繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法
【課題】繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも一つの繊維プレフォーム２０の少なくとも一つの金属被覆された繊維１４の少なくとも一つの第１部分の金属７０を、少なくとも一つの繊維プレフォーム２０の少なくとも一つの金属被覆された繊維１４の少なくとも一つの第２部分の金属７２に結合し、少なくとも一つの繊維１４を所定位置に保持する。少なくとも一つの繊維プレフォーム２０を第１金属構成要素７０と第２金属構成要素７２との間に配置する。第２金属構成要素７２を、第１金属構成要素７０にシールし、少なくとも一つの繊維プレフォーム２０を団結し、少なくとも一つの繊維プレフォーム２０の繊維上に設けられた金属１８、第１金属構成要素７０、及び第２金属構成要素７２を拡散結合し、一体の複合材料物品を形成するように熱及び圧力を加える。結合７４は超音波溶接によって行われる。
【解決手段】少なくとも一つの繊維プレフォーム２０の少なくとも一つの金属被覆された繊維１４の少なくとも一つの第１部分の金属７０を、少なくとも一つの繊維プレフォーム２０の少なくとも一つの金属被覆された繊維１４の少なくとも一つの第２部分の金属７２に結合し、少なくとも一つの繊維１４を所定位置に保持する。少なくとも一つの繊維プレフォーム２０を第１金属構成要素７０と第２金属構成要素７２との間に配置する。第２金属構成要素７２を、第１金属構成要素７０にシールし、少なくとも一つの繊維プレフォーム２０を団結し、少なくとも一つの繊維プレフォーム２０の繊維上に設けられた金属１８、第１金属構成要素７０、及び第２金属構成要素７２を拡散結合し、一体の複合材料物品を形成するように熱及び圧力を加える。結合７４は超音波溶接によって行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法に関し、更に詳細には、特にガスタービンエンジン用の、繊維強化金属マトリックス複合材料からなるロータ又はディスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＰ０８３１１５４Ａ１、ＥＰ１５２７８４２Ａ１、ＥＰ１５３３０６６Ａ１、ＥＰ１５３３０６７Ａ１、及びＥＰ１５３３３９３Ａ１から、繊維強化金属マトリックス複合材料物品、例えばロータを製造することが周知である。これらの文献には、第１金属加工物を形成し、第２金属加工物を形成し、金属被覆された繊維を形成することによって、金属マトリックス複合材料物品を製造することが開示されている。第１金属加工物に環状溝を形成し、金属被覆された繊維を第１金属加工物の溝に配置する。第２金属加工物に環状突出部を形成し、第２金属加工物の突出部を第１金属加工物の溝に挿入する。第２金属加工物を第１金属加工物に対してシールし、第１及び第２の金属加工物間の空間を排気する。次いで、第１及び第２の金属加工物間を互いに拡散結合し、金属被覆された繊維上の金属を互いに及び第１及び第２の金属加工物間に結合し、一体の複合材料物品を形成する。
【０００３】
更に、各金属被覆された繊維を巻いて環状繊維プレフォームにし、各環状繊維プレフォームを接着剤を使用して所定の場所に保持する。第１及び第２の金属加工物間の空間の排気中に加熱することによって接着剤を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＥＰ０８３１１５４Ａ１
【特許文献２】ＥＰ１５２７８４２Ａ１
【特許文献３】ＥＰ１５３３０６６Ａ１
【特許文献４】ＥＰ１５３３０６７Ａ１
【特許文献５】ＥＰ１５３３３９３Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この方法の問題点は、接着剤が金属被覆された繊維上に残留物として或る程度残ってしまい、この残留物が、続いて行われる拡散結合工程及び団結工程に悪影響を及ぼす場合があるということである。別の問題点は、接着剤を環状繊維プレフォームから除去した後、一つ又はそれ以上の金属被覆された繊維が、続いて行われる拡散結合工程及び団結工程の前に動いてしまい、これによって、製造される金属マトリックス複合材料物品の品質が低下するということである。
【０００６】
従って、本発明は、上述の問題を減少する、好ましくは解決する、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の新規な製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法において、前記製造方法は、
（ａ）第１金属構成要素を形成する工程と、
（ｂ）第２金属構成要素を形成する工程と、
（ｃ）少なくとも一つの金属被覆された繊維を含む少なくとも一つの繊維プレフォームを形成する工程と、
（ｄ）少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合し、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程であって、結合は超音波溶接によって行われる、工程と、
（ｅ）少なくとも一つの繊維プレフォームを第１金属構成要素と第２金属構成要素との間に配置する工程と、
（ｆ）第２金属構成要素を第１金属構成要素にシールする工程と、
（ｇ）少なくとも一つの繊維プレフォームを団結し、少なくとも一つの繊維プレフォームの繊維上に設けられた金属、第１金属構成要素、及び第２金属構成要素を拡散結合し、一体の複合材料物品を形成するように熱及び圧力を加える工程とを含む、方法を提供する。
【０００８】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第１部分の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第２部分の金属に結合し、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【０００９】
工程（ｄ）は、局所的超音波溶接により、第１位置の金属を第２位置の金属に直接的に結合する工程を含んでいてもよい。工程（ｄ）は、スポット溶接部の線であってもよい。
【００１０】
別の態様では、工程（ｄ）は、金属部材を提供する工程と、
少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、金属部材に結合し、
少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属を、金属部材に結合して、
少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程とを含んでいてもよい。
【００１１】
金属部材は、金属ワイヤ又は金属箔であってもよい。
【００１２】
本方法は、金属部材を、少なくとも一つの金属被覆された繊維の周囲に巻き付ける工程を含んでいてもよい。
【００１３】
別の態様では、工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの金属被覆された繊維に、線溶接部をなして超音波溶接する工程を含んでいてもよい。
【００１４】
工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属被覆された線を渦巻き状に巻く工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、金属被覆された繊維の隣接した巻回部の金属が互いに当接するように、少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、金属被覆された繊維の隣接した巻回部の金属間に間隔があるように少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属ワイヤを、少なくとも一つの金属被覆された繊維とともに渦巻き状に巻く工程を含んでいてもよい。
【００１５】
工程（ｃ）は、複数の金属被覆された繊維を、単一の方向に延びる金属被覆された繊維と同一平面内に配置する工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、隣接した金属被覆された繊維の金属が互いに当接するように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、隣接した金属被覆された繊維の金属間に間隔があるように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
工程（ｃ）は、隣接した金属被覆されたセラミック繊維間に金属ワイヤが置かれるように、複数の金属ワイヤを複数の金属被覆された繊維とともに配置する工程を含んでいてもよい。
【００１７】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの第１金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの第２金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合して、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【００１８】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの各金属被覆された繊維の金属を、少なくとも一つの位置で、少なくとも一つの繊維プレフォームの各隣接した金属被覆された繊維の金属に結合して、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【００１９】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの各金属被覆された繊維の金属を、複数の位置で、少なくとも一つの繊維プレフォームの各隣接した金属被覆された繊維の金属に結合して、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【００２０】
少なくとも一つの繊維は、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維、ホウ素繊維、炭素繊維、タングステン繊維、又はアルミナ繊維を含んでいてもよい。
【００２１】
少なくとも一つの金属被覆された繊維は、チタニウム被覆された繊維、チタニウム合金被覆された繊維、又はチタニウムアルミナイド被覆された繊維を含んでいてもよい。
【００２２】
第１金属構成要素は、チタニウム、チタニウム合金、又はチタニウムアルミナイドを含んでいてもよい。
【００２３】
工程（ａ）は、第１金属構成要素に溝を形成する工程を含み、工程（ｅ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームを第１金属構成要素の溝に配置する工程及び第２金属構成要素を金属構成要素の溝に配置する工程を含んでいてもよい。
【００２４】
工程（ｂ）は、第２金属構成要素に突出部を形成する工程を含み、工程（ｅ）は、第２金属構成要素の突出部を第１金属構成要素の溝に配置する工程を含んでいてもよい。
【００２５】
工程（ａ）は、第１金属構成要素の端面に周方向及び軸線方向に延びる溝を形成する工程を備えることができ、工程（ｂ）は、第２金属構成要素の端面に周方向及び軸線方向に延びる突出部を形成する工程を備えることができ、工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属被覆された繊維を形成機に巻き付けて繊維プレフォームを形成する工程を備えることができ、工程（ｅ）は、繊維プレフォームを第１金属構成要素の周方向に延びる溝に配置し、第２金属構成要素を第１金属構成要素の溝に配置する工程を備えることができる。
【００２６】
繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータ、シャフト、又はステータを含んでいてもよい。繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータブレードを一体に備えていてもよい。繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ガスタービンエンジンのロータ、シャフト、又はステータを含んでいてもよい。繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、電気機械のロータ、シャフト、又はステータを含んでいてもよい。
【００２７】
次に、本発明を、添付図面を参照して例として更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の方法に従って形成された、ブレードを備えたコンプレッサロータの長さ方向軸線方向断面図である。
【図２】図２は、本発明の方法で使用された繊維プレフォームの平面図である。
【図３】図３は、図２に示す繊維プレフォームの断面図である。
【図４】図４は、繊維プレフォームが第１及び第２の金属リング間に位置決めされたアッセンブリの長さ方向軸線方向断面図である。
【図５】図５は、繊維プレフォームが第１及び第２の金属リング間に位置決めされたアッセンブリの、互いに溶接した後の、長さ方向軸線方向断面図である。
【図６】図６は、繊維プレフォームが第１及び第２の金属リング間に位置決めされたアッセンブリの、団結及び結合により一体の複合材料物品を形成した後の、長さ方向軸線方向断面図である。
