃焼ガスからコアタービンエンジンの外側ケーシングに結合されているＬＰタービンステータベーンおよびＬＰシャフトまたはスプールに結合されているＬＰタービンロータブレードの順次段階を介して抽出され、それによりＬＰシャフトまたはスプールが回転させられ、それによってＬＰ圧縮機の動作および／またはファンの回転をサポートする。燃焼ガスは、その後、コアタービンエンジンのジェット排気ノズルセクションに通され、推進力をもたらす。
【0015】
同時に、空気の第１の部分の圧力は、空気の第１の部分がファンノズル排気セクションから排気される前にバイパス空気流通路を通って送られるときに実質的に増大し、これも推進力をもたらす。ＨＰタービン、ＬＰタービン、およびジェット排気ノズルセクションは、燃焼ガスをコアタービンエンジンを通して送るための高温ガス経路を少なくとも部分的に画成する。
【0016】
いくつかの実施形態において、ガスタービンエンジンのコンポーネントは、高温能力を有するセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）、またはポリマーマトリックス複合材料（ＰＭＣ）などの複合材料を含み得る。本明細書において使用されているように、ＣＭＣは、セラミックマトリックス相によって囲まれた強化材料（たとえば、強化繊維）を含む材料のクラスを指す。一般的に、強化繊維は、セラミックマトリックスに構造的完全性を付与する。ＣＭＣのマトリックス材料のいくつかの例は、限定はしないが、非酸化ケイ素系材料（たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、もしくはそれらの混合物）、酸化物セラミックス（たとえば、オキシ炭化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミノケイ酸塩、もしくはこれらの混合物）、またはこれらの混合物を含み得る。任意選択で、セラミック粒子（たとえば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、およびこれらの組合せの酸化物）ならびに無機充填剤（たとえば、葉ろう石、珪灰石、雲母、滑石、藍晶石、およびモンモリロナイト）もＣＭＣマトリックス内に含まれ得る。
【0017】
ＣＭＣの強化繊維のいくつかの例は、限定はしないが、非酸化ケイ素系材料（たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、もしくはこれらの混合物）、非酸化炭素系材料（たとえば、カーボン）、酸化物セラミックス（たとえば、オキシ炭化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ムライトなどのアルミノケイ酸塩、もしくはこれらの混合物）、またはこれらの混合物を含むことができる。
【0018】
一般的に、特定のＣＭＣは、繊維のタイプ／マトリックスのタイプのそれらの組合せとして参照され得る。たとえば、炭素繊維強化炭化ケイ素に対するＣ／ＳｉＣ、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素に対するＳｉＣ／ＳｉＣ、炭化ケイ素繊維強化窒化ケイ素に対するＳｉＣ／ＳｉＮ、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素／窒化ケイ素マトリックス混合物に対するＳｉＣ／ＳｉＣ－ＳｉＮなどである。他の例では、ＣＭＣは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミノケイ酸塩、およびそれらの混合物などの酸化物系材料を含むマトリックスおよび強化繊維から構成され得る。アルミノケイ酸塩は、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３ ２ＳｉＯ２）などの結晶性物質、さらにはガラス状アルミノケイ酸塩を含むことができる。
【0019】
いくつかの実施形態において、強化繊維は、マトリックス内に包含される前に、束ねられおよび／またはコーティングされ得る。たとえば、繊維の束は、一方向強化テープなどの強化テープとして形成され得る。複数のテープが一緒にレイアップされてプリフォームコンポーネントを形成し得る。繊維の束は、プリフォームを形成する前に、またはプリフォームを形成した後に、スラリー組成物を含浸され得る。次いで、プリフォームは、プリフォーム中に高炭化物残留物をもたらす硬化またはバーンアウトなどの熱処理、およびシリコンによる溶融浸透などのその後の化学処理を受け、所望の化学組成を有するＣＭＣ材料から形成されたコンポーネントに到達し得る。
【0020】
そのような材料は、特定のモノリシックセラミック（すなわち、強化材料を含まないセラミック材料）とともに、高温用途に特に適している。それに加えて、これらのセラミック材料は、超合金と比較して軽量でありながら、そこから作られるコンポーネントに強度と耐久性を付与することができる。したがって、このような材料は、現在、翼（たとえば、タービン、およびベーン）、燃焼器、シュラウド、および他の類似のコンポーネントなどの、ガスタービンエンジンのより高い温度のセクションで使用される多くのガスタービンコンポーネントに対して検討されてり、これはこれらの材料が提供することができるより軽量およびより高温の能力の恩恵を受けるであろう。
【0021】
ＰＭＣ材料は、典型的には、布または一方向テープに樹脂（プリプレグ）を含浸し、その後、硬化することによって加工される。含浸の前に、布は「乾燥」布と称されるものとしてよく、典型的には２つまたは複数の繊維層（プライ）のスタックを含む。繊維層は、様々な材料から形成されてよく、その非限定的な例は、炭素（たとえば、グラファイト）、ガラス（たとえば、グラスファイバー）、ポリマー（たとえば、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標））繊維、および金属繊維を含む。繊維状の強化材料は、比較的短いチョップドファイバー、一般的に長さが２インチ未満、より好ましくは１インチ未満、または長連続繊維の形態で使用することができ、後者は織布または一方向テープの生産に使用されることが多い。ＰＭＣ材料は、乾燥繊維を金型内に分散し、強化繊維の周りにマトリックス材料を流すことによって、またはプリプレグを使用することによって生産することができる。たとえば、プリプレグの複数の層が部品の適切な厚さおよび配向に合わせて積み重ねられ、次いで樹脂は、硬化され固化されて繊維強化複合材料部品にされ得る。ＰＭＣマトリックス材料用の樹脂は、一般的に熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂に分類され得る。熱可塑性樹脂は、一般的に、化学的変化よりはむしろ物理的変化に起因して加熱されたときに軟化して流動化し、十分に冷却されたときに硬化することを繰り返し行われ得るポリマーとして分類される。熱可塑性樹脂の注目に値する例示的なクラスは、ナイロン、熱可塑性ポリエステル、ポリアリールエーテルケトン、およびポリカーボネート樹脂を含む。航空宇宙用途で使用することを企図された高性能熱可塑性樹脂の具体例は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、およびポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を含む。対照的に、熱硬化性樹脂は、完全に硬化して硬い剛性固体になると、加熱されたときに著しい軟化を受けないが、その代わりに、十分に加熱されたときに熱分解する。熱硬化性樹脂の注目に値する例は、エポキシ樹脂、ビスマレイミド（ＢＭＩ）樹脂、およびポリイミド樹脂を含む。したがって、一般的に、ＰＭＣ材料は、熱硬化性もしくは熱可塑性であるマトリックスおよび限定はしないが、任意の長さ、サイズ、もしくは配向のガラス、グラファイト、アラミド、もしくは有機繊維、またはこれらの強化材の組合せを含む強化材を含み、さらに、限定はしないが、射出成形、樹脂トランスファー成形、プリプレグテープレイアップ（手作業または自動）、引抜成形、または強化ポリマーマトリックス複合構造の製造に適している任意の他の方法もしくはこれらの製造方法の組合せによって製造されることを含むと理解される。
【0022】
ガスタービンエンジンコンポーネントではなくむしろ、複合材料コンポーネント１００は、複合材料コンポーネントを利用する別のアセンブリまたはシステムの複合材料コンポーネントであってもよいことは理解されるであろう。そのような実施形態では、複合材料コンポーネント１００は、ＣＭＣコンポーネント、ＰＭＣコンポーネントであり得るか、または任意の他の好適な複合材料から形成され得る。
【0023】
コールアウトが複合材料コンポーネント１００のセグメントの拡大図を描いている図１のコールアウトに示されているように、複合材料コンポーネント１００は、マトリックス材料１０４内に配設された繊維トウ１０２を含む。たとえば、複合材料コンポーネント１００は、本明細書において説明されているようなセラミックマトリックス１０４内に配設されている、繊維トウ１０２の複数の一方向配列に集められたセラミック強化繊維を有するＣＭＣコンポーネントである。他の実施形態では、複合材料コンポーネント１００は、樹脂または他のポリマーマトリックス１０４内に配設されている、繊維トウ１０２の複数の一方向配列に集められた強化繊維（たとえば、炭素繊維、ガラス繊維、および／またはポリマー繊維）を有するＰＭＣコンポーネントである。さらに、複合材料コンポーネント１００を形成する材料または媒体は、特徴的なまたは平均的な細孔径を有する。本明細書において使用されているように、「繊維トウの一方向配列」は、束の中の強化繊維が実質的に単一の方向に沿って延在する強化繊維の束の配列を指すことは理解されるであろう。
【0024】
図１～図３に示されているように、複合材料コンポーネント１００は、第１の方向１１６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第１の複数の配列１１４を有する第１のプライ１１２を備える。さらに、第１のプライ１１２は、第１のプライの第２の表面１２０に対向する第１のプライの第１の表面１１８と、第１の厚さｔ１とを有する。複合材料コンポーネント１００は、第２の方向１２６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第２の複数の配列１２４を有する第２のプライ１２２をさらに備える。さらに、第２のプライ１２２は、第２のプライの第２の表面１３０に対向する第２のプライの第１の表面１２８と、第２の厚さｔ２とを有する。
【0025】
特に図２を参照すると、第１の流体経路１１５が第１のプライ１１２内に画成されている。第１の流体経路１１５は、示されている実施形態における第１の方向１１６（図３）である、第１の長さ方向の第１の長さｌ１と、第１の長さ方向、すなわち示されている実施形態における第１の方向１１６に垂直な、または法線方向の第１の幅方向１１７（図３）の第１の幅ｗ１とを有する。第１の長さｌ１は、第１の幅ｗ１よりも大きい。さらに、第１の流体経路１１５は、第１のプライの第１の表面１１８から第１のプライの第２の表面１２０まで延在する第１の深さｄ１を含み、それにより第１の流体経路１１５は、第１のプライ１１２の厚さｔ全体を貫通し、第１の深さｄ１は、第１のプライの厚さｔ１に等しい。さらに、第１の長さｌ１は、第１の深さｄ１よりも大きい。第１の長さ方向は第１の方向１１６と同じである必要はなく、それにより、第１の流体経路１１５の第１の長さｌ１は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第１の複数の配列１１４（図３）に平行に延在する必要がないことは理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態において、第１の幅ｗ１は、第１の深さｄ１および／または第１の長さｌ１に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第１の長さｌ１は、第１の幅ｗ１のすべての値よりも大きくてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、第１の深さｄ１は、第１の長さｌ１および／または第１の幅ｗ１に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第１の長さｌ１は、第１の深さｄ１のすべての値よりも大きくてもよい。
【0026】
同様に、第２の流体経路１２５が、第２のプライ１２２内に画成される。第２の流体経路１２５は、示されている実施形態における第２の方向１２６（図３）である、第２の長さ方向の第２の長さｌ２と、第２の長さ方向、すなわち示されている実施形態における第２の方向１２６の法線方向の第２の幅方向１２７（図３）の第２の幅ｗ２とを有する。第２の長さｌ２は、第２の幅ｗ２よりも大きい。さらに、第２の流体経路１２５は、第２のプライの第１の表面１２８から第２のプライの第２の表面１３０まで延在する第２の深さｄ２を含み、それにより第２の流体経路１２５は、第２のプライ１２２の厚さｔ全体を貫通し、第２の深さｄ２は、第２のプライの厚さｔ２に等しい。さらに、第２の長さｌ２は、第２の深さｄ２よりも大きい。第１の長さ方向と同様に、第２の長さ方向は第２の方向１２６と同じである必要はなく、それにより、第２の流体経路１２５の第２の長さｌ２は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第２の複数の配列１２４（図３）に平行に延在する必要がないことは理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態において、第２の幅ｗ２は、第２の深さｄ２および／または第２の長さｌ２に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第２の長さｌ２は、第２の幅ｗ２のすべての値よりも大きくてもよい。それに加えて、または代替的に、いくつかの実施形態において、第２の深さｄ２は、第２の長さｌ２および／または第２の幅ｗ２に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第２の長さｌ２は、第２の深さｄ２のすべての値よりも大きくてもよい。