【図７】図７は、繊維プレフォームを互いに結合するための第１の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図７の矢印Ａの方向から見た図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７の矢印Ａの方向から見た、別の態様の図である。
【図８】図８は、繊維プレフォームを互いに結合するための第２の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図９】図９は、繊維プレフォームを互いに結合するための第３の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１０】図１０は、繊維プレフォームを互いに結合するための第４の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１１】図１１は、繊維プレフォームを互いに結合するための第５の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１２】図１２は、繊維プレフォームを互いに結合するための第６の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１３】図１３は、繊維プレフォームを互いに結合するための第７の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１４】図１４は、繊維プレフォームを互いに結合するための第８の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１５】図１５は、繊維プレフォームを互いに結合するための第８の方法を示す、繊維プレフォームの一部の平面図である。
【図１６】図１６は、繊維プレフォームを互いに結合するための第９の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１７】図１７は、繊維プレフォームを互いに結合するための第９の方法を示す、繊維プレフォームの一部の平面図である。
【図１８】図１８は、繊維プレフォームを互いに結合するための第９の方法を示す、繊維プレフォームの一部の別の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ロータブレードが一体に設けられた完成した状態のセラミック繊維強化金属ロータ１０を図１に示す。ロータ１０は金属リング１２を含み、このリングは、金属リング１２に埋設された周方向に延びる強化セラミック繊維のリング１４を含む。複数の中実金属ロータブレード１６が、金属リング１２の周囲に、周方向に間隔が隔てられて設けられている。これらのロータブレード１６は、金属リング１２から半径方向外方に延びており、金属リング１２と一体となっている。
【００３０】
セラミック繊維強化金属ロータ１０は、複数の金属被覆されたセラミック繊維を使用して製造される。各セラミック繊維１４は、例えば物理蒸着、スパッタリング、溶射(molten metal deposition)、金属粉体の接着剤結合、金属ワイヤの巻き付け等の任意の適当な方法によって金属マトリックス１８でコーティング（被覆）されている。金属１８で被覆されたセラミック繊維１４をマンドレルに巻き付け、図２及び図３に示す環状又はディスク状の繊維プレフォーム２０を形成する。かくして、環状又はディスク状の繊維プレフォーム２０の各々は、隣接した巻回部が互いに当接した渦巻き状に配置された単一の金属被覆されたセラミック繊維１４で形成されている。別の態様では、環状又はディスク状の繊維プレフォーム２０の各々は、単一の金属被覆された繊維の巻回部が、金属ワイヤの巻回部間に位置決めされるようにマンドレルに巻き付けられた、単一の金属被覆されたセラミック繊維１４及び単一の金属ワイヤで形成されている。
【００３１】
図４に示すように、第１金属リング即ち金属ディスク３０を形成し、第１金属リング３０の半径方向に延び且つ軸線方向に面する面３４に、軸線方向に延びる環状溝３２を機械加工で形成する。環状溝３２は、矩形断面を形成する直線状の平行な側部を有する。第２金属リング即ち金属ディスク３６を形成し、第２金属リング即ち金属ディスク３６から軸線方向に延びる環状突出部３８を機械加工で形成する。環状突出部３８は、第２金属リング即ち金属ディスク３６の半径方向に延び且つ軸線方向に面する面４０から延びる。第２金属リング即ち金属ディスク３６は、更に、第２金属リング即ち金属ディスク３６の面４０に二つの環状溝４２及び４４を形成するように機械加工される。これらの環状溝４２及び４４は、環状突出部３８の半径方向両側に配置されており、面４０から環状突出部３８のベースまで半径方向にテーパしている。環状突出部３８の半径方向内径及び外径即ち寸法は、環状溝３２の半径方向内径及び外径即ち寸法と実質的に同じである。
【００３２】
一つ又はそれ以上の環状繊維プレフォーム２０を、第１金属リング３０の面３４の環状溝３２に同軸に位置決めする。環状繊維プレフォーム２０の半径方向内径及び外径即ち寸法は、環状溝３２の半径方向内径及び外径即ち寸法と実質的に同じであり、これにより環状繊維プレフォーム２０を環状溝３２に装入でき、環状溝３２を実質的に充填する。図４に示すように、環状溝３２を所定レベルまで部分的に充填するのに十分な数の環状繊維プレフォーム２０を環状溝３２内で積み重ねる。
【００３３】
次いで、第２金属リング３６の面４０が第１金属リング３０の面３４と対面し、第１及び第２の金属リング３０及び３６の軸線が整合し、第２金属リング３６の環状突出部３８が第１金属リング３０の環状溝３２と整合するように、第２金属リング３６を配置する。次いで、環状突出部３８が環状溝３２に進入するように、第２金属リング３６を第１金属リング３０に向かって押す。
【００３４】
図５に示すように、第１金属リング３０の面３４の半径方向内周及び外周を、第２金属リング３６の面４０の半径方向内周及び外周に対してシールし、シールアッセンブリを形成する。シールは、好ましくは、ＴＩＧ溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接、又は他の適当な溶接プロセスによって行われ、環状内溶接シール４６及び環状外溶接シール４８を形成する。
【００３５】
溝即ちチャンバ４２及び４４に連結された真空ポンプ及び配管５０を使用して、シールアッセンブリを排気する。次いでシールアッセンブリを加熱し、圧力をシールアッセンブリに加え、環状繊維プレフォーム２０の軸線方向団結、第１金属リング３０の第２金属リング３６への拡散結合、及び金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属の、他の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属、第１金属リング３０、及び第２金属リング３６への拡散結合を行う。加熱中及び加圧中、圧力がシールアッセンブリに全ての方向から等しく作用し、これにより、環状突出部３８が環状溝３２内で軸線方向に移動し、環状繊維プレフォーム２０を団結する。
【００３６】
結果的に得られた団結し且つ拡散結合されたセラミック繊維強化構成要素を図６に示す。図６は、セラミック繊維１４及び拡散結合領域６２を示す。更に、環状溝又はチャンバ４２及び４４が設けられているため、団結プロセス中に環状突出部３８が移動でき、これにより、第２金属リング３６であった表面に凹所６３が形成される。凹所６３は、団結の成功を示す。
【００３７】
団結及び拡散結合後、物品に機械加工を施し、元々第１金属リングであった少なくとも一部、第２金属リングの少なくとも一部、及び拡散結合領域の少なくとも一部を除去する。この例では、第２金属リングの大部分及び拡散結合領域の大部分を除去する。物品がほぼ正味形状である場合には、第２金属リングのほんの僅かしか機械加工されず、拡散結合領域の大部分を除去する。かくして、繊維強化領域は、直線状の平らな側部を持つその所期の形状に保持され、機械加工は、物品に平らな表面を形成する平面で行われ、表面と繊維強化領域との間の距離を一定にする。
【００３８】
次いで、例えば電気化学的機械加工又は研削によって物品を機械加工し、図１に示す一体のコンプレッサブレードを形成するか或いは、物品を機械加工し、コンプレッサブレードの根部を受け入れる一つ又はそれ以上のスロットを形成する。
【００３９】
別の態様では、コンプレッサブレードを物品に摩擦溶接、レーザー溶接、又は電子ビーム溶接してもよい。
【００４０】
本発明は、環状繊維プレフォームの各々を所定位置に保持するのに接着剤を使用せず、環状繊維プレフォームから接着剤を後に除去する必要がない、環状繊維プレフォームの新規な製造方法を提供する。
【００４１】
本発明は、各環状繊維プレフォームを、最初は、同じ方法で、金属被覆されたセラミック繊維をマンドレル又は成形器に巻き付けることによって製造する。次いで、各環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合して、金属被覆されたセラミック繊維を環状繊維プレフォーム内の位置に保持することができる。詳細には、各環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の複数の第１部分の金属を、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の複数の第２部分の金属に結合して、前記金属被覆されたセラミック繊維を所定位置に保持することができる。結合は、超音波溶接によって行われる。金属被覆されたセラミック繊維の金属が互いに結合されるが、セラミック繊維に局所的損傷が生じないように、結合が局所的であることが重要である。
【００４２】
金属の結合は、局所的超音波溶接によって、第１位置の金属を第２位置の金属に直接的に溶接する工程を含む。
【００４３】
結合プロセス中に第１部分の金属を第２部分の金属に当てて振動することによって熱が加えられるため、超音波溶接を使用するのが特に有利である。これにより、溶接プロセスが比較的低温で行うことができ、これと対応して溶接ゾーンを小さくでき、即ちセラミック繊維上の金属コーティングの表面に対して局所的になる。これは、溶接ゾーンが脆性になり易いため、有利である。従って、金属被覆されたセラミック繊維が損傷する危険がほとんどなく、これは、有用なプレフォームを形成する上で有利である。
【００４４】
別の態様では、金属の結合は、金属部材を提供する工程と、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を金属部材に結合する工程と、金属部材を環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第２部分に結合して、金属被覆されたセラミック繊維を所定位置に保持する工程とを含んでいてもよい。金属部材は、金属ワイヤであってもよいし、金属箔であってもよい。方法は、金属部材を金属被覆されたセラミック繊維に巻き付ける工程を含んでいてもよい。
【００４５】
別の態様では、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の金属を、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維に線溶接で超音波溶接する。線溶接は、比較的短い距離に亘って延びていてもよく、少なくとも一つの金属被覆されたセラミック繊維に沿って長さ方向に比較的短い距離に亘って延びていてもよい。
【００４６】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を結合する第１の結合方法を図７に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が、互いに当接するように巻き付けられる。この方法は、放射線のビームＢを環状繊維プレフォーム２０に局所的に差し向け、第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、溶接部又は融着部７４を形成する工程を含む。ビームＢは、レーザービームであってもよいし、電子ビームであってもよい。更に、放射線のビームＢは、環状繊維プレフォーム２０に直接的に局所的に差し向けられ、複数の第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部７４を形成する。図７Ａに示すように、溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、図７Ｂに示すように、複数の溶接部７４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って、単に長さ方向に間隔が隔てられているだけであってもよい。
【００４７】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第２の結合方法を図８に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように、巻き付けられる。この方法は、金属箔７６を環状繊維プレフォーム２０と隣接し且つこれと当接する工程と、放射線ビームＢを金属箔７６及び環状繊維プレフォーム２０に局所的に差し向ける工程とを含み、これによって、第１位置７８で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に溶接部即ち融着部８２を形成でき、第２位置８０で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に溶接部即ち融着部８４を形成できる。かくして、溶接部８２及び８４は、第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を、第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８に結合する。ビームＢは、レーザービームであってもよいし、電子ビームであってもよい。更に、放射線のビームＢは、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６に直接的に局所的に差し向けられ、複数の第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部８２及び８４を形成する。図８に示すように、これらの溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、複数の溶接部８２及び８４は、単に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って長さ方向に間隔が隔てられて配置されているだけであってもよい。
【００４８】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４を結合するための第３の結合方法を図９に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように、巻き付けられる。この方法は、図８に示す方法と類似しており、この方法は、金属箔７６を環状繊維プレフォーム２０と隣接し且つこれと当接する工程を含むが、放射線ビームＢを使用する代わりに、超音波溶接機Ｕを使用して、第１位置７８で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に、溶接部即ち融着部８２を局所的に形成し、第２位置８０で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に、溶接部即ち融着部８４を局所的に形成する。かくして、溶接部８２及び８４は、第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を、第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８に結合する。超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６を局所的に溶接し、複数の第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部８２及び８４を形成する。図９に示すように、溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、複数の溶接部８２及び８４は、単に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って、長さ方向に間隔が隔てられて配置されているだけであってもよい。超音波溶接機Ｕは、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部間に振動及び摩擦を発生し、金属１８を互いに局所的に溶接する。
【００４９】
金属箔７６及び金属被覆１８されたセラミック繊維１４の組み合わせを使用する上で、或る程度の製造上の融通性があってもよい。金属１８の厚さ及び金属箔７６の厚さを変化することによって、団結した環状プレフォーム２０の領域での金属のセラミック繊維１４に対する比、例えばセラミック繊維１４の体積分率を制御できる。例えば、セラミック繊維１４に設けられた金属コーティング１８の厚さを増大し、金属箔７６の厚さを減少してもよい。別の態様では、実用的である限りにおいて、金属箔７６の厚さを増大し、金属コーティング１８の厚さを減少してもよい。セラミック繊維１４に設けられた金属コーティング１８が薄ければ薄い程、コーティングプロセスを短時間で完了でき、これと対応して製造効率が向上する。
【００５０】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第４の結合方法を図１０に示す。この方法は、図８及び図９に示す方法と類似している。この方法は、超音波溶接機Ｕを使用して、金属箔７６と環状繊維プレフォーム２０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、溶接部を形成する。この方法は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４が、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８間に間隔があるように、巻き付けられているという点が異なっている。これにより可撓性を提供し、環状繊維プレフォーム２０を曲げることができる。この場合も、溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されていてもよく、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って長さ方向に配置されていてもよい。金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属間の間隔は、環状繊維プレフォーム２０の曲げ量を変化するため、調節自在である。
【００５１】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第５の結合方法を図１１に示す。この方法は、図１０に示す方法と類似しており、超音波溶接機Ｕを使用して、金属箔７６と、環状繊維プレフォーム２０Ｂの金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に溶接部を形成する。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８間に、間隔があるように巻かれている。更に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属ワイヤ１９が、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部間に間隔に位置決めされるように、金属ワイヤ１９とともに巻かれており、環状繊維プレフォーム２０Ｂを形成する。金属ワイヤ１９の直径は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の直径とほぼ同じである。又は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品におけるセラミック繊維の最終的な体積分率を制御するため、金属ワイヤ１９の直径は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の直径と異なり、即ちこれよりも小さいか或いは大きい。この方法では、金属箔７６と金属ワイヤ１９との間にも局所的溶接部８６が形成される。この場合も、溶接部８２、８６、及び８４は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されていてもよく、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４及び金属ワイヤ１９に沿って長さ方向に配置されていてもよい。
【００５２】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第６の結合方法を図１２に示す。この方法は、図８及び図９に示す方法と類似している。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように巻かれる。更に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４よりも小径の金属ワイヤ２１が、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部に当接するように巻かれる。超音波溶接機Ｕを使用し、金属ワイヤ２１と、環状繊維プレフォーム２０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、局所的溶接部９４及び９６を形成する。この方法は、金属ワイヤ２１を環状繊維プレフォーム２０と隣接し且つ当接するように提供する工程と、第１位置９０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属ワイヤ２１との間に局所的溶接部即ち融着部９４を形成し、第２位置９２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属ワイヤ２１との間に局所的溶接部即ち融着部９６を形成する工程とを含む。この場合も、これらの溶接部９４及び９６は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されていてもよく、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４及び金属ワイヤ２１に沿って長さ方向に配置されていてもよい。
【００５３】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第７の結合方法を図１３に示す。この方法は、図７に示す方法と類似している。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属が互いに当接するように巻かれる。この方法は、第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、局所的溶接部即ち融着部７４を形成する工程を含む。局所的溶接部７４は、一つの超音波溶接機Ｕを使用して、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４の両側に位置決めされた二つの超音波溶接機Ｕを使用して形成される。更に、超音波溶接機Ｕは、複数の第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部７４を局所的に形成するために使用される。図１３に示すように、溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、複数の溶接部７４は、単に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って、長さ方向に間隔が隔てられて配置されているだけであってもよい。
【００５４】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第８の結合方法を図１４及び図１５に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように巻かれている。この方法は、金属ストラップ１００を提供する工程と、金属ストリップ１００を環状繊維プレフォーム２０の周囲に巻き付ける工程とを含む。超音波溶接機Ｕを使用し、第１位置１０２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、金属ストリップ１００との間に、溶接部即ち融着部１０６を局所的に形成し、第２位置１０４の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、金属ストリップ１００との間に、溶接部即ち融着部１０８を形成する。かくして、溶接部１０６及び１０８は、第１位置１０２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を、第２位置１０４の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８に結合する。超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０及び金属ストリップ１００を局所的に溶接し、複数の第１位置１０２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、複数の第２位置１０４の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部１０６及び１０８を形成する。図１４に示すように、溶接部１０６及び１０８は、環状繊維プレフォーム２０及び金属ストリップ１００の周方向に沿って配置され、複数の溶接部１０６及び１０８が、環状繊維プレフォーム２０及び金属ストリップ１００の一つ又はそれ以上の周方向の各々に沿って配置されていてもよい。
【００５５】
図１６は、図１３に関して上文中に説明した超音波溶接を行うための変形例の第９の方法を示す。この方法では、超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０の半径方向外方に位置決めされ、従って、振動により摩擦を発生し、第１位置７０の金属１８と第２位置７２の金属１８との間に局所的溶接部７４を形成する。図１３に関して説明した構成と同様に、二つの超音波溶接機Ｕを使用して、局所的溶接部７４を形成してもよく、第２超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０の半径内方に配置されていてもよい。図１６は、更に、環状繊維プレフォーム２０の半径方向に対して所定の角度で、金属被覆１８されたセラミック繊維１４に作用し、即ち金属被覆１８されたセラミック繊維１４を振動する、超音波溶接機Ｕ’を示す。
【００５６】