【0027】
図１および図３に例示されているように、第１のプライ１１２は、第１のプライの第２の表面１２０が第２のプライの第１表面１２８に接触するように、第２のプライ１２２とともに積み重ねられる。さらに、第１の流体経路１１５は、第２の流体経路１２５と交差して、第１の流体経路１１５から第２の流体経路１２５への連続する流体経路を画成する。そのようなものとして、本明細書において説明されている様々な緻密化プロセスで使用されるような蒸気または溶融したもしくは他の液体材料などの緻密化流体は、複合材料コンポーネント１００に関して内側に向かって流動し得る。たとえば、緻密化流体は、第１のプライの第１の表面１１８によって画成された複合材料コンポーネント１００の外側表面から、第１の流体経路１１５内に流れ込み、第１の流体経路１１５および第２の流体経路１２５によって画成される連続する流体経路を通り、複合材料コンポーネント１００に浸透し、第１および第２の流体経路１１５、１２５に緻密化流体を充填して複合材料コンポーネント１００を緻密化し得る。一般的に、１つ以上追加のプライ（たとえば、最大ｎ個までの複合材料プライ）を第１のプライ１１２および第２のプライ１２２とともに積み重ねて、プライスタックまたはプライレイアップ１０８を形成し得る。第１のプライ１１２および第２のプライ１２２と同様に、複数の追加のプライの各追加のプライは、繊維トウ１０２の複数の一方向配列を有し得る。さらに、複数の追加のプライの各追加のプライは、複数の流体経路を画成し、複数の流体経路の各流体経路は、幅ｗよりも大きい長さｌを有するものとしてよい。複数の追加のプライの各追加のプライは、各プライがプライスタック内の層となるように、また各層内の複数の流体経路のそれぞれの流体経路が各隣接する層内の複数の流体経路のうちの少なくとも１つの流体経路と流体的に接続されてプライスタックを通る連続する流体経路を形成するように、プライスタック内の第１のプライ１１２および第２のプライ１２２とともに連続して積み重ねられる。
【0028】
たとえば、図１～図３に描かれている実施形態では、複合材料コンポーネント１００は、第３のプライ１３２、第４のプライ１４２、および第５のプライ１５２をさらに備える。第３のプライ１３２は、第３の方向１２６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第３の複数の配列１３４を有する。さらに、第３のプライ１３２は、第３のプライの第２の表面１４０に対向する第３のプライの第１の表面１３８と、第３の厚さｔ３とを有する。複合材料コンポーネント１００は、また、第４の方向１４６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第４の複数の配列１４４を有する第４のプライ１４２をさらに備える。さらに、第４のプライ１４２は、第４のプライの第２の表面１５０に対向する第４のプライの第１の表面１４８と、第４の厚さｔ４とを有する。複合材料コンポーネント１００は、第５の方向１５６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第５の複数の配列１５４を有する第５のプライ１５２をさらに備える。さらに、第５のプライ１５２は、第５のプライの第２の表面１６０に対向する第５のプライの第１の表面１５８と、第５の厚さｔ５とを有する。
【0029】
第１のプライ１１２および第２のプライ１２２と同様に、第３のプライ１３２、第４のプライ１４２、および第５のプライ１５２の各々は、それぞれのプライ内に貫入する深さを有するそれぞれの流体経路を画成する。たとえば、第３の流体経路１３５が、第３のプライ１３２内に画成される。第３の流体経路１３５は、描かれている実施形態における第３方向１３６である第３の長さ方向の第３の長さｌ３と、第３の長さ方向、すなわち図示されているような第３の方向１３６の法線方向の第３の幅方向１３７の第３の幅ｗ３とを有する。第３の長さｌ３は、第３の幅ｗ３よりも大きい。さらに、第３の流体経路１３５は、第３のプライの第１の表面１３８から第３のプライの第２の表面１４０まで延在する第３の深さｄ３を含み、それにより第３の流体経路１３５は、第３のプライ１３２の厚さｔ全体を貫通し、第３の深さｄ３は、第３のプライの厚さｔ３に等しい。さらに、第３の長さｌ３は、第３の深さｄ３よりも大きい。第３の長さ方向は第３の方向１３６と同じである必要はなく、それにより、第３の流体経路１３５の第３の長さｌ３は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第３の複数の配列１３４に平行に延在する必要がないことは理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態において、第３の幅ｗ３は、第３の深さｄ３および／または第３の長さｌ３に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第３の長さｌ３は、第３の幅ｗ３のすべての値よりも大きくてもよい。それに加えて、または代替的に、いくつかの実施形態において、第３の深さｄ３は、第３の長さｌ３および／または第３の幅ｗ３に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第３の長さｌ３は、第３の深さｄ３のすべての値よりも大きくてもよい。
【0030】
同様に、第４の流体経路１４５が、第４のプライ１４２内に画成される。第４の流体経路１４５は、図示されている実施形態における第４方向１４６である第４の長さ方向の第４の長さｌ４と、第１の長さ方向、すなわち描かれている実施形態における第４の方向１４６の法線方向の第４の幅方向１４７の第４の幅ｗ４とを有する。第４の長さｌ４は、第４の幅ｗ４よりも大きい。さらに、第４の流体経路１４５は、第４のプライの第１の表面１４８から第４のプライの第２の表面１５０まで延在する第４の深さｄ４を含み、それにより第４の流体経路１４５は、第４のプライ１４２の厚さｔ全体を貫通し、第４の深さｄ４は、第４のプライの厚さｔ４に等しい。さらに、第４の長さｌ４は、第４の深さｄ４よりも大きい。第４の長さ方向は第４の方向１４６と同じである必要はなく、それにより、第４の流体経路１４５の第４の長さｌ４は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第４の複数の配列１４４に平行に延在する必要がないことは理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態において、第４の幅ｗ４は、第４の深さｄ４および／または第４の長さｌ４に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第４の長さｌ４は、第４の幅ｗ４のすべての値よりも大きくてもよい。それに加えて、または代替的に、いくつかの実施形態において、第４の深さｄ４は、第４の長さｌ４および／または第４の幅ｗ４に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第４の長さｌ４は、第４の深さｄ４のすべての値よりも大きくてもよい。
【0031】
同様に、第５の流体経路１５５が、第５のプライ１５２内に画成される。第５の流体経路１５５は、例示されている実施形態における第５方向１５６である第５の長さ方向の第５の長さｌ５と、第５の長さ方向、すなわち図示されている実施形態における第５の方向１５６の法線方向の第５の幅方向１５７の第５の幅ｗ５とを有する。第５の長さｌ５は、第５の幅ｗ５よりも大きい。さらに、第５の流体経路１５５は、第５のプライの第１の表面１５８から第５のプライの第２の表面１６０まで延在する第５の深さｄ５を含み、それにより第５の流体経路１５５は、第５のプライ１５２の厚さｔ全体を貫通し、第５の深さｄ５は、第５のプライの厚さｔ５に等しい。さらに、第５の長さｌ５は、第５の深さｄ５よりも大きい。第５の長さ方向は第５の方向１５６と同じである必要はなく、それにより、第５の流体経路１５５の第５の長さｌ５は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第４の複数の配列１５４に平行に延在する必要がないことは理解されるであろう。それに加えて、または代替的に、いくつかの実施形態において、第５の深さｄ５は、第５の深さｄ５および／または第５の長さｌ５に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第５の長さｌ５は、第５の幅ｗ５のすべての値よりも大きくてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、第５の深さｄ５は、第５の長さｌ５および／または第５の幅ｗ５に沿って変化してもよく、そのような実施形態では、第５の長さｌ５は、第５の深さｄ５のすべての値よりも大きくてもよい。
【0032】
図１および図３に例示されているように、第３のプライ１３２は、第２のプライの第２の表面１３０が第３のプライの第１表面１３８に接触するように、第１のプライ１１２および第２のプライ１２２とともに積み重ねられる。さらに、第３の流体経路１３５は、第２の流体経路１２５と交差し、これは上で説明されているように第１の流体経路１１５と交差して第１の流体経路１１５から第３の流体経路１３５への連続する流体経路を画成する。さらに、第４のプライ１４２は、第３のプライの第２の表面１４０が第４のプライの第１表面１４８に接触するように、第１のプライ１１２、第２のプライ１２２、および第３のプライ１３２とともに積み重ねられる。第４の流体経路１４５は、第３の流体経路１３５と交差して、第１の流体経路１１５から第４の流体経路１４５への連続する流体経路を画成する。それに加えて、図１および図３の例示されている実施形態において、第５のプライ１５２は、第４のプライの第２の表面１５０が第５のプライの第１表面１５８に接触するように、第１のプライ１１２、第２のプライ１２２、第３のプライ１３２、および第４のプライ１４２とともに積み重ねられる。さらに、第５の流体経路１５５は、第４の流体経路１４５と交差して、第１の流体経路１１５から第５の流体経路１５５への連続する流体経路を画成する。
【0033】
そのようなものとして、本明細書において説明されている様々な緻密化プロセスで使用されるような蒸気または溶融したもしくは他の液体材料などの緻密化流体は、複合材料コンポーネント１００に関して内側に向かって流動し得る。たとえば、緻密化流体は、第１のプライの第１の表面１１８によって画成された複合材料コンポーネント１００の外側表面から、第１の流体経路１１５内に流れ込み、第１の流体経路１１５、第２の流体経路１２５、第３の流体経路１３５、第４の流体経路１４５、および第５の流体経路１５５によって画成される連続する流体経路を通り、複合材料コンポーネント１００に浸透し、経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５に緻密化流体を充填して複合材料コンポーネント１００を緻密化し得る。
【0034】
さらに、図１～図３に例示されているように、１つ以上プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、複数の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５を画成し、これは複合材料コンポーネント１００の内側部分への緻密化流体の追加の浸透を可能にし得る。すなわち、１つのプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２から隣接するプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２に延在して本明細書において説明されているように外側表面（すなわち、第１のプライの第１表面１１８）から複合材料コンポーネント１００への流体経路を形成する、追加の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５は、緻密化流体が複合材料コンポーネント１００内に流れ込むためのより多くの開口を提供する。
【0035】
図１～図３に示されているように、単一の層またはプライ内の流体経路は、距離ｍだけ離間されている。たとえば、第１のプライ１１２内に画成された２つの第１の流体経路１１５は、第１の距離ｍだけ横方向に離間し、第２のプライ１２２内に画成された２つの第２の流体経路１２５は、第１の距離ｍと同じであるかまたは異なり得る、第２の距離ｍだけ横方向に離間する。層またはプライ内の追加の流体経路については、追加の流体経路は、隣接する流体経路から距離ｍだけ離間してよく、距離ｍは、層またはプライ内の流体経路間の各間隔について同じであるか、または少なくとも１つの距離ｍは、互いに離間する複数の流体経路を有する層またはプライについて、層またはプライの流体経路間の少なくとも１つの間隔に対して異なり得る。