図１７は、更に、超音波溶接機Ｕが環状繊維プレフォーム２０の半径方向外方に位置決めされた構成を示す。金属被覆１８されたセラミック繊維１４が、環状繊維プレフォーム２０を形成するように巻かれているため、超音波溶接機Ｕを環状繊維プレフォーム２０の周囲に沿って移動することにより、一連の局所的溶接部７４が形成される。別の態様では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４が、環状繊維プレフォーム２０を形成するように巻かれているため、超音波溶接機Ｕを定置状態に保持し、超音波溶接機Ｕを定期的に作動することにより、局所的溶接部７４を次々に形成することができる。図１８に示すように、この構成を使用して、連続線溶接プロセスを行ってもよいということがわかる。この場合、超音波溶接機Ｕは、金属被覆１８されたセラミック繊維１４が巻かれて環状繊維プレフォーム２０が形成されているので、連続した線溶接部７４’を形成する。
【００５７】
別の方法（図示せず）では、金属被覆されたセラミック繊維の隣接した巻回部間に少なくとも一つの線溶接部を形成することによって、金属被覆されたセラミック繊維の金属の隣接した巻回部を、互いに結合できる。金属被覆されたセラミック繊維の隣接した巻回部間に、長さ方向に間隔が隔てられた複数の線溶接部を形成でき、或いは、隣接した巻回部間に、金属被覆されたセラミック繊維の実質的に長さ方向全長に亘って延びる単一の線溶接部を形成できる。
【００５８】
少なくとも一つのセラミック繊維は、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維、ホウ素繊維、炭素繊維、タングステン繊維、又はアルミナ繊維を含む。
【００５９】
少なくとも一つの金属被覆されたセラミック繊維は、チタニウム被覆された繊維、チタニウム合金被覆された繊維、チタニウムアルミナイド被覆された繊維、アルミニウム被覆された繊維、アルミニウム合金被覆された繊維、銅被覆された繊維、銅合金被覆された繊維、鉄被覆された繊維、鉄合金被覆された繊維、コバルト被覆された繊維、コバルト合金被覆された繊維、マグネシウム被覆された繊維、又はマグネシウム合金被覆された繊維、又は任意の他の適当な金属で被覆（コーティング）された繊維又は金属合金で被覆（コーティング）された繊維を含む。
【００６０】
第１及び／又は第２の金属構成要素は、チタニウム、チタニウム合金、チタニウムアルミナイド、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、コバルト、コバルト合金、マグネシウム、マグネシウム合金、又は任意の他の適当な金属又は合金を含む。
【００６１】
本発明を、第１金属リングの面に周方向に延びる溝を形成し、第２金属リングの面に周方向に延びる突出部を形成することと関連して説明したが、リングの半径方向外面及び内面に周方向に延びる溝を形成することにも同様に適用できる。周方向に延びる溝は、半径方向に延びる取り外し自在の部材によって形成されてもよい。
【００６２】
本発明は、更に、金属被覆された繊維が互いに積み重なった層をなして配置された単一の方向に延びる、複数の金属被覆された繊維の使用に適用できる。かくして、各繊維プレフォームは、単一の方向に延びる、単一の層をなして配置された複数の金属被覆された繊維を含んでいてもよい。かくして、金属被覆された繊維は、平面内に又はシートをなして、金属被覆された繊維が単一の方向に延び、金属被覆された繊維間に金属ワイヤがある状態で配置されていてもよく、又はない状態で配置されていてもよい。これらのプレフォームの金属被覆されたセラミック繊維は、更に、図７乃至図１８に示す技術のうちの任意の一つ又はそれ以上の技術を使用して互いに結合されていてもよい。特に湾曲した表面を持つ物品、例えばシャフトを製造する場合には、繊維プレフォームを曲げることができるように、金属被覆されたセラミック繊維間に間隔がある図１０の構成を使用するのが望ましい。金属被覆されたセラミック繊維の金属間の間隔は、繊維プレフォームの曲げ量を変化するため、調節自在である。この方法は、単一の方向に延びる金属被覆された繊維が一つの平面内にあるように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでも良い。この方法は、隣接した金属被覆された繊維の金属が互いに当接するように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。この方法は、隣接した金属被覆された繊維の金属間に間隔があるように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。
【００６３】
本方法は、隣接した金属被覆されたセラミック繊維間に金属ワイヤがあるように、複数の金属ワイヤを複数の金属被覆された繊維とともに配置する工程を含んでいてもよい。金属被覆されたセラミック繊維の各々の金属は、隣接した金属被覆されたセラミック繊維の各々の金属に、一つ又はそれ以上の結合部即ち溶接部によって、結合される。
【００６４】
本発明は更に、金属被覆された繊維が二つ又はそれ以上の金属構成要素間に配置された任意の構成に適用できる。
【００６５】
本発明を金属リングの強化に関して説明したが、これは、他の構成に等しく適用でき、その場合、強化金属被覆された繊維はこれに従って配置される。本発明は、シャフト、ステータ、構造的構成要素、電気機械の構成要素、等の製造に等しく適用できる。
【００６６】
本発明には、金属被覆されたセラミック繊維又は金属被覆されたセラミック繊維及び金属ワイヤ上に亘って半径方向に移動する超音波溶接機が示してあるが、超音波溶接機を、金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向と平行に、金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向に対して横方向に、又は金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向と平行な方向及び金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向に対して横方向の組み合わせで移動することもできる。
【００６７】
本発明の利点は、組み立て中に強化繊維を所定位置に保持する上で従来使用された有機接着剤により、繊維強化金属マトリックス複合材料物品又は構成要素が汚染されないようにすることである。汚染は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の機械的特性を低下することが知られており、従って、本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の品質を向上する。更に、本発明は、接着剤を強化繊維から除去する必要をなくし、従って、接着剤を除去するためにシールアッセンブリを排気下で加熱する必要をなくし、製造時間を短縮する。しかしながら、それでも、水分を除去するためにシールアッセンブリを排気下で加熱する必要があるが、これは、接着剤の除去に必要であるよりも短時間に亘って及び低い温度で行われる。
【００６８】
本発明のこの他の利点は、金属被覆されたセラミック繊維を金属被覆されたセラミック繊維自体に超音波溶接すること、隣接した金属被覆されたセラミック繊維を互いに溶接すること、又は金属被覆されたセラミック繊維を金属部材に超音波溶接することが、遥かに低い溶接温度で行われるということである。その結果、金属被覆されたセラミック繊維を損傷することがほとんどなく、及び／又は溶接ゾーンが脆性になり難い。他方、レーザービーム又は電子ビームを使用することにより、遥かに高い溶接温度が得られ、ビームが正確に照射されないと、セラミック繊維及び／又は溶接ゾーンに当たり、これを損傷し、脆性になり易い。
【符号の説明】
【００６９】
１０ セラミック繊維強化金属ロータ
１２ 金属リング
１４ 強化セラミック繊維リング
１６ 中実金属ロータブレード
１８ 金属マトリックス
２０ 繊維プレフォーム
３０ 第１金属リング即ち金属ディスク
３２ 環状溝
３４ 面
３６ 第２金属リング即ち金属ディスク
３８ 環状突出部
４０ 面
４２、４４ 環状溝
４６ 環状内溶接シール
４８ 環状外溶接シール
５０ 配管
６２ 拡散結合領域
６３ 凹所
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法に関し、更に詳細には、特にガスタービンエンジン用の、繊維強化金属マトリックス複合材料からなるロータ又はディスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＰ０８３１１５４Ａ１、ＥＰ１５２７８４２Ａ１、ＥＰ１５３３０６６Ａ１、ＥＰ１５３３０６７Ａ１、及びＥＰ１５３３３９３Ａ１から、繊維強化金属マトリックス複合材料物品、例えばロータを製造することが周知である。これらの文献には、第１金属加工物を形成し、第２金属加工物を形成し、金属被覆された繊維を形成することによって、金属マトリックス複合材料物品を製造することが開示されている。第１金属加工物に環状溝を形成し、金属被覆された繊維を第１金属加工物の溝に配置する。第２金属加工物に環状突出部を形成し、第２金属加工物の突出部を第１金属加工物の溝に挿入する。第２金属加工物を第１金属加工物に対してシールし、第１及び第２の金属加工物間の空間を排気する。次いで、第１及び第２の金属加工物間を互いに拡散結合し、金属被覆された繊維上の金属を互いに及び第１及び第２の金属加工物間に結合し、一体の複合材料物品を形成する。
【０００３】
更に、各金属被覆された繊維を巻いて環状繊維プレフォームにし、各環状繊維プレフォームを接着剤を使用して所定の場所に保持する。第１及び第２の金属加工物間の空間の排気中に加熱することによって接着剤を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＥＰ０８３１１５４Ａ１
【特許文献２】ＥＰ１５２７８４２Ａ１
【特許文献３】ＥＰ１５３３０６６Ａ１
【特許文献４】ＥＰ１５３３０６７Ａ１
【特許文献５】ＥＰ１５３３３９３Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この方法の問題点は、接着剤が金属被覆された繊維上に残留物として或る程度残ってしまい、この残留物が、続いて行われる拡散結合工程及び団結工程に悪影響を及ぼす場合があるということである。別の問題点は、接着剤を環状繊維プレフォームから除去した後、一つ又はそれ以上の金属被覆された繊維が、続いて行われる拡散結合工程及び団結工程の前に動いてしまい、これによって、製造される金属マトリックス複合材料物品の品質が低下するということである。
【０００６】
従って、本発明は、上述の問題を減少する、好ましくは解決する、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の新規な製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法において、前記製造方法は、
（ａ）第１金属構成要素を形成する工程と、
（ｂ）第２金属構成要素を形成する工程と、
（ｃ）少なくとも一つの金属被覆された繊維を含む少なくとも一つの繊維プレフォームを形成する工程と、
（ｄ）少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合し、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程であって、結合は超音波溶接によって行われる、工程と、
（ｅ）少なくとも一つの繊維プレフォームを第１金属構成要素と第２金属構成要素との間に配置する工程と、
（ｆ）第２金属構成要素を第１金属構成要素にシールする工程と、
（ｇ）少なくとも一つの繊維プレフォームを団結し、少なくとも一つの繊維プレフォームの繊維上に設けられた金属、第１金属構成要素、及び第２金属構成要素を拡散結合し、一体の複合材料物品を形成するように熱及び圧力を加える工程とを含む、方法を提供する。
【０００８】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第１部分の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第２部分の金属に結合し、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【０００９】
工程（ｄ）は、局所的超音波溶接により、第１位置の金属を第２位置の金属に直接的に結合する工程を含んでいてもよい。工程（ｄ）は、スポット溶接部の線であってもよい。
【００１０】
別の態様では、工程（ｄ）は、金属部材を提供する工程と、
少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、金属部材に結合し、
少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属を、金属部材に結合して、
少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程とを含んでいてもよい。
【００１１】
金属部材は、金属ワイヤ又は金属箔であってもよい。
【００１２】
本方法は、金属部材を、少なくとも一つの金属被覆された繊維の周囲に巻き付ける工程を含んでいてもよい。
【００１３】
別の態様では、工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの少なくとも一つの金属被覆された繊維の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの金属被覆された繊維に、線溶接部をなして超音波溶接する工程を含んでいてもよい。
【００１４】
工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属被覆された線を渦巻き状に巻く工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、金属被覆された繊維の隣接した巻回部の金属が互いに当接するように、少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、金属被覆された繊維の隣接した巻回部の金属間に間隔があるように少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属ワイヤを、少なくとも一つの金属被覆された繊維とともに渦巻き状に巻く工程を含んでいてもよい。
【００１５】
工程（ｃ）は、複数の金属被覆された繊維を、単一の方向に延びる金属被覆された繊維と同一平面内に配置する工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、隣接した金属被覆された繊維の金属が互いに当接するように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。工程（ｃ）は、隣接した金属被覆された繊維の金属間に間隔があるように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
工程（ｃ）は、隣接した金属被覆されたセラミック繊維間に金属ワイヤが置かれるように、複数の金属ワイヤを複数の金属被覆された繊維とともに配置する工程を含んでいてもよい。
【００１７】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの第１金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、少なくとも一つの繊維プレフォームの第２金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合して、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【００１８】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの各金属被覆された繊維の金属を、少なくとも一つの位置で、少なくとも一つの繊維プレフォームの各隣接した金属被覆された繊維の金属に結合して、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【００１９】
工程（ｄ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームの各金属被覆された繊維の金属を、複数の位置で、少なくとも一つの繊維プレフォームの各隣接した金属被覆された繊維の金属に結合して、少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含んでいてもよい。
【００２０】
少なくとも一つの繊維は、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維、ホウ素繊維、炭素繊維、タングステン繊維、又はアルミナ繊維を含んでいてもよい。
【００２１】
少なくとも一つの金属被覆された繊維は、チタニウム被覆された繊維、チタニウム合金被覆された繊維、又はチタニウムアルミナイド被覆された繊維を含んでいてもよい。
【００２２】
第１金属構成要素は、チタニウム、チタニウム合金、又はチタニウムアルミナイドを含んでいてもよい。
【００２３】
工程（ａ）は、第１金属構成要素に溝を形成する工程を含み、工程（ｅ）は、少なくとも一つの繊維プレフォームを第１金属構成要素の溝に配置する工程及び第２金属構成要素を金属構成要素の溝に配置する工程を含んでいてもよい。
【００２４】
工程（ｂ）は、第２金属構成要素に突出部を形成する工程を含み、工程（ｅ）は、第２金属構成要素の突出部を第１金属構成要素の溝に配置する工程を含んでいてもよい。
【００２５】
工程（ａ）は、第１金属構成要素の端面に周方向及び軸線方向に延びる溝を形成する工程を備えることができ、工程（ｂ）は、第２金属構成要素の端面に周方向及び軸線方向に延びる突出部を形成する工程を備えることができ、工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属被覆された繊維を形成機に巻き付けて繊維プレフォームを形成する工程を備えることができ、工程（ｅ）は、繊維プレフォームを第１金属構成要素の周方向に延びる溝に配置し、第２金属構成要素を第１金属構成要素の溝に配置する工程を備えることができる。
【００２６】
繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータ、シャフト、又はステータを含んでいてもよい。繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータブレードを一体に備えていてもよい。繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ガスタービンエンジンのロータ、シャフト、又はステータを含んでいてもよい。繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、電気機械のロータ、シャフト、又はステータを含んでいてもよい。
【００２７】
次に、本発明を、添付図面を参照して例として更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の方法に従って形成された、ブレードを備えたコンプレッサロータの長さ方向軸線方向断面図である。
【図２】図２は、本発明の方法で使用された繊維プレフォームの平面図である。
【図３】図３は、図２に示す繊維プレフォームの断面図である。
【図４】図４は、繊維プレフォームが第１及び第２の金属リング間に位置決めされたアッセンブリの長さ方向軸線方向断面図である。
【図５】図５は、繊維プレフォームが第１及び第２の金属リング間に位置決めされたアッセンブリの、互いに溶接した後の、長さ方向軸線方向断面図である。
【図６】図６は、繊維プレフォームが第１及び第２の金属リング間に位置決めされたアッセンブリの、団結及び結合により一体の複合材料物品を形成した後の、長さ方向軸線方向断面図である。
【図７】図７は、繊維プレフォームを互いに結合するための第１の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図７の矢印Ａの方向から見た図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７の矢印Ａの方向から見た、別の態様の図である。
【図８】図８は、繊維プレフォームを互いに結合するための第２の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図９】図９は、繊維プレフォームを互いに結合するための第３の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１０】図１０は、繊維プレフォームを互いに結合するための第４の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１１】図１１は、繊維プレフォームを互いに結合するための第５の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１２】図１２は、繊維プレフォームを互いに結合するための第６の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１３】図１３は、繊維プレフォームを互いに結合するための第７の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１４】図１４は、繊維プレフォームを互いに結合するための第８の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１５】図１５は、繊維プレフォームを互いに結合するための第８の方法を示す、繊維プレフォームの一部の平面図である。
【図１６】図１６は、繊維プレフォームを互いに結合するための第９の方法を示す、繊維プレフォームの一部の断面図である。
【図１７】図１７は、繊維プレフォームを互いに結合するための第９の方法を示す、繊維プレフォームの一部の平面図である。
【図１８】図１８は、繊維プレフォームを互いに結合するための第９の方法を示す、繊維プレフォームの一部の別の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ロータブレードが一体に設けられた完成した状態のセラミック繊維強化金属ロータ１０を図１に示す。ロータ１０は金属リング１２を含み、このリングは、金属リング１２に埋設された周方向に延びる強化セラミック繊維のリング１４を含む。複数の中実金属ロータブレード１６が、金属リング１２の周囲に、周方向に間隔が隔てられて設けられている。これらのロータブレード１６は、金属リング１２から半径方向外方に延びており、金属リング１２と一体となっている。
【００３０】
セラミック繊維強化金属ロータ１０は、複数の金属被覆されたセラミック繊維を使用して製造される。各セラミック繊維１４は、例えば物理蒸着、スパッタリング、溶射(molten metal deposition)、金属粉体の接着剤結合、金属ワイヤの巻き付け等の任意の適当な方法によって金属マトリックス１８でコーティング（被覆）されている。金属１８で被覆されたセラミック繊維１４をマンドレルに巻き付け、図２及び図３に示す環状又はディスク状の繊維プレフォーム２０を形成する。かくして、環状又はディスク状の繊維プレフォーム２０の各々は、隣接した巻回部が互いに当接した渦巻き状に配置された単一の金属被覆されたセラミック繊維１４で形成されている。別の態様では、環状又はディスク状の繊維プレフォーム２０の各々は、単一の金属被覆された繊維の巻回部が、金属ワイヤの巻回部間に位置決めされるようにマンドレルに巻き付けられた、単一の金属被覆されたセラミック繊維１４及び単一の金属ワイヤで形成されている。
【００３１】
図４に示すように、第１金属リング即ち金属ディスク３０を形成し、第１金属リング３０の半径方向に延び且つ軸線方向に面する面３４に、軸線方向に延びる環状溝３２を機械加工で形成する。環状溝３２は、矩形断面を形成する直線状の平行な側部を有する。第２金属リング即ち金属ディスク３６を形成し、第２金属リング即ち金属ディスク３６から軸線方向に延びる環状突出部３８を機械加工で形成する。環状突出部３８は、第２金属リング即ち金属ディスク３６の半径方向に延び且つ軸線方向に面する面４０から延びる。第２金属リング即ち金属ディスク３６は、更に、第２金属リング即ち金属ディスク３６の面４０に二つの環状溝４２及び４４を形成するように機械加工される。これらの環状溝４２及び４４は、環状突出部３８の半径方向両側に配置されており、面４０から環状突出部３８のベースまで半径方向にテーパしている。環状突出部３８の半径方向内径及び外径即ち寸法は、環状溝３２の半径方向内径及び外径即ち寸法と実質的に同じである。
【００３２】
一つ又はそれ以上の環状繊維プレフォーム２０を、第１金属リング３０の面３４の環状溝３２に同軸に位置決めする。環状繊維プレフォーム２０の半径方向内径及び外径即ち寸法は、環状溝３２の半径方向内径及び外径即ち寸法と実質的に同じであり、これにより環状繊維プレフォーム２０を環状溝３２に装入でき、環状溝３２を実質的に充填する。図４に示すように、環状溝３２を所定レベルまで部分的に充填するのに十分な数の環状繊維プレフォーム２０を環状溝３２内で積み重ねる。
【００３３】
次いで、第２金属リング３６の面４０が第１金属リング３０の面３４と対面し、第１及び第２の金属リング３０及び３６の軸線が整合し、第２金属リング３６の環状突出部３８が第１金属リング３０の環状溝３２と整合するように、第２金属リング３６を配置する。次いで、環状突出部３８が環状溝３２に進入するように、第２金属リング３６を第１金属リング３０に向かって押す。
【００３４】
図５に示すように、第１金属リング３０の面３４の半径方向内周及び外周を、第２金属リング３６の面４０の半径方向内周及び外周に対してシールし、シールアッセンブリを形成する。シールは、好ましくは、ＴＩＧ溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接、又は他の適当な溶接プロセスによって行われ、環状内溶接シール４６及び環状外溶接シール４８を形成する。
【００３５】
溝即ちチャンバ４２及び４４に連結された真空ポンプ及び配管５０を使用して、シールアッセンブリを排気する。次いでシールアッセンブリを加熱し、圧力をシールアッセンブリに加え、環状繊維プレフォーム２０の軸線方向団結、第１金属リング３０の第２金属リング３６への拡散結合、及び金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属の、他の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属、第１金属リング３０、及び第２金属リング３６への拡散結合を行う。加熱中及び加圧中、圧力がシールアッセンブリに全ての方向から等しく作用し、これにより、環状突出部３８が環状溝３２内で軸線方向に移動し、環状繊維プレフォーム２０を団結する。
【００３６】
結果的に得られた団結し且つ拡散結合されたセラミック繊維強化構成要素を図６に示す。図６は、セラミック繊維１４及び拡散結合領域６２を示す。更に、環状溝又はチャンバ４２及び４４が設けられているため、団結プロセス中に環状突出部３８が移動でき、これにより、第２金属リング３６であった表面に凹所６３が形成される。凹所６３は、団結の成功を示す。
【００３７】