【0036】
層またはプライ内の流体経路間の距離ｍは、効果的な強化および浸透をもたらすようにある範囲内であり得る。たとえば、流体経路間の間隔が近すぎる場合、プライが、たとえば高負荷の下で効果的な強化を提供するために有する繊維量が不十分である。しかしながら、流体経路の間隔が空きすぎた場合、緻密化流体の浸透のための経路が不十分である。流体経路間の間隔は、距離ｍとプライ厚さｔとの比として表され、比ｍ：ｔは約０．２５：１から約１０：１の範囲内であり得る。すなわち、単一の層またはプライの流体経路間の横方向距離ｍは、プライ厚さｔの約１／４からプライ厚さｔの約１０倍の範囲内であってもよい。いくつかの実施形態において、比率ｍ：ｔは約０．４：１から約７：１の範囲内にあり、いくつかの実施形態において、比率ｍ：ｔは約０．５：１から約５：１の範囲内にあり得る。
【0037】
さらに、各流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の幅ｗは一定または同じである必要はないが、各流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の幅ｗは、複合材料コンポーネント１００が形成されている媒体の特徴的な細孔径より大きくてもよい。特性的な細孔径は、流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５を除く媒体の平均細孔径であり、浸透中に封鎖が生じる典型的な細孔径であり得る。いくつかの実施形態において、特徴的な細孔径は、媒体の繊維直径の約１／２０から、最小負荷率に対応する媒体の繊維－繊維端距離の範囲内であってよく、繊維間の距離は、
【0038】
【数1】
【0039】
に比例し得る。いくつかの実施形態において、特徴的な細孔径は、約０．５ミクロンから約２０ミクロンの範囲内であり、いくつかの実施形態では約１ミクロンから約１５ミクロンの範囲内にあり、いくつかの実施形態では約２ミクロンから約１０ミクロンの範囲内であり得る。
【0040】
特徴的な細孔径よりも大きな流体経路幅ｗを有することは、１つ以上流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の封止前に多孔質媒体が充填されるか、または浸透されるのを確実にするのに役立つ。しかしながら、流体経路の幅ｗが大きすぎると、浸透処理時間が長くなるか、または１つもしくは複数の流体経路の不完全な充填に起因して内側層もしくはプライに過剰な空隙が形成されるかのいずれかが生じ得る。不完全な流体経路の浸透または緻密化からの過剰な残留ポロシティは、複合材料コンポーネント１００の機械的特性の低下につながる可能性がある。したがって、複合材料コンポーネント１００の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５などの流体経路の特徴的または平均幅ｗは、媒体の特徴的な細孔径の約２倍から約２０倍の大きさの範囲内にあり得る。たとえば、特徴的な流体経路の幅ｗは、複合材料コンポーネント１００を形成する媒体の特徴的な細孔径の少なくとも２倍、最大１０倍であってもよい。
【0041】
流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５は、典型的な細孔よりも寸法的に大きいので、緻密化流体は、流体経路を閉塞または閉鎖することなく、複合材料コンポーネント１００の内部深く流れ込むことができる。緻密化流体がより深く浸透することで、緻密化後の複合材料コンポーネント１００は、より少ない細孔または開口部を有し、これは、特にコンポーネントの内側部分の浸透が典型的により小さい細孔の絞りによる閉塞によって妨げられる可能性のあるより厚いコンポーネントに対して、以前の技術を使用して作られた複合材料コンポーネントと比較して複合材料コンポーネント１００の機械的性能を高めることができる。
【0042】
プライの例示されている数、および流体経路の例示されている数、配置、および相対的サイズは、例としてのみ示されていることは理解されるであろう。様々な実施形態において、複合材料コンポーネント１００は、図１～図３に描かれているように１つ、２つ、もしくはそれ以上のプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２などの任意の数のプライを含んでよく、各プライは同じプライ厚さｔを有し得るか、または少なくとも１つのプライの厚さｔは１つもしくは複数のプライの厚さｔと異なり得る。各プライは、１つ、２つ、またはそれ以上の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５などの、任意の数の流体経路を画成し得る。たとえば、図１～図３に描かれている複合材料コンポーネントの部分に示されているように、第１のプライ１１２は２つの第１の流体経路１１５を画成し、第２のプライ１２２は２つの第２の流体経路１２５を画成し、第３のプライ１３２は１つの流体経路１３５を画成し、第４のプライ１４２は１つの流体経路１４５を画成し、第５のプライ１５２は２つの流体経路１５５を画成するが、異なる数の流体経路がそれぞれのプライ内で画成され得る。さらに、それぞれのプライ内の各流体経路の配置は、図１～図３に示されている構成または配置と異なっていてもよく、各描かれた流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５は、一般的に、同じサイズであり（たとえば、各経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の長さｌ、幅ｗ、および深さｄは一般的に等しい）、他の実施形態では、１つ以上流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５は、別の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の同じ寸法とは異なる寸法ｌ、ｗ、ｄ（大きいかまたは小さいかのいずれか）を有し得る。
【0043】
次に図３を参照すると、プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、同じ方向または異なる方向に延在する繊維トウ１０２の一方向配列でレイアップされ得る。たとえば、図３に例示されているように、プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、残りのプライとは異なる方向である、同じ方向に延在するそれらの繊維トウ１０２を有する交互プライでレイアップされる。より詳細には、図３の実施形態において、第２の方向１２６は、第１の方向１１６と異なる。さらに、第１の方向１１６、第３の方向１３６、および第５の方向１５６はすべて同じ方向（これは第１の方向１１６と称され得る）であり、第２の方向１２６は第４の方向１４６と同じ（これは第２の方向１２６と称され得る）であるが第１の方向１１６と異なる。
【0044】
異なる方向１１６、１２６は、互いから９０°オフセットされてもよく、たとえば、図３では、第２の方向１２６は、第１の方向１１６から９０°オフセットされる。たとえば、交互配置されるプライは、０°／９０°であってもよく、それぞれのプライの繊維トウ１０２の一方向配列は、複合材料コンポーネント１００の基準軸ＲＡに関して０°または９０°のいずれかにある。一例として、第１のプライ１１２、第３のプライ１３２、および第５のプライ１５２は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第１の複数の配列１１４、第３の複数の配列１３４、および第５の複数の配列１５４が基準軸ＲＡに整列された状態で０°のプライであってよく、第２のプライ１２２および第４のプライ１４２は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第２の複数の配列１２４および第４の複数の配列１４４が基準軸ＲＡの垂直方向に延在している状態で９０°のプライであり得る。第１の方向１１６と第２の方向１２６との間の９０°のオフセットの他の実施形態では、交互配置プライは、９０°／０°プライ、－４５°／＋４５°プライ、＋４５°／－４５°プライ、または第１の方向１１６および第２の方向１２６が互いから９０°隔たる任意の他の配向にあってよい。
【0045】
もちろん、他の実施形態では、第１の方向１１６および第２の方向１２６は、第１の方向１１６および第２の方向１２６が非平行であるような任意の角度測定によって互いからオフセットされ得る。たとえば、プライは、第１の方向１１６が基準軸ＲＡに関して３０°の角度を成し、第２の方向１２６が基準軸ＲＡに関して６０°の角度を成すように３０°／６０°プライであり得る。さらに他の実施形態において、プライは、２つまたは複数の異なる方向に沿ってレイアップされてもよく、たとえば、第３の方向１３６および／または第５の方向１５６は、第１の方向１１６と異なり、および／または第４の方向１４６は、第２の方向１２６と異なり得る。たとえば、第１の方向１１６、第２の方向１２６、第３の方向１３６、第４の方向１４６、および第５の方向１５６の各々は、異なる方向であり得るか、または５つの方向１１６、１２６、１３６、１４６、１５６のうちの４つは異なる方向であり得るか、または５つの方向１１６、１２６、１３６、１４６、１５６のうちの３つは異なる方向であり得る。さらに、いくつかの実施形態において、２つまたはそれ以上の隣接するプライは、繊維トウ１０２の一方向配列のうちのそれぞれの複数の配列が互いに平行に延在するようにレイアップされてもよく、たとえば、隣接するプライ（たとえば、第２のプライ１２２および第３のプライ１３２など）は、同じ方向に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの複数の配列（たとえば、所与の例については、第２の方向１２６は第３の方向１３６と同じである）を有し得る。
【0046】
図２に戻って参照すると、複合材料プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５に加えて、複数の細孔１０６を画成し得る。たとえば、第１のプライ１１２は、細孔１０６のうちの第１の複数の細孔１０６ａを画成し、第２のプライ１２２は、細孔１０６のうちの第２の複数の細孔１０６ｂを画成し、第３のプライ１３２は、細孔１０６のうちの第３の複数の細孔１０６ｃを画成し、第４のプライ１４２は、細孔１０６のうちの第４の複数の細孔１０６ｄを画成し、第５のプライ１５２は、細孔１０６のうちの第５の複数の細孔１０６ｅを画成し得る。複合材料プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２が一緒にレイアップされたときに、複数の細孔１０６のうちの１つ以上細孔１０６は、隣接する複合材料プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２の細孔１０６または流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５と流体的に結合するものとしてよいが、しかしながら、細孔１０６同士の間、または細孔１０６と流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５との間の流体的結合は、流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の流体的結合に関して本明細書において説明されているような緻密化流体に対する連続する経路を形成しない。
【0047】
細孔１０６のうちの第１の複数の細孔１０６ａ、第２の複数の細孔１０６ｂ、第３の複数の細孔１０６ｃ、第４の複数の細孔１０６ｄ、および第５の複数の細孔１０６ｅの各細孔１０６は、第１の流体経路１１５および第２の流体経路１２５の両方よりも寸法的に小さい。たとえば、第１の流体経路１１５の長さｌ１および第２の流体経路１２５の長さｌ２は各々、それぞれのプライ１１２、１２２の繊維トウ１０２の一方向配列と同じ方向に延在する各細孔１０６の長さまたは寸法よりも大きい。本明細書において説明されているように、複合材料コンポーネント１００は、特徴的なまたは平均の流体経路幅ｗよりも小さい細孔１０６の特徴的なまたは平均の細孔径を有し、たとえば、特徴的な流体経路幅ｗは、細孔１０６の特徴的な細孔径の約２倍から約２０倍の大きさの範囲内にあり得る。さらに、各流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の深さｄは、それぞれのプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２において画成されたそれぞれの細孔１０６の深さよりも大きいかまたは深いものとしてよい。
【0048】