団結及び拡散結合後、物品に機械加工を施し、元々第１金属リングであった少なくとも一部、第２金属リングの少なくとも一部、及び拡散結合領域の少なくとも一部を除去する。この例では、第２金属リングの大部分及び拡散結合領域の大部分を除去する。物品がほぼ正味形状である場合には、第２金属リングのほんの僅かしか機械加工されず、拡散結合領域の大部分を除去する。かくして、繊維強化領域は、直線状の平らな側部を持つその所期の形状に保持され、機械加工は、物品に平らな表面を形成する平面で行われ、表面と繊維強化領域との間の距離を一定にする。
【００３８】
次いで、例えば電気化学的機械加工又は研削によって物品を機械加工し、図１に示す一体のコンプレッサブレードを形成するか或いは、物品を機械加工し、コンプレッサブレードの根部を受け入れる一つ又はそれ以上のスロットを形成する。
【００３９】
別の態様では、コンプレッサブレードを物品に摩擦溶接、レーザー溶接、又は電子ビーム溶接してもよい。
【００４０】
本発明は、環状繊維プレフォームの各々を所定位置に保持するのに接着剤を使用せず、環状繊維プレフォームから接着剤を後に除去する必要がない、環状繊維プレフォームの新規な製造方法を提供する。
【００４１】
本発明は、各環状繊維プレフォームを、最初は、同じ方法で、金属被覆されたセラミック繊維をマンドレル又は成形器に巻き付けることによって製造する。次いで、各環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合して、金属被覆されたセラミック繊維を環状繊維プレフォーム内の位置に保持することができる。詳細には、各環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の複数の第１部分の金属を、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の複数の第２部分の金属に結合して、前記金属被覆されたセラミック繊維を所定位置に保持することができる。結合は、超音波溶接によって行われる。金属被覆されたセラミック繊維の金属が互いに結合されるが、セラミック繊維に局所的損傷が生じないように、結合が局所的であることが重要である。
【００４２】
金属の結合は、局所的超音波溶接によって、第１位置の金属を第２位置の金属に直接的に溶接する工程を含む。
【００４３】
結合プロセス中に第１部分の金属を第２部分の金属に当てて振動することによって熱が加えられるため、超音波溶接を使用するのが特に有利である。これにより、溶接プロセスが比較的低温で行うことができ、これと対応して溶接ゾーンを小さくでき、即ちセラミック繊維上の金属コーティングの表面に対して局所的になる。これは、溶接ゾーンが脆性になり易いため、有利である。従って、金属被覆されたセラミック繊維が損傷する危険がほとんどなく、これは、有用なプレフォームを形成する上で有利である。
【００４４】
別の態様では、金属の結合は、金属部材を提供する工程と、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を金属部材に結合する工程と、金属部材を環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の少なくとも一つの第２部分に結合して、金属被覆されたセラミック繊維を所定位置に保持する工程とを含んでいてもよい。金属部材は、金属ワイヤであってもよいし、金属箔であってもよい。方法は、金属部材を金属被覆されたセラミック繊維に巻き付ける工程を含んでいてもよい。
【００４５】
別の態様では、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維の金属を、環状繊維プレフォームの金属被覆されたセラミック繊維に線溶接で超音波溶接する。線溶接は、比較的短い距離に亘って延びていてもよく、少なくとも一つの金属被覆されたセラミック繊維に沿って長さ方向に比較的短い距離に亘って延びていてもよい。
【００４６】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を結合する第１の結合方法を図７に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が、互いに当接するように巻き付けられる。この方法は、放射線のビームＢを環状繊維プレフォーム２０に局所的に差し向け、第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、溶接部又は融着部７４を形成する工程を含む。ビームＢは、レーザービームであってもよいし、電子ビームであってもよい。更に、放射線のビームＢは、環状繊維プレフォーム２０に直接的に局所的に差し向けられ、複数の第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部７４を形成する。図７Ａに示すように、溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、図７Ｂに示すように、複数の溶接部７４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って、単に長さ方向に間隔が隔てられているだけであってもよい。
【００４７】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第２の結合方法を図８に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように、巻き付けられる。この方法は、金属箔７６を環状繊維プレフォーム２０と隣接し且つこれと当接する工程と、放射線ビームＢを金属箔７６及び環状繊維プレフォーム２０に局所的に差し向ける工程とを含み、これによって、第１位置７８で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に溶接部即ち融着部８２を形成でき、第２位置８０で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に溶接部即ち融着部８４を形成できる。かくして、溶接部８２及び８４は、第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を、第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８に結合する。ビームＢは、レーザービームであってもよいし、電子ビームであってもよい。更に、放射線のビームＢは、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６に直接的に局所的に差し向けられ、複数の第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部８２及び８４を形成する。図８に示すように、これらの溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、複数の溶接部８２及び８４は、単に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って長さ方向に間隔が隔てられて配置されているだけであってもよい。
【００４８】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４を結合するための第３の結合方法を図９に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように、巻き付けられる。この方法は、図８に示す方法と類似しており、この方法は、金属箔７６を環状繊維プレフォーム２０と隣接し且つこれと当接する工程を含むが、放射線ビームＢを使用する代わりに、超音波溶接機Ｕを使用して、第１位置７８で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に、溶接部即ち融着部８２を局所的に形成し、第２位置８０で金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間に、溶接部即ち融着部８４を局所的に形成する。かくして、溶接部８２及び８４は、第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を、第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８に結合する。超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６を局所的に溶接し、複数の第１位置７８の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置８０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部８２及び８４を形成する。図９に示すように、溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０及び金属箔７６の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、複数の溶接部８２及び８４は、単に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属箔７６との間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って、長さ方向に間隔が隔てられて配置されているだけであってもよい。超音波溶接機Ｕは、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部間に振動及び摩擦を発生し、金属１８を互いに局所的に溶接する。
【００４９】
金属箔７６及び金属被覆１８されたセラミック繊維１４の組み合わせを使用する上で、或る程度の製造上の融通性があってもよい。金属１８の厚さ及び金属箔７６の厚さを変化することによって、団結した環状プレフォーム２０の領域での金属のセラミック繊維１４に対する比、例えばセラミック繊維１４の体積分率を制御できる。例えば、セラミック繊維１４に設けられた金属コーティング１８の厚さを増大し、金属箔７６の厚さを減少してもよい。別の態様では、実用的である限りにおいて、金属箔７６の厚さを増大し、金属コーティング１８の厚さを減少してもよい。セラミック繊維１４に設けられた金属コーティング１８が薄ければ薄い程、コーティングプロセスを短時間で完了でき、これと対応して製造効率が向上する。
【００５０】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第４の結合方法を図１０に示す。この方法は、図８及び図９に示す方法と類似している。この方法は、超音波溶接機Ｕを使用して、金属箔７６と環状繊維プレフォーム２０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、溶接部を形成する。この方法は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４が、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８間に間隔があるように、巻き付けられているという点が異なっている。これにより可撓性を提供し、環状繊維プレフォーム２０を曲げることができる。この場合も、溶接部８２及び８４は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されていてもよく、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って長さ方向に配置されていてもよい。金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属間の間隔は、環状繊維プレフォーム２０の曲げ量を変化するため、調節自在である。
【００５１】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第５の結合方法を図１１に示す。この方法は、図１０に示す方法と類似しており、超音波溶接機Ｕを使用して、金属箔７６と、環状繊維プレフォーム２０Ｂの金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に溶接部を形成する。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８間に、間隔があるように巻かれている。更に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属ワイヤ１９が、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部間に間隔に位置決めされるように、金属ワイヤ１９とともに巻かれており、環状繊維プレフォーム２０Ｂを形成する。金属ワイヤ１９の直径は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の直径とほぼ同じである。又は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品におけるセラミック繊維の最終的な体積分率を制御するため、金属ワイヤ１９の直径は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の直径と異なり、即ちこれよりも小さいか或いは大きい。この方法では、金属箔７６と金属ワイヤ１９との間にも局所的溶接部８６が形成される。この場合も、溶接部８２、８６、及び８４は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されていてもよく、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４及び金属ワイヤ１９に沿って長さ方向に配置されていてもよい。