さらに、細孔１０６および流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５は各々、プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２内の空隙または開口部であり、細孔１０６は上で説明されているように流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５より寸法的に小さい。そのようなものとして、複合材料コンポーネント１００は、二峰性空隙サイズ分布を有する。たとえば、本明細書において説明されているように、プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２を含むプライレイアップ１０８を浸透させて多孔質マトリックス材料を緻密化し複合材料コンポーネント１００を形成する前に、プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの複数の配列１１４、１２４、１３４、１４４、１５４（図３）とマトリックス前駆体、およびいくつかの実施形態ではポリマー粒子などの細孔形成剤を含む。プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２を硬化させてマトリックス前駆体を熱分解し、含まれるときに、細孔形成剤をバーンアウトさせた後、硬化したプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、繊維トウ１０２の一方向配列および二峰性空隙サイズ分布を有する多孔質マトリックス骨格を含む。そのようなものとして、細孔１０６のうちの複数の細孔１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅおよび複数の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５を含む、プライレイアップ１０８内の空隙は、空隙サイズ分布曲線上に２つの明確に識別可能な最大値を有する。
【0049】
次に図４を参照すると、本明細書において説明されているように、複合材料コンポーネント１００は、複数のプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２が複数の層であるようにプライスタックまたはレイアップ１０８でレイアップされる、複数のプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２内に複数の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５を画成する。少なくともいくつかの実施形態において、複数のプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２のプライの単位面積当たりの流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の数は、第１のプライ１１２から別のプライ１５２まで数が減少するように任意選択で、また代替的に配置構成され得る。１つの非限定的な例において、第１のプライ１１２は複合材料コンポーネント１００の最外層を形成することができ、他のプライ１５２は複合材料コンポーネント１００の最内層を形成することができる。しかしながら、これは必ずしもそうである必要はない。図４の例示されている代替的な例において、複合材料コンポーネント１００は、流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５に関して空隙またはポロシティの勾配を有し、勾配は第１のプライの第１の表面１１８によって画成された複合材料コンポーネントの外側表面から第５のプライ１５２まで内側に向かって減少する。いくつかの実施形態において、単位面積当たりの流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５の数は、最外層またはプライ１１２から最内層またはプライ１５２まで単調に内側に向かって減少する。
【0050】
図５は、複合材料コンポーネント１００を形成する方法５００の流れ図である。方法５００は、第１のプライ１１２をレイアップすること（５０２）と、第１のプライ１１２と接触する第２のプライ１２２をレイアップしてプライレイアップ１０８を形成すること（５０４）とを含む。第１のプライ１１２および第２のプライ１２２は各々本明細書において説明されているように構成される。たとえば、図１および図３に示されているように、第１のプライ１１２は、第１の方向１１６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第１の複数の配列１１４を含む。第１の流体経路１１５が第１のプライ１１２内に画成され、これは第１のプライの第２の表面１２０に対向する第１のプライの第１の表面１１８と、第１のプライの厚さｔ１とを有する。第１の流体経路１１５は、第１の方向１１６の第１の長さｌ１と、第１の方向１１６の法線方向の第１の幅方向１１７の第１の幅ｗ１と、第１のプライの第１の表面１１８から第１のプライの第２の表面１２０まで延在する第１の深さｄ１とを有する。第１の長さｌ１は、第１の幅ｗ１および第１の深さｄ１の両方よりも大きい。少なくともいくつかの実施形態において、第１の幅ｗ１が第１の深さｄ１および／または第１の長さｌ１に沿って変化する場合、第１の長さｌ１は第１の幅ｗ１のすべての値よりも大きく、第１の深さｄ１が第１の長さｌ１および／または第１の幅ｗ１に沿って変化する場合、第１の長さｌ１は第１の深さｄ１のすべての値よりも大きい。
【0051】
同様に、上で説明されているように、第２のプライ１２２は、第２の方向１２６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第２の複数の配列１２４を含む。第２の流体経路１２５が第２のプライ１２２内に画成され、これは第２のプライの第２の表面１３０に対向する第２のプライの第１の表面１２８と、第２のプライの厚さｔ２とを有する。第２の流体経路１２５は、第２の方向１２６の第２の長さｌ２と、第２の方向１２６の法線方向の第２の幅方向１２７の第２の幅ｗ２と、第２のプライの第１の表面１２８から第２のプライの第２の表面１３０の方へ内側に向かって延在する第２の深さｄ２とを有する。例示的な実施形態において、第２の深さｄ２は、第２のプライの第１の表面１２８から第２のプライの第２の表面１３０まで延在する。第２の長さｌ２は、第２の幅ｗ２および第２の深さｄ２の両方よりも大きい。少なくともいくつかの実施形態において、第２の幅ｗ２が第２の深さｄ２に沿って変化する場合、第２の長さｌ２は第２の幅ｗ２のすべての値よりも大きく、第２の深さｄ２が第２の方向１２６に沿って変化する場合、第２の長さｌ２は第２の深さｄ２のすべての値よりも大きい。
【0052】
少なくともいくつかの実施形態において、方法５００は、プライレイアップ１０８が第３のプライ１３２を含むように第２のプライ１２２と接触する第３のプライ１３２をレイアップすること（５０６）も含む。方法５００は、プライレイアップ１０８が第４のプライ１４２を含むように第３のプライ１３２と接触する第４のプライ１４２をレイアップすること（５０８）をさらに含み得る。いくつかの実施形態において、方法５００は、プライレイアップ１０８が第５のプライ１５２を含むように第４のプライ１４２と接触する第５のプライ１５２をレイアップすること（５１０）も含む。方法５００は、任意の追加の数ｎ個の複合材料プライをレイアップして複合材料コンポーネント１００に対するプライレイアップ１０８を画成すること（５１２）を含むことができる。
【0053】
第３のプライ１３２、第４のプライ１４２、および第５のプライ１５２は、本明細書において説明されているように構成され得る。たとえば、第３のプライ１３２は、第３の方向１３６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第３の複数の配列１３４を含む。第３の流体経路１３５が第３のプライ１３２内に画成され、これは第３のプライの第２の表面１４０に対向する第３のプライの第１の表面１３８と、第３のプライの厚さｔ３とを有する。第３の流体経路１３５は、第３の方向１３６の第３の長さｌ３と、第３の方向１３６の法線方向の第３の幅方向１３７の第３の幅ｗ３と、第３のプライの第１の表面１３８から第３のプライの第２の表面１４０まで延在する第３の深さｄ３とを有する。第３の長さｌ３は、第３の幅ｗ３および第３の深さｄ３の両方よりも大きい。同様に、上で説明されているように、第４のプライ１４２は、第４の方向１４６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第４の複数の配列１４４を含む。第４の流体経路１４５が第４のプライ１４２内に画成され、これは第４のプライの第２の表面１５０に対向する第４のプライの第１の表面１４８と、第４のプライの厚さｔ４とを有する。第４の流体経路１４５は、第４の方向１４６の第４の長さｌ４と、第４の方向１４６の法線方向の第４の幅方向１４７の第４の幅ｗ４と、第４のプライの第１の表面１４８から第４のプライの第２の表面１５０まで延在する第４の深さｄ４とを有する。第４の長さｌ４は、第４の幅ｗ４および第４の深さｄ４の両方よりも大きい。同様に、上で説明されているように、第５のプライ１５２は、第５の方向１５６に延在する繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第５の複数の配列１５４を含む。第５の流体経路１５５が第５のプライ１５２内に画成され、これは第５のプライの第２の表面１６０に対向する第５のプライの第１の表面１５８と、第５のプライの厚さｔ５とを有する。第５の流体経路１５５は、第５の方向１５６の第５の長さｌ５と、第５の方向１５６の法線方向の第５の幅方向１５７の第５の幅ｗ５と、第５のプライの第１の表面１５８から第５のプライの第２の表面１６０の方へ内側に向かって延在する第５の深さｄ５とを有する。例示的な実施形態において、第５の深さｄ５は、第５のプライの第１の表面１５８から第５のプライの第２の表面１６０まで延在する。第５の長さｌ５は、第５の幅ｗ５および第５の深さｄ５の両方よりも大きい。
【0054】
プライレイアップ１０８内の追加のプライは、第１のプライ１１２、第２のプライ１２２、第３のプライ１３２、第４のプライ１４２、および第５のプライ１５２と同様に構成され得ることは理解されるであろう。さらに、第１のプライ１１２、第２のプライ１２２、第３のプライ１３２、第４のプライ１４２、および第５のプライ１５２は、上で説明されているような追加の特徴を含み得る。たとえば、各プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、任意の数の流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５を画成し、各流体経路は単一のプライ内に距離ｍだけ横方向に離間して画成され、これは同じであるか、または流体経路間で異なっていてもよい。本明細書において説明されているように、プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２の流体経路間の横方向の距離ｍと、それぞれのプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２の厚さｔとの比は、約０．２５：１から約１０：１の範囲内にあり得る。いくつかの実施形態において、比率ｍ：ｔは約０．４：１から約７：１の範囲内にあり、いくつかの実施形態において、比率ｍ：ｔは約０．５：１から約５：１の範囲内にあり得る。
【0055】
さらに、各プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２は、複数の細孔１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ（図２）を含むものとしてよく、これらは流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５のようにそれぞれのプライ内の空隙または開口部であるが、各流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５より寸法的に小さい。すなわち、複合材料コンポーネント１００は、細孔１０６の特徴的な細孔径を有し、特徴的な細孔径の約２倍から約２０倍の範囲内の特徴的な流体経路幅ｗを有し得る。そのようなものとして、プライレイアップ１０８は、空隙サイズの二峰性分布を含み得る。
【0056】
さらに、それぞれのプライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２をレイアップすることは、複合材料コンポーネント１００の基準軸ＲＡに関して所与の方向に沿って各プライ内の繊維トウ１０２の一方向配列を整列することを含み得る。図３を参照すると、例としてのみであるが、第１のプライ１１２、第３のプライ１３２、および第５のプライ１５２は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第１の複数の配列１１４、第３の複数の配列１３４、および第５の複数の配列１５４が第１の方向１１６に沿って延在するようにレイアップされ、第２のプライ１２２および第４のプライ１４２は、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第２の複数の配列１２４および第４の複数の配列１４４が第２の方向１２６に沿って延在するようにレイアップされ得る。第２の方向１２６は、たとえば、第１のプライ１１２と接触する第２のプライ１２２をレイアップすることが、繊維トウ１０２の一方向配列のうちの第２の複数の配列１２４が繊維トウ１０２の一方向配列の第１の複数の配列１１４からオフセットされるように第２のプライ１２２をレイアップすることを含むように第１の方向１１６と異なる。本明細書において説明されているように、いくつかの実施形態において、第２の方向１２６は、交互配置プライが複合材料コンポーネント１００の基準軸ＲＡに関して０°／９０°、＋４５°／－４５°、－４５°／＋４５°などを取り得るように第１の方向１１６から９０°だけオフセットされる。他の実施形態では、第１の方向１１６と第２の方向１２６との間のオフセットは、基準軸ＲＡに関して異なる角度測定値であり得、および／またはプライレイアップ１０８内の２つよりも多いプライは、繊維トウ１０２の一方向配列が同じ方向に沿って延在し、互いに平行であるようにレイアップされ得る。