【００５２】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第６の結合方法を図１２に示す。この方法は、図８及び図９に示す方法と類似している。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように巻かれる。更に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４よりも小径の金属ワイヤ２１が、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部に当接するように巻かれる。超音波溶接機Ｕを使用し、金属ワイヤ２１と、環状繊維プレフォーム２０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、局所的溶接部９４及び９６を形成する。この方法は、金属ワイヤ２１を環状繊維プレフォーム２０と隣接し且つ当接するように提供する工程と、第１位置９０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属ワイヤ２１との間に局所的溶接部即ち融着部９４を形成し、第２位置９２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と金属ワイヤ２１との間に局所的溶接部即ち融着部９６を形成する工程とを含む。この場合も、これらの溶接部９４及び９６は、環状繊維プレフォーム２０の周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されていてもよく、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４及び金属ワイヤ２１に沿って長さ方向に配置されていてもよい。
【００５３】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第７の結合方法を図１３に示す。この方法は、図７に示す方法と類似している。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属が互いに当接するように巻かれる。この方法は、第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、局所的溶接部即ち融着部７４を形成する工程を含む。局所的溶接部７４は、一つの超音波溶接機Ｕを使用して、又は金属被覆１８されたセラミック繊維１４の両側に位置決めされた二つの超音波溶接機Ｕを使用して形成される。更に、超音波溶接機Ｕは、複数の第１位置７０の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属と、複数の第２位置７２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部７４を局所的に形成するために使用される。図１３に示すように、溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０周方向（半径の描く範囲）に沿って配置されており、複数の溶接部７４は、環状繊維プレフォーム２０の一つ又はそれ以上の周方向（半径の描く範囲）の各々に沿って配置されていてもよい。別の態様では、複数の溶接部７４は、単に、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属間で、渦巻き状に巻いた金属被覆１８されたセラミック繊維１４に沿って、長さ方向に間隔が隔てられて配置されているだけであってもよい。
【００５４】
金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属を結合するための第８の結合方法を図１４及び図１５に示す。この方法では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４は、金属被覆１８されたセラミック繊維１４の隣接した巻回部の金属１８が互いに当接するように巻かれている。この方法は、金属ストラップ１００を提供する工程と、金属ストリップ１００を環状繊維プレフォーム２０の周囲に巻き付ける工程とを含む。超音波溶接機Ｕを使用し、第１位置１０２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、金属ストリップ１００との間に、溶接部即ち融着部１０６を局所的に形成し、第２位置１０４の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、金属ストリップ１００との間に、溶接部即ち融着部１０８を形成する。かくして、溶接部１０６及び１０８は、第１位置１０２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８を、第２位置１０４の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８に結合する。超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０及び金属ストリップ１００を局所的に溶接し、複数の第１位置１０２の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８と、複数の第２位置１０４の金属被覆１８されたセラミック繊維１４の金属１８との間に、複数の溶接部１０６及び１０８を形成する。図１４に示すように、溶接部１０６及び１０８は、環状繊維プレフォーム２０及び金属ストリップ１００の周方向に沿って配置され、複数の溶接部１０６及び１０８が、環状繊維プレフォーム２０及び金属ストリップ１００の一つ又はそれ以上の周方向の各々に沿って配置されていてもよい。
【００５５】
図１６は、図１３に関して上文中に説明した超音波溶接を行うための変形例の第９の方法を示す。この方法では、超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０の半径方向外方に位置決めされ、従って、振動により摩擦を発生し、第１位置７０の金属１８と第２位置７２の金属１８との間に局所的溶接部７４を形成する。図１３に関して説明した構成と同様に、二つの超音波溶接機Ｕを使用して、局所的溶接部７４を形成してもよく、第２超音波溶接機Ｕは、環状繊維プレフォーム２０の半径内方に配置されていてもよい。図１６は、更に、環状繊維プレフォーム２０の半径方向に対して所定の角度で、金属被覆１８されたセラミック繊維１４に作用し、即ち金属被覆１８されたセラミック繊維１４を振動する、超音波溶接機Ｕ’を示す。
【００５６】
図１７は、更に、超音波溶接機Ｕが環状繊維プレフォーム２０の半径方向外方に位置決めされた構成を示す。金属被覆１８されたセラミック繊維１４が、環状繊維プレフォーム２０を形成するように巻かれているため、超音波溶接機Ｕを環状繊維プレフォーム２０の周囲に沿って移動することにより、一連の局所的溶接部７４が形成される。別の態様では、金属被覆１８されたセラミック繊維１４が、環状繊維プレフォーム２０を形成するように巻かれているため、超音波溶接機Ｕを定置状態に保持し、超音波溶接機Ｕを定期的に作動することにより、局所的溶接部７４を次々に形成することができる。図１８に示すように、この構成を使用して、連続線溶接プロセスを行ってもよいということがわかる。この場合、超音波溶接機Ｕは、金属被覆１８されたセラミック繊維１４が巻かれて環状繊維プレフォーム２０が形成されているので、連続した線溶接部７４’を形成する。
【００５７】
別の方法（図示せず）では、金属被覆されたセラミック繊維の隣接した巻回部間に少なくとも一つの線溶接部を形成することによって、金属被覆されたセラミック繊維の金属の隣接した巻回部を、互いに結合できる。金属被覆されたセラミック繊維の隣接した巻回部間に、長さ方向に間隔が隔てられた複数の線溶接部を形成でき、或いは、隣接した巻回部間に、金属被覆されたセラミック繊維の実質的に長さ方向全長に亘って延びる単一の線溶接部を形成できる。
【００５８】
少なくとも一つのセラミック繊維は、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維、ホウ素繊維、炭素繊維、タングステン繊維、又はアルミナ繊維を含む。
【００５９】
少なくとも一つの金属被覆されたセラミック繊維は、チタニウム被覆された繊維、チタニウム合金被覆された繊維、チタニウムアルミナイド被覆された繊維、アルミニウム被覆された繊維、アルミニウム合金被覆された繊維、銅被覆された繊維、銅合金被覆された繊維、鉄被覆された繊維、鉄合金被覆された繊維、コバルト被覆された繊維、コバルト合金被覆された繊維、マグネシウム被覆された繊維、又はマグネシウム合金被覆された繊維、又は任意の他の適当な金属で被覆（コーティング）された繊維又は金属合金で被覆（コーティング）された繊維を含む。
【００６０】
第１及び／又は第２の金属構成要素は、チタニウム、チタニウム合金、チタニウムアルミナイド、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、コバルト、コバルト合金、マグネシウム、マグネシウム合金、又は任意の他の適当な金属又は合金を含む。
【００６１】
本発明を、第１金属リングの面に周方向に延びる溝を形成し、第２金属リングの面に周方向に延びる突出部を形成することと関連して説明したが、リングの半径方向外面及び内面に周方向に延びる溝を形成することにも同様に適用できる。周方向に延びる溝は、半径方向に延びる取り外し自在の部材によって形成されてもよい。
【００６２】
本発明は、更に、金属被覆された繊維が互いに積み重なった層をなして配置された単一の方向に延びる、複数の金属被覆された繊維の使用に適用できる。かくして、各繊維プレフォームは、単一の方向に延びる、単一の層をなして配置された複数の金属被覆された繊維を含んでいてもよい。かくして、金属被覆された繊維は、平面内に又はシートをなして、金属被覆された繊維が単一の方向に延び、金属被覆された繊維間に金属ワイヤがある状態で配置されていてもよく、又はない状態で配置されていてもよい。これらのプレフォームの金属被覆されたセラミック繊維は、更に、図７乃至図１８に示す技術のうちの任意の一つ又はそれ以上の技術を使用して互いに結合されていてもよい。特に湾曲した表面を持つ物品、例えばシャフトを製造する場合には、繊維プレフォームを曲げることができるように、金属被覆されたセラミック繊維間に間隔がある図１０の構成を使用するのが望ましい。金属被覆されたセラミック繊維の金属間の間隔は、繊維プレフォームの曲げ量を変化するため、調節自在である。この方法は、単一の方向に延びる金属被覆された繊維が一つの平面内にあるように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでも良い。この方法は、隣接した金属被覆された繊維の金属が互いに当接するように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。この方法は、隣接した金属被覆された繊維の金属間に間隔があるように、複数の金属被覆された繊維を配置する工程を含んでいてもよい。
【００６３】
本方法は、隣接した金属被覆されたセラミック繊維間に金属ワイヤがあるように、複数の金属ワイヤを複数の金属被覆された繊維とともに配置する工程を含んでいてもよい。金属被覆されたセラミック繊維の各々の金属は、隣接した金属被覆されたセラミック繊維の各々の金属に、一つ又はそれ以上の結合部即ち溶接部によって、結合される。
【００６４】
本発明は更に、金属被覆された繊維が二つ又はそれ以上の金属構成要素間に配置された任意の構成に適用できる。
【００６５】
本発明を金属リングの強化に関して説明したが、これは、他の構成に等しく適用でき、その場合、強化金属被覆された繊維はこれに従って配置される。本発明は、シャフト、ステータ、構造的構成要素、電気機械の構成要素、等の製造に等しく適用できる。
【００６６】
本発明には、金属被覆されたセラミック繊維又は金属被覆されたセラミック繊維及び金属ワイヤ上に亘って半径方向に移動する超音波溶接機が示してあるが、超音波溶接機を、金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向と平行に、金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向に対して横方向に、又は金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向と平行な方向及び金属被覆されたセラミック繊維の長さ方向に対して横方向の組み合わせで移動することもできる。
【００６７】
本発明の利点は、組み立て中に強化繊維を所定位置に保持する上で従来使用された有機接着剤により、繊維強化金属マトリックス複合材料物品又は構成要素が汚染されないようにすることである。汚染は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の機械的特性を低下することが知られており、従って、本発明は、繊維強化金属マトリックス複合材料物品の品質を向上する。更に、本発明は、接着剤を強化繊維から除去する必要をなくし、従って、接着剤を除去するためにシールアッセンブリを排気下で加熱する必要をなくし、製造時間を短縮する。しかしながら、それでも、水分を除去するためにシールアッセンブリを排気下で加熱する必要があるが、これは、接着剤の除去に必要であるよりも短時間に亘って及び低い温度で行われる。
【００６８】