【0057】
本明細書においてさらに説明されているように、プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２がプライレイアップ１０８内でレイアップされたときに、第１の流体経路１１５は第２の流体経路１２５と交差して、第１の流体経路１１５から少なくとも第２の流体経路１２５までの連続する流体経路を画成する。さらに、第３の流体経路１３５は、第２の流体経路１２５と交差して、第１の流体経路１１５から少なくとも第３の流体経路１３５への連続する流体経路を画成する。それに加えて、第４の流体経路１４５は、第３の流体経路１３５と交差して、第１の流体経路１１５から少なくとも第４の流体経路１４５への連続する流体経路を画成する。さらに、第５の流体経路１５５は、第４の流体経路１４５と交差して、第１の流体経路１１５から少なくとも第５の流体経路１５５への連続する流体経路を画成する。
【0058】
少なくともいくつかの実施形態において、方法５００は、プライレイアップ１０８を硬化させること（５１４）をさらに含む。いくつかの実施形態において、プライレイアップ１０８を硬化することは、プライレイアップ１０８を圧縮することを含み、これはそれに加えてプライレイアップ１０８をオートクレーブすることを含み得る。それに加えて、または代替的に、プライレイアップ１０８を硬化することは、プライレイアップ１０８を焼成するかまたはバーンアウトさせることを含み得る。バーンアウトの間、プライレイアップ１０８は、真空または不活性雰囲気中で加熱されるか、または焼成され、たとえば前駆体セラミックマトリックス材料中の任意の結合剤を分解し、任意の溶媒を除去し、前駆体セラミックマトリックス材料を望ましいセラミックマトリックス材料に転換し得る。
【0059】
いくつかの実施形態において、圧密および／またはバーンアウトは必要とされ得ないか、または省かれ得ることは理解されるであろう。たとえば、複合材料コンポーネント１００がポリマーマトリックス複合材料（ＰＭＣ）から形成される場合、ＰＭＣプライレイアップは、バーンアウトされる必要がある充填剤、溶媒などを含まず、またＰＭＣプライレイアップは、バーンアウトプロセスが省かれ得るようなバーンアウトの温度に耐えることができない。そのようなものとして、いくつかの複合材料コンポーネント１００について、プライレイアップ１０８を硬化すること（５１４）は、圧密、オートクレービング、および／または焼成／バーンアウトを含まない。
【0060】
なおも図５を参照すると、方法５００は、プライレイアップ１０８を緻密化すること（５１６）も含む。少なくともいくつかの実施形態において、プライレイアップ１０８は、化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）を使用して緻密化されるが、他の実施形態では、溶融浸透法（ＭＩ）または同様の方法などの他の緻密化方法が使用され得る。硬化プロセス中、たとえばバーンアウト中の結合剤または他の材料（細孔形成剤など）の分解に起因して、プライレイアップ１０８は多孔質であるか、または細孔１０６および流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５を含む、空隙または開口部を中に有する。たとえば、ＣＭＣプライレイアップ１０８のバーンアウト中に、各プライ１１２、１２２、１３２、１４２、１５２内のマトリックス材料１０４は収縮し、繊維トウ１０２は、マトリックス材料１０４の収縮を通して流体経路１１５、１２５、１３５、１４５、１５５が広がるような体積的制約をもたらす。したがって、プライレイアップ１０８は、緻密化、たとえば、化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）、溶融浸透法（ＭＩ）、またはポリマー浸透および熱分解（ＰＩＰ）を受け、ポロシティ、空隙、または開口部を充填して緻密化ＣＭＣコンポーネント１００を形成し得る。
【0061】
緻密化のための特定の処理技術およびパラメータは、材料の特定の組成に依存し得る。例示的な実施形態において、プライレイアップ１０８を緻密化すること（５１６）は、高温の反応性ガスの使用によってマトリックス材料が繊維プリフォーム内に浸透され、繊維強化複合材料を形成する、ＣＶＩプロセスを使用することを含み、したがって反応ガスは緻密化流体である。ＣＶＩ複合材料マトリックスは、典型的には、遊離ケイ素相を有さず、したがって、良好な耐クリープ性を有し、約２５７０°Ｆを超える温度で動作する潜在的可能性がある。ＣＶＩは、たとえば、炭素繊維強化炭化ケイ素マトリックス（Ｃ／ＳｉＣ）ＣＭＣ、ＳｉＣ／ＳｉＣ ＣＭＣなどに使用され得る。
【0062】
プライレイアップ１０８は、ＣＶＩプロセスを単独で使用するか、または部分的ＣＶＩとその後のシリコン（Ｓｉ）、シリコン合金、もしくは希土類二ケイ酸塩（ＲＥ２Ｓｉ２Ｏ７）などの酸化物によるＭＩとの組合せを使用するか、またはＭＩの前にスラリー浸透を使用することで緻密化され得る。他の緻密化技術は、限定はしないが、シリコンＭＩプロセスおよび反応ＭＩプロセス（たとえば、炭化ケイ素ＣＭＣコンポーネントは溶融シリコンを浸透され、したがって溶融シリコンは緻密化流体である）、ＰＩＰプロセス（たとえば、炭化ケイ素強化材料コンポーネントはポリシラザンなどのプレセラミックポリマーを浸透され、次いで熱処理されてＳｉＣマトリックスを形成し、したがってプレセラミックポリマーは緻密化流体である）、および酸化物／酸化物プロセス（たとえば、アルミニウムまたはアルミノシリケート強化材料コンポーネント用）を含み、各々単独で、または１つもしくは複数の他の緻密化プロセスと組み合わせて、使用され得る。
【0063】
（実施例）
３つの異なる７層プリフォームＥ１、ＣＥ１、およびＣＥ２が調製され、化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）を使用して緻密化され、詳細に調べられた。３つのプリフォームの各層またはプライの典型的な厚さｔは、約１９０ミクロンであった。各プリフォームについて、隣接するプライの間で０°および９０°のプライ配向が交互した。第１のプリフォームＥ１は、本明細書において説明されている主題の仕様に適合し、図５に関して説明されている方法５００に従って（ただし、方法５００に関して説明されている５つのプライではなく、７つのプライで）調製された。第２のプリフォームＣＥ１は、一時的な繊維で調製され、一時的な繊維は、第２のプリフォームＣＥ１の所与の層をほぼ貫通した第２のプリフォームＣＥ１内に大きなほぼ円形の溝状空隙を残した。第２のプリフォームＣＥ１の大きな空隙は、ＣＶＩによるその後の緻密化においてほとんど未充填のままであった。第３のプリフォームＣＥ２は、本明細書において説明されている方法とは異なる方式で調製され、第３のプリフォームＣＥ２は、すべての層において本主題の流体経路構造を示さなかった。そのようなものとして、３つのプリフォームＥ１、ＣＥ１、およびＣＥ２は、ポロシティの異なる値、ならびに細孔の異なる形状および寸法を有していた。
３つの異なる７層プリフォームＥ１、ＣＥ１、およびＣＥ２が調製され、化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）を使用して緻密化され、詳細に調べられた。３つのプリフォームの各層またはプライの典型的な厚さｔは、約１９０ミクロンであった。各プリフォームについて、隣接するプライの間で０°および９０°のプライ配向が交互した。第１のプリフォームＥ１は、本明細書において説明されている主題の仕様に適合し、図５に関して説明されている方法５００に従って（ただし、方法５００に関して説明されている５つのプライではなく、７つのプライで）調製された。第２のプリフォームＣＥ１は、一時的な繊維で調製され、一時的な繊維は、第２のプリフォームＣＥ１の所与の層をほぼ貫通した第２のプリフォームＣＥ１内に大きなほぼ円形の溝状空隙を残した。第２のプリフォームＣＥ１の大きな空隙は、ＣＶＩによるその後の緻密化においてほとんど未充填のままであった。第３のプリフォームＣＥ２は、本明細書において説明されている方法とは異なる方式で調製され、第３のプリフォームＣＥ２は、すべての層において本主題の流体経路構造を示さなかった。そのようなものとして、３つのプリフォームＥ１、ＣＥ１、およびＣＥ２は、ポロシティの異なる値、ならびに細孔の異なる形状および寸法を有していた。
【0064】
ＣＶＩに続いて、試料は切断されるか、または切片化され、層間引張（ＩＬＴ）強度が測定された。試料の小片が研磨され、光学顕微鏡を使用して調べられた。これらの測定結果から、繊維の体積分率、繊維の平均分離、細孔幅（ＣＶＩ充填または浸透セクションおよび残留未充填または未浸透セクションの両方を含む）、典型的な細孔深さ、典型的な繊維径、および細孔の体積パーセントが取得された。分析結果がＴａｂｌｅ １（表１）に与えられている。
【0065】
【表1】
【0066】
すでに浸透されたプリフォームが与えられた場合、緻密化プロセスの前に特徴的な細孔長スケールを直接的に測定することは困難である。繊維間分離距離は、上限推定値を形成する。充填剤および炭化物が存在することに起因して、特徴的な細孔径の実際の値は、繊維間分離距離の値から低減される。プリフォームＥ１内の流体経路の間に配置される残留細孔のＣＶＩプロセスからの堆積物の厚さの観察結果は、特徴的な細孔径は繊維間分離距離の約半分（１／２）であり、３．６：１から７．２：１の範囲内の流体経路幅と細孔径との比の範囲をもたらすことを示唆している。さらに、プリフォームＥ１では、流体経路間の典型的な分離距離は約４３０ミクロンであり、分離距離は７層スタック内で３２０ミクロンから６５０ミクロンの間で変化する。さらに、プリフォームＥ１は、プリフォームＣＥ１およびプリフォームＣＥ２と比べて、観察された緻密化後ポロシティが低く、ＩＬＴの値が高い。
【0067】
したがって、本明細書において説明されているように、本主題は、複合材料コンポーネントおよび複合材料コンポーネントを形成する方法を提供し、複合材料コンポーネントの層内の流体経路は、ガスもしくは蒸気または溶融セラミック材料などの緻密化流体が最外層より下の層に接近することを可能にする。浸透の前に、流体経路の間の空間は、繊維、充填剤、および結合剤材料、ならびに細孔または他の空隙空間を含むことができる。典型的には、繊維含有領域内の細孔または空隙空間の寸法は、流体経路の典型的な幅に比べてかなり小さく、細孔または空隙空間が浸透によって充填されると、細孔または空隙空間によって形成される浸透経路は「絞られて閉塞する」。流体経路の寸法的に大きな構造は、緻密化流体、たとえば反応ガスがプリフォームまたはプライレイアップ内により深く侵入または浸透することを可能にし、構造強度は、流体経路間の繊維含有複合材料によって提供される。浸透処理の最終段階において、最外層プライの流体経路は、緻密化流体によって生成される固形物で満たされる。したがって、細孔またはより小さい空隙のみを有する複合材料コンポーネントと比較して本明細書において説明されているような流体経路を有する複合材料コンポーネントに対してより完全な緻密化が達成され得る。そのようなものとして、たとえばＣＶＩプロセスを使用して緻密化されたより厚いコンポーネントは、一方向プライ構造で作られ、ＣＶＩプロセスを使用して緻密化されたより薄い部品と同じレベルの機械的性能を有することができる。したがって、より多様な、たとえば、高温ガスタービンエンジンコンポーネントが、コンポーネントを冷却するためのハイブリッドまたは専用冷却構造に頼ることなく作られ得る。本明細書において説明されている主題の他の利点も、当業者によって実現され得る。
【0068】
本開示のさらなる態様は、次の項の主題によって提供される。
【0069】
複合材料コンポーネントであって、第１の方向に延在する繊維トウの第１の複数の一方向配列を有する第１のプライと、第２の方向に延在する繊維トウの第２の複数の一方向配列を有する第２のプライと、第１のプライ内に画成された第１の流体経路であって、第１の流体経路は第１の長さ方向の第１の長さと第１の長さ方向の法線方向の第１の幅方向の第１の幅とを有し、第１の長さは第１の幅よりも大きい、第１の流体経路と、第２のプライ内に画成された第２の流体経路であって、第２の流体経路は第２の長さ方向の第２の長さと第２の長さ方向の法線方向の第２の幅方向の第２の幅とを有し、第２の長さは第２の幅よりも大きい、第２の流体経路とを備える、複合材料コンポーネントが提供される。
【0070】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライは第１のプライの第２の表面に対向する第１のプライの第１の表面を有し、第２のプライは第２のプライの第２の表面に対向する第２のプライの第１の表面を有し、第１の流体経路は第１のプライの第１の表面から第１のプライの第２の表面まで延在する第１の深さを備え、第１の長さは第１の深さよりも大きく、第２の流体経路は第２のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第２の深さを備え、第２の長さは第２の深さよりも大きい、複合材料コンポーネントが提供される。
【0071】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライは、第１のプライの第２の表面が第２のプライの第１の表面に接触するように第２のプライとともに積み重ねられ、第１の流体経路は、第２の流体経路と交差して、第１の流体経路から第２の流体経路への連続する流体経路を画成する、複合材料コンポーネントが提供される。
【0072】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第２の方向は第１の方向と異なる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0073】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第２の方向は第１の方向から９０°オフセットされる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0074】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第３の方向に延在する繊維トウの第３の複数の一方向配列を有する第３のプライと、第３のプライ内に画成された第３の流体経路であって、第３の流体経路は第３の長さ方向の第３の長さと第３の長さ方向の法線方向の第３の幅方向の第３の幅とを有し、第３の長さは第３の幅よりも大きい、第３の流体経路とをさらに備える、複合材料コンポーネントが提供される。
【0075】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第２の深さは、第２のプライの第１の表面から第２のプライの第２の表面まで延在し、第３のプライは第３のプライの第２の表面に対向する第３のプライの第１の表面を有し、第３の流体経路は第３のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第３の深さを備え、第３の長さは第３の深さよりも大きい、複合材料コンポーネントが提供される。
【0076】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライ、第２のプライ、および第３のプライは、第１のプライの第２の表面が第２のプライの第１の表面に接触し、第２のプライの第２の表面が第３のプライの第１の表面に接触するように一緒に積み重ねられ、第１の流体経路は、第２の流体経路と交差して、第１の流体経路から第２の流体経路への第１の連続する流体経路を画成し、第２の流体経路は、第３の流体経路と交差して、第２の流体経路から第３の流体経路への第２の連続する流体経路を画成する、複合材料コンポーネントが提供される。
【0077】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第２の方向は第１の方向と異なる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0078】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第３の方向は第１の方向と同じである、複合材料コンポーネントが提供される。
【0079】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第３の方向は第２の方向と異なる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0080】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第４の方向に延在する繊維トウの第４の複数の一方向配列を有する第４のプライと、第４のプライ内に画成された第４の流体経路であって、第４の流体経路は第４の長さ方向の第４の長さと第４の長さ方向の法線方向の第４の幅方向の第４の幅とを有し、第４の長さは第４の幅よりも大きい、第４の流体経路とをさらに備える、複合材料コンポーネントが提供される。
【0081】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第３の深さは、第３のプライの第１の表面から第３のプライの第２の表面まで延在し、第４のプライは第４のプライの第２の表面に対向する第４のプライの第１の表面を有し、第４の流体経路は第４のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第４の深さを備え、第４の長さは第４の深さよりも大きい、複合材料コンポーネントが提供される。
【0082】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライ、第２のプライ、第３のプライ、および第４のプライは、第１のプライの第２の表面が第２のプライの第１の表面に接触し、第２のプライの第２の表面が第３のプライの第１の表面に接触し、第３のプライの第２の表面が第４のプライの第１の表面に接触するように一緒に積み重ねられる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0083】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の流体経路は、第２の流体経路と交差して、第１の流体経路から第２の流体経路への第１の連続する流体経路を画成し、第２の流体経路は、第３の流体経路と交差して、第２の流体経路から第３の流体経路への第２の連続する流体経路を画成し、第３の流体経路は、第４の流体経路と交差して、第３の流体経路から第４の流体経路への第３の連続する流体経路を画成する、複合材料コンポーネントが提供される。
【0084】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の流体経路は第２の流体経路と交差し、第２の流体経路は第３の流体経路と交差し、第３の流体経路は第４の流体経路と交差して、第１の流体経路から第４の流体経路への連続する流体経路を画成する、複合材料コンポーネントが提供される。
【0085】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、連続する流体経路は、第１の連続する流体経路と、第２の連続する流体経路と、第３の連続する流体経路とを含む、複合材料コンポーネントが提供される。
【0086】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第４の方向は第２の方向と同じである、複合材料コンポーネントが提供される。
【0087】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第４の方向は第１の方向と異なる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0088】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第５の方向に延在する繊維トウの第５の複数の一方向配列を有する第５のプライと、第５のプライ内に画成された第５の流体経路であって、第５の流体経路は第５の長さ方向の第５の長さと第５の長さ方向の法線方向の第５の幅方向の第５の幅とを有し、第５の長さは第５の幅よりも大きい、第５の流体経路とをさらに備える、複合材料コンポーネントが提供される。
【0089】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第４の深さは、第４のプライの第１の表面から第４のプライの第２の表面まで延在し、第５のプライは第５のプライの第２の表面に対向する第５のプライの第１の表面を有し、第５の流体経路は第５のプライの第１の表面から内側に向かって延在する第５の深さを備え、第５の長さは第５の深さよりも大きい、複合材料コンポーネントが提供される。
【0090】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライ、第２のプライ、第３のプライ、第４のプライ、および第５のプライは、第１のプライの第２の表面が第２のプライの第１の表面に接触し、第２のプライの第２の表面が第３のプライの第１の表面に接触し、第３のプライの第２の表面が第４のプライの第１の表面に接触し、第４のプライの第２の表面が第５のプライの第１の表面に接触するように一緒に積み重ねられる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0091】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の流体経路は、第２の流体経路と交差して、第１の流体経路から第２の流体経路への第１の連続する流体経路を画成し、第２の流体経路は、第３の流体経路と交差して、第２の流体経路から第３の流体経路への第２の連続する流体経路を画成し、第３の流体経路は、第４の流体経路と交差して、第３の流体経路から第４の流体経路への第３の連続する流体経路を画成し、第４の流体経路は、第５の流体経路と交差して、第４の流体経路から第５の流体経路への第４の連続する流体経路を画成する、複合材料コンポーネントが提供される。
【0092】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の流体経路は第２の流体経路と交差し、第２の流体経路は第３の流体経路と交差し、第３の流体経路は第４の流体経路と交差し、第４の流体経路は第５の流体経路と交差して、第１の流体経路から第５の流体経路への連続する流体経路を画成する、複合材料コンポーネントが提供される。
【0093】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、連続する流体経路は、第１の連続する流体経路と、第２の連続する流体経路と、第３の連続する流体経路と、第４の連続する流体経路とを含む、複合材料コンポーネントが提供される。
【0094】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第５の方向は第１の方向と同じである、複合材料コンポーネントが提供される。
【0095】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第５の方向は第２の方向と異なる、複合材料コンポーネントが提供される。
【0096】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライは第１のプライの厚さｔ１を有し、複数の第１の流体経路を画成し、複数の第１の流体経路は、距離ｍだけ互いから横方向に離間し、距離ｍと第１のプライの厚さｔ１との比は、約０．２５：１から約１０：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0097】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、距離ｍと第１のプライの厚さｔ１との比は、約０．４：１から約７：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0098】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、距離ｍと第１のプライの厚さｔ１との比は、約０．５：１から約５：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0099】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライ、第２のプライ、第３のプライ、第４のプライ、または第５のプライのうちの少なくとも１つは、プライの厚さｔを有し、複数の流体経路を画成し、複数の流体経路は、距離ｍだけ互いから横方向に離間し、距離ｍとプライの厚さｔとの比は、約０．２５：１から約１０：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0100】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、距離ｍとプライの厚さｔとの比は、約０．４：１から約７：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0101】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、距離ｍとプライの厚さｔとの比は、約０．５：１から約５：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0102】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１のプライ内に画成された第１の複数の細孔と第２のプライ内に画成された第２の複数の細孔とをさらに備える、複合材料コンポーネントが提供される。
【0103】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の複数の細孔の各細孔および第２の複数の細孔の各細孔は、第１の流体経路および第２の流体経路の両方よりも寸法的に小さい、複合材料コンポーネントが提供される。
【0104】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の複数の細孔、第２の複数の細孔、第１の流体経路、および第２の流体経路は各々、複合材料コンポーネント内の空隙であり、複合材料コンポーネントは、空隙サイズの二峰性分布を有する、複合材料コンポーネントが提供される。
【0105】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、複合材料コンポーネントは、特徴的な細孔径を有し、第１の幅および第２の幅の各々は、特徴的な細孔径よりも大きい、複合材料コンポーネントが提供される。
【0106】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の幅および第２の幅の各々は、特徴的な細孔径の約２倍から約２０倍の大きさの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0107】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の幅および第２の幅の各々は、特徴的な細孔径の約２倍から約１０倍の大きさの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0108】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、複合材料コンポーネントは、特徴的な細孔径を有し、第１の幅、第２の幅、第３の幅、第４の幅、および第５の幅の各々は、特徴的な細孔径よりも大きい、複合材料コンポーネントが提供される。
【0109】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の幅、第２の幅、第３の幅、第４の幅、および第５の幅の各々は、特徴的な細孔径の約２倍から約２０倍の大きさの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0110】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第１の幅、第２の幅、第３の幅、第４の幅、および第５の幅の各々は、特徴的な細孔径の約２倍から約１０倍の大きさの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0111】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、特徴的な細孔径は、約０．５ミクロンから約２０ミクロンの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0112】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、特徴的な細孔径は、約１ミクロンから約１５ミクロンの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0113】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、特徴的な細孔径は、約２ミクロンから約１０ミクロンの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0114】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、複合材料コンポーネントは、セラミックマトリックス複合材料コンポーネントである、複合材料コンポーネントが提供される。
【0115】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、複合材料コンポーネントは、化学蒸気浸透プロセスを使用して緻密化するように構成される、複合材料コンポーネントが提供される。
【0116】
複合材料コンポーネントを形成する方法であって、第１の方向に延在する繊維トウの第１の複数の一方向配列を有する第１のプライをレイアップすることと、第１のプライに接触している第２のプライをレイアップしてプライレイアップを形成することであって、第２のプライは第２の方向に延在する繊維トウの第２の複数の一方向配列を有する、形成することと、プライレイアップを硬化して第１のプライ内の少なくとも１つの第１の流体経路と第２のプライ内の少なくとも１つの第２の流体経路とを形成することと、化学蒸気浸透法を使用してプライレイアップを緻密化することとを含み、少なくとも１つの第１の流体経路は、少なくとも１つの第２の流体経路と交差して、少なくとも１つの第１の流体経路から少なくとも１つの第２の流体経路への連続する流体経路を画成する、方法が提供される。
【0117】
任意の先行する項の方法であって、第２のプライに接触している第３のプライを、第３のプライがプライレイアップの一部となるようにレイアップすることであって、第３のプライは第３の方向に延在する繊維トウの第３の複数の一方向配列を有する、レイアップすることをさらに含み、プライレイアップを硬化することで第３のプライ内に少なくとも１つの第３の流体経路を形成し、少なくとも１つの第３の流体経路は、少なくとも１つの第２の流体経路と交差して、少なくとも１つの第１の流体経路から少なくとも１つの第３の流体経路への連続する流体経路を画成する、方法が提供される。
【0118】
任意の先行する項の方法であって、第２の方向は、第１のプライと接触する第２のプライをレイアップすることが、繊維トウの第２の複数の一方向配列が繊維トウの第１の複数の一方向配列からオフセットされるように第２のプライをレイアップすることを含むように第１の方向と異なる、方法が提供される。
【0119】
任意の先行する項の方法であって、第３の方向は第１の方向と同じである、方法が提供される。
【0120】
任意の先行する項の方法であって、第３のプライに接触している第４のプライを、第４のプライがプライレイアップの一部となるようにレイアップすることであって、第４のプライは第４の方向に延在する繊維トウの第４の複数の一方向配列を有する、レイアップすることをさらに含み、プライレイアップを硬化することで第４のプライ内に少なくとも１つの第４の流体経路を形成し、少なくとも１つの第４の流体経路は、少なくとも１つの第３の流体経路と交差して、少なくとも１つの第１の流体経路から少なくとも１つの第４の流体経路への連続する流体経路を画成する、方法が提供される。
【0121】
任意の先行する項の方法であって、第４の方向は第２の方向と同じである、方法が提供される。
【0122】
任意の先行する項の方法であって、第４のプライに接触している第５のプライを、第５のプライがプライレイアップの一部となるようにレイアップすることであって、第５のプライは第５の方向に延在する繊維トウの第５の複数の一方向配列を有する、レイアップすることをさらに含み、プライレイアップを硬化することで第５のプライ内に少なくとも１つの第５の流体経路を形成し、少なくとも１つの第５の流体経路は、少なくとも１つの第４の流体経路と交差して、少なくとも１つの第１の流体経路から少なくとも１つの第５の流体経路への連続する流体経路を画成する、方法が提供される。
【0123】
任意の先行する項の方法であって、第５の方向は第１の方向と同じである、方法が提供される。
【0124】
任意の先行する項の方法であって、第１のプライは、複数の第１の流体経路を備える、方法が提供される。
【0125】
任意の先行する項の方法であって、複合材料コンポーネントは、セラミックマトリックス複合材料コンポーネントである、方法が提供される。
【0126】
任意の先行する項の方法であって、プライレイアップを圧密することをさらに含む、方法が提供される。
【0127】
任意の先行する項の方法であって、プライレイアップを硬化することはプライレイアップを焼成するか、またはバーンアウトすることを含む、方法が提供される。
【0128】
複合材料コンポーネントであって、複数のプライであって、各プライは繊維トウの複数の一方向配列を含み、複数のプライは複数の層を有するプライスタック内にレイアップされ、複数の層は最外層と最内層とを有する、複数のプライと、複数のプライ内に画成された複数の流体経路であって、複数の流体経路のうちの各流体経路はそれぞれのプライの繊維トウのそれぞれの複数の一方向配列に平行に延在する長さを有し、複数のプライのうちの１つのプライの単位面積当たりの複数の流体経路の流体経路の数は最外層から最内層へ向かうにつれ減少する、複数の流体経路とを備える、複合材料コンポーネントが提供される。
【0129】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、複数のプライは少なくとも第１のプライおよび第２のプライを含む、複合材料コンポーネントが提供される。
【0130】
複合材料コンポーネントであって、繊維トウの第１の複数の一方向配列を有する第１のプライであって、第１のプライは複数の第１の流体経路を画成し、複数の第１の流体経路の各第１の流体経路は第１の幅よりも大きい第１の長さを有する、第１のプライと、繊維トウの第２の複数の一方向配列を有する第２のプライであって、第２のプライは複数の第２の流体経路を画成し、複数の第２の流体経路の各第２の流体経路は第２の幅よりも大きい第２の長さを有する、第２のプライとを含み、複数の第１の流体経路のうちのそれぞれの１つの第１の流体経路は複数の第２の流体経路のうちの少なくとも１つの第２の流体経路に流体的に接続され、第１のプライは第１のプライの厚さｔ１を有し、複数の第１の流体経路は、距離ｍだけ互いから横方向に離間し、距離ｍと第１のプライの厚さｔ１との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0131】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、第２のプライは第２のプライの厚さｔ２を有し、複数の第２の流体経路は、距離ｍだけ互いから横方向に離間し、距離ｍと第２のプライの厚さｔ２との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0132】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、複合材料コンポーネントは、複数の細孔を画成し、複数の細孔は、特徴的な細孔径を有し、複数の第１の流体経路および複数の第２の流体経路の特徴的な幅は、特徴的な細孔径の２倍から２０倍の大きさの範囲内にある、複合材料コンポーネントが提供される。
【0133】
任意の先行する項の複合材料コンポーネントであって、複数の追加のプライであって、複数の追加のプライの各追加のプライは繊維トウの複数の一方向配列を有し、複数の追加のプライの各追加のプライは複数の流体経路を画成し、複数の流体経路の各流体経路は幅よりも大きい長さを有し、複数の追加のプライの各追加のプライは、各プライがプライスタック内の層となるように、また各層内の複数の流体経路のそれぞれの流体経路が各隣接する層内の複数の流体経路のうちの少なくとも１つの流体経路と流体的に接続されてプライスタックを通る連続する流体経路を形成するように、プライスタック内の第１のプライおよび第２のプライとともに連続して積み重ねられる、複数の追加のプライをさらに備える、複合材料コンポーネントが提供される。
【0134】
本明細書では、実施例を使用して、最良の態様を含む、本開示の実施形態を開示し、また当業者が任意のデバイスまたはシステムを製作し、使用すること、および組み込まれている方法を実行することも含めて、本開示を実施することを可能にする。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば思い付く他の実施例を含むものとしてよい。このような他の実施例は、これらの実施例が特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、またはこれらの実施例が特許請求の範囲の文言との違いがわずかである同等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【0135】
１００ 複合材料コンポーネント
１０２ 繊維トウ
１０４ マトリックス材料
１０６ 細孔
１０６ａ 第１の複数の細孔
１０６ｂ 第２の複数の細孔
１０６ｃ 第３の複数の細孔
１０６ｄ 第４の複数の細孔
１０６ｅ 第５の複数の細孔
１０８ プライスタックまたはプライレイアップ
１１２ 第１のプライ
１１４ 第１の複数の配列
１１５ 第１の流体経路
１１６ 第１の方向
１１８ 第１のプライの第１の表面
１２０ 第１のプライの第２の表面
１２２ 第２のプライ
１２４ 第２の複数の配列
１２５ 第２の流体経路
１２６ 第２の方向
１２８ 第２のプライの第１の表面
１３０ 第２のプライの第２の表面
１３２ 第３のプライ
１３４ 第３の複数の配列
１３５ 第３の流体経路
１３６ 第３の方向
１３７ 第３の幅方向
１３８ 第３のプライの第１の表面
１４０ 第３のプライの第２の表面
１４２ 第４のプライ
１４４ 第４の複数の配列
１４５ 第４の流体経路
１４６ 第４の方向を有する
１４７ 第４の幅方向
１４８ 第４のプライの第１の表面
１５０ 第４のプライの第２の表面
１５２ 第５のプライ
１５４ 第５の複数の配列
１５５ 第５の流体経路
１５６ 第５の方向
１５７ 第５の幅方向
１５８ 第５のプライの第１の表面
１６０ 第５のプライの第２の表面
５００ 方法
１０２ 繊維トウ
１０４ マトリックス材料
１０６ 細孔
１０６ａ 第１の複数の細孔
１０６ｂ 第２の複数の細孔
１０６ｃ 第３の複数の細孔
１０６ｄ 第４の複数の細孔
１０６ｅ 第５の複数の細孔
１０８ プライスタックまたはプライレイアップ
１１２ 第１のプライ
１１４ 第１の複数の配列
１１５ 第１の流体経路
１１６ 第１の方向
１１８ 第１のプライの第１の表面
１２０ 第１のプライの第２の表面
１２２ 第２のプライ
１２４ 第２の複数の配列
１２５ 第２の流体経路
１２６ 第２の方向
１２８ 第２のプライの第１の表面
１３０ 第２のプライの第２の表面
１３２ 第３のプライ
１３４ 第３の複数の配列
１３５ 第３の流体経路
１３６ 第３の方向
１３７ 第３の幅方向
１３８ 第３のプライの第１の表面
１４０ 第３のプライの第２の表面
１４２ 第４のプライ
１４４ 第４の複数の配列
１４５ 第４の流体経路
１４６ 第４の方向を有する
１４７ 第４の幅方向
１４８ 第４のプライの第１の表面
１５０ 第４のプライの第２の表面
１５２ 第５のプライ
１５４ 第５の複数の配列
１５５ 第５の流体経路
１５６ 第５の方向
１５７ 第５の幅方向
１５８ 第５のプライの第１の表面
１６０ 第５のプライの第２の表面
５００ 方法
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2023-08-04
【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】
複合材料コンポーネント（１００）であって、
第１の方向（１１６）に延在する繊維トウ（１０２）の第１の複数の一方向配列（１１４）を有する第１のプライ（１１２）と、
第２の方向（１２６）に延在する繊維トウ（１０２）の第２の複数の一方向配列（１２４）を有する第２のプライ（１２２）と、
前記第１のプライ（１１２）内に画成された第１の流体経路（１１５）であって、前記第１の流体経路は第１の長さ方向の第１の長さ（ｌ １ ）と前記第１の長さ方向の法線方向の第１の幅方向（１１７）の第１の幅（ｗ １ ）とを有し、前記第１の長さ（ｌ １ ）は前記第１の幅（ｗ １ ）よりも大きい、第１の流体経路と、
前記第２のプライ（１２４）内に画成された第２の流体経路（１２５）であって、前記第２の流体経路は第２の長さ方向の第２の長さ（ｌ ２ ）と前記第２の長さ方向の法線方向の第２の幅方向（１２７）の第２の幅（ｗ ２ ）とを有し、前記第２の長さ（ｌ ２ ）は前記第２の幅（ｗ ２ ）よりも大きい、第２の流体経路とを備える、複合材料コンポーネント。
第１の方向（１１６）に延在する繊維トウ（１０２）の第１の複数の一方向配列（１１４）を有する第１のプライ（１１２）と、
第２の方向（１２６）に延在する繊維トウ（１０２）の第２の複数の一方向配列（１２４）を有する第２のプライ（１２２）と、
前記第１のプライ（１１２）内に画成された第１の流体経路（１１５）であって、前記第１の流体経路は第１の長さ方向の第１の長さ（ｌ １ ）と前記第１の長さ方向の法線方向の第１の幅方向（１１７）の第１の幅（ｗ １ ）とを有し、前記第１の長さ（ｌ １ ）は前記第１の幅（ｗ １ ）よりも大きい、第１の流体経路と、
前記第２のプライ（１２４）内に画成された第２の流体経路（１２５）であって、前記第２の流体経路は第２の長さ方向の第２の長さ（ｌ ２ ）と前記第２の長さ方向の法線方向の第２の幅方向（１２７）の第２の幅（ｗ ２ ）とを有し、前記第２の長さ（ｌ ２ ）は前記第２の幅（ｗ ２ ）よりも大きい、第２の流体経路とを備える、複合材料コンポーネント。
【請求項2】
前記第１のプライ（１１２）は第１のプライの第２の表面（１２０）に対向する第１のプライの第１の表面（１１８）を有し、前記第２のプライ（１２２）は第２のプライの第２の表面（１３０）に対向する第２のプライの第１の表面（１２８）を有し、
前記第１の流体経路（１１５）は前記第１のプライの第１の表面（１１８）から前記第１のプライの第２の表面（１２０）まで延在する第１の深さ（ｄ １ ）を備え、前記第１の長さ（ｌ １ ）は前記第１の深さ（ｄ １ ）よりも大きく、
前記第２の流体経路（１２５）は前記第２のプライの第１の表面（１２８）から内側に向かって延在する第２の深さ（ｄ ２ ）を備え、前記第２の長さ（ｌ ２ ）は前記第２の深さ（ｄ ２ ）よりも大きい、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の流体経路（１１５）は前記第１のプライの第１の表面（１１８）から前記第１のプライの第２の表面（１２０）まで延在する第１の深さ（ｄ １ ）を備え、前記第１の長さ（ｌ １ ）は前記第１の深さ（ｄ １ ）よりも大きく、
前記第２の流体経路（１２５）は前記第２のプライの第１の表面（１２８）から内側に向かって延在する第２の深さ（ｄ ２ ）を備え、前記第２の長さ（ｌ ２ ）は前記第２の深さ（ｄ ２ ）よりも大きい、請求項１に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項3】
前記第１のプライ（１１２）は、前記第１のプライの第２の表面（１２０）が前記第２のプライの第１の表面（１２８）に接触するように前記第２のプライ（１２２）とともに積み重ねられ、
前記第１の流体経路（１１５）は、前記第２の流体経路（１２５）と交差して、前記第１の流体経路（１１５）から前記第２の流体経路（１２５）への連続する流体経路を画成する、請求項２に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の流体経路（１１５）は、前記第２の流体経路（１２５）と交差して、前記第１の流体経路（１１５）から前記第２の流体経路（１２５）への連続する流体経路を画成する、請求項２に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項4】
前記第２の方向（１２６）は前記第１の方向（１１６）と異なる、請求項３に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項5】
前記第２の方向（１２６）は前記第１の方向（１１６）から９０°オフセットされる、請求項３または４に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項6】
第３の方向（１３６）に延在する繊維トウ（１０２）の第３の複数の一方向配列（１３４）を有する第３のプライ（１３２）と、
前記第３のプライ（１３２）内に画成された第３の流体経路（１３５）であって、前記第３の流体経路は第３の長さ方向の第３の長さ（ｌ ３ ）と前記第３の長さ方向の法線方向の第３の幅方向（１３７）の第３の幅（ｗ ３ ）とを有し、前記第３の長さは前記第３の幅よりも大きい、第３の流体経路とをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
前記第３のプライ（１３２）内に画成された第３の流体経路（１３５）であって、前記第３の流体経路は第３の長さ方向の第３の長さ（ｌ ３ ）と前記第３の長さ方向の法線方向の第３の幅方向（１３７）の第３の幅（ｗ ３ ）とを有し、前記第３の長さは前記第３の幅よりも大きい、第３の流体経路とをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項7】
前記第２の深さ（ｄ
２
）は、前記第２のプライの第１の表面（１２８）から前記第２のプライの第２の表面（１３０）まで延在し、
前記第３のプライ（１３２）は第３のプライの第２の表面（１４０）に対向する第３のプライの第１の表面（１３８）を有し、
前記第３の流体経路（１３５）は前記第３のプライの第１の表面（１３８）から内側に向かって延在する第３の深さ（ｄ ３ ）を備え、前記第３の長さ（ｌ ３ ）は前記第３の深さ（ｄ ３ ）よりも大きい、請求項６に記載の複合材料コンポーネント。
前記第３のプライ（１３２）は第３のプライの第２の表面（１４０）に対向する第３のプライの第１の表面（１３８）を有し、
前記第３の流体経路（１３５）は前記第３のプライの第１の表面（１３８）から内側に向かって延在する第３の深さ（ｄ ３ ）を備え、前記第３の長さ（ｌ ３ ）は前記第３の深さ（ｄ ３ ）よりも大きい、請求項６に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項8】
前記第１のプライ（１１２）、第２のプライ（１２２）、および第３のプライ（１３２）は、前記第１のプライの第２の表面（１２０）が前記第２のプライの第１の表面（１２８）に接触し、前記第２のプライの第２の表面（１３０）が前記第３のプライの第１の表面（１３８）に接触するように一緒に積み重ねられ、
前記第１の流体経路（１１５）は、前記第２の流体経路（１２５）と交差して、前記第１の流体経路（１１５）から前記第２の流体経路（１２５）への第１の連続する流体経路を画成し、
前記第２の流体経路（１２５）は、前記第３の流体経路（１３５）と交差して、前記第２の流体経路（１２５）から前記第３の流体経路（１３５）への第２の連続する流体経路を画成する、請求項７に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の流体経路（１１５）は、前記第２の流体経路（１２５）と交差して、前記第１の流体経路（１１５）から前記第２の流体経路（１２５）への第１の連続する流体経路を画成し、
前記第２の流体経路（１２５）は、前記第３の流体経路（１３５）と交差して、前記第２の流体経路（１２５）から前記第３の流体経路（１３５）への第２の連続する流体経路を画成する、請求項７に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項9】
前記第２の方向（１２６）は前記第１の方向（１１６）と異なる、請求項８に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項10】
前記第３の方向（１３６）は前記第１の方向（１１６）と同じである、請求項９に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項11】
前記第１のプライ（１１２）は第１のプライの厚さ（ｔ
１
）を有し、複数の第１の流体経路（１１５）を画成し、前記複数の第１の流体経路（１１５）は、距離（ｍ）だけ互いから横方向に離間し、前記距離（ｍ）と前記第１のプライの厚さ（ｔ
１
）との比は、０．２５：１から１０：１の範囲内にある、請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項12】
前記第１のプライ（１１２）内に画成された第１の複数の細孔（１０６）と前記第２のプライ（１２２）内に画成された第２の複数（１０６）の細孔とをさらに備え、
前記第１の複数の細孔（１０６）の各細孔（１０６）および前記第２の複数の細孔（１０６）の各細孔（１０６）は、前記第１の流体経路（１１５）および前記第２の流体経路（１２５）の両方よりも寸法的に小さく、前記第１の複数の細孔（１０６）、前記第２の複数の細孔（１０６）、前記第１の流体経路（１１５）、および前記第２の流体経路（１２５）は各々、前記複合材料コンポーネント（１００）内の空隙であり、前記複合材料コンポーネント（１００）は、空隙サイズの二峰性分布を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
前記第１の複数の細孔（１０６）の各細孔（１０６）および前記第２の複数の細孔（１０６）の各細孔（１０６）は、前記第１の流体経路（１１５）および前記第２の流体経路（１２５）の両方よりも寸法的に小さく、前記第１の複数の細孔（１０６）、前記第２の複数の細孔（１０６）、前記第１の流体経路（１１５）、および前記第２の流体経路（１２５）は各々、前記複合材料コンポーネント（１００）内の空隙であり、前記複合材料コンポーネント（１００）は、空隙サイズの二峰性分布を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項13】
前記複合材料コンポーネント（１００）は、特徴的な細孔径を有し、前記第１の幅（ｗ
１
）および前記第２の幅（ｗ
２
）の各々は、前記特徴的な細孔径よりも大きい、請求項１から１２のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項14】
前記複合材料コンポーネント（１００）は、特徴的な細孔径を有し、前記第１の幅（ｗ
１
）および前記第２の幅（ｗ
２
）の各々は、前記特徴的な細孔径の２倍から２０倍の大きさの範囲内にある、請求項１から１３のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
【請求項15】
前記複合材料コンポーネント（１００）は、セラミックマトリックス複合材料コンポーネントであって、前記複合材料コンポーネント（１００）は、化学蒸気浸透プロセスを使用して緻密化するように構成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の複合材料コンポーネント。
【外国語明細書】