本発明のこの他の利点は、金属被覆されたセラミック繊維を金属被覆されたセラミック繊維自体に超音波溶接すること、隣接した金属被覆されたセラミック繊維を互いに溶接すること、又は金属被覆されたセラミック繊維を金属部材に超音波溶接することが、遥かに低い溶接温度で行われるということである。その結果、金属被覆されたセラミック繊維を損傷することがほとんどなく、及び／又は溶接ゾーンが脆性になり難い。他方、レーザービーム又は電子ビームを使用することにより、遥かに高い溶接温度が得られ、ビームが正確に照射されないと、セラミック繊維及び／又は溶接ゾーンに当たり、これを損傷し、脆性になり易い。
【符号の説明】
【００６９】
１０ セラミック繊維強化金属ロータ
１２ 金属リング
１４ 強化セラミック繊維リング
１６ 中実金属ロータブレード
１８ 金属マトリックス
２０ 繊維プレフォーム
３０ 第１金属リング即ち金属ディスク
３２ 環状溝
３４ 面
３６ 第２金属リング即ち金属ディスク
３８ 環状突出部
４０ 面
４２、４４ 環状溝
４６ 環状内溶接シール
４８ 環状外溶接シール
５０ 配管
６２ 拡散結合領域
６３ 凹所
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法において、
（ａ）第１金属構成要素を形成する工程と、
（ｂ）第２金属構成要素を形成する工程と、
（ｃ）少なくとも一つの金属被覆された繊維を含む少なくとも一つの繊維プレフォームを形成する工程と、
（ｄ）前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合し、前記少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程であって、前記結合は超音波溶接によって行われる、工程と、
（ｅ）前記少なくとも一つの繊維プレフォームを、前記第１金属構成要素と前記第２金属構成要素との間に配置する工程と、
（ｆ）前記第２金属構成要素を前記第１金属構成要素にシールする工程と、
（ｇ）熱及び圧力を加えて、前記少なくとも一つの繊維プレフォームを団結し、また、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記繊維上に設けられた前記金属と、前記第１金属構成要素と、前記第２金属構成要素とを拡散結合して、一体の複合材料物品を形成する工程とを備えた、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第１部分の金属を、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第２部分の金属に結合して、前記少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含む、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、局所的超音波溶接により、前記少なくとも一つの第１部分の前記金属を、前記少なくとも一つの第２部分の前記金属に直接的に結合する工程を含む、方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、
金属部材を提供し、
前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の前記金属を、前記金属部材に結合し、
前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の前記金属を、前記金属部材に結合して、
前記少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含む、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記金属部材は、金属ワイヤ又は金属箔である、方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、前記金属部材を、前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の周囲に巻き付ける工程を含む、方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の前記金属を、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記金属被覆された繊維に、線溶接部をなして超音波溶接する工程を含む、方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、前記少なくとも一つの金属被覆された線を渦巻き状に巻く工程を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、前記金属被覆された繊維の隣接した巻回部の前記金属が互いに当接するように、前記少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含む、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、前記金属被覆された繊維の隣接した巻回部の前記金属間に間隔があるように、前記少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含む、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属ワイヤを前記少なくとも一つの金属被覆された繊維とともに渦巻き状に巻く工程を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、複数の金属被覆された繊維を、単一の方向に延びる状態で、同一平面内に配置する工程を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記少なくとも一つの繊維は、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維、ホウ素繊維、炭素繊維、タングステン繊維、又はアルミナ繊維を含む方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記少なくとも一つの金属被覆された繊維は、チタニウム被覆された繊維、チタニウム合金被覆された繊維、又はチタニウムアルミナイド被覆された繊維を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１金属構成要素は、チタニウム、チタニウム合金、又はチタニウムアルミナイドを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記工程（ａ）は、前記第１金属構成要素に溝を形成する工程を含み、
前記工程（ｅ）は、
前記少なくとも一つの繊維プレフォームを前記第１金属構成要素の前記溝に配置する工程と、
前記第２金属構成要素を前記金属構成要素の前記溝に配置する工程とを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記工程（ｂ）は、前記第２金属構成要素に突出部を形成する工程を含み、
前記工程（ｅ）は、前記第２金属構成要素の前記突出部を前記第１金属構成要素の前記溝に配置する工程を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記工程（ａ）は、前記第１金属構成要素の端面に、周方向及び軸線方向に延びる溝を形成する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、前記第２金属構成要素の端面に、周方向及び軸線方向に延びる突出部を形成する工程を含み、
前記工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属被覆された繊維を成形機に巻き付けて前記繊維プレフォームを形成する工程を含み、
前記工程（ｅ）は、前記繊維プレフォームを、前記第１金属構成要素の前記周方向に延びる溝に配置し、前記第２金属構成要素を前記第１金属構成要素の前記溝に配置する工程を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータ、シャフト、又はステータを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータブレードを一体に備えたロータを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ガスタービンエンジンロータ、ガスタービンエンジンシャフト、又はガスタービンエンジンステータを含む、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、電気機械ロータ、電気機械シャフト、又は電気機械ステータを含む、方法。
【請求項１】
繊維強化金属マトリックス複合材料物品の製造方法において、
（ａ）第１金属構成要素を形成する工程と、
（ｂ）第２金属構成要素を形成する工程と、
（ｃ）少なくとも一つの金属被覆された繊維を含む少なくとも一つの繊維プレフォームを形成する工程と、
（ｄ）前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の金属を、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の金属に結合し、前記少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程であって、前記結合は超音波溶接によって行われる、工程と、
（ｅ）前記少なくとも一つの繊維プレフォームを、前記第１金属構成要素と前記第２金属構成要素との間に配置する工程と、
（ｆ）前記第２金属構成要素を前記第１金属構成要素にシールする工程と、
（ｇ）熱及び圧力を加えて、前記少なくとも一つの繊維プレフォームを団結し、また、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記繊維上に設けられた前記金属と、前記第１金属構成要素と、前記第２金属構成要素とを拡散結合して、一体の複合材料物品を形成する工程とを備えた、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第１部分の金属を、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の複数の第２部分の金属に結合して、前記少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含む、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、局所的超音波溶接により、前記少なくとも一つの第１部分の前記金属を、前記少なくとも一つの第２部分の前記金属に直接的に結合する工程を含む、方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、
金属部材を提供し、
前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第１部分の前記金属を、前記金属部材に結合し、
前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の少なくとも一つの第２部分の前記金属を、前記金属部材に結合して、
前記少なくとも一つの繊維を所定位置に保持する工程を含む、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記金属部材は、金属ワイヤ又は金属箔である、方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、前記金属部材を、前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の周囲に巻き付ける工程を含む、方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記工程（ｄ）は、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記少なくとも一つの金属被覆された繊維の前記金属を、前記少なくとも一つの繊維プレフォームの前記金属被覆された繊維に、線溶接部をなして超音波溶接する工程を含む、方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、前記少なくとも一つの金属被覆された線を渦巻き状に巻く工程を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、前記金属被覆された繊維の隣接した巻回部の前記金属が互いに当接するように、前記少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含む、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、前記金属被覆された繊維の隣接した巻回部の前記金属間に間隔があるように、前記少なくとも一つの金属被覆された繊維を巻く工程を含む、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属ワイヤを前記少なくとも一つの金属被覆された繊維とともに渦巻き状に巻く工程を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記工程（ｃ）は、複数の金属被覆された繊維を、単一の方向に延びる状態で、同一平面内に配置する工程を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記少なくとも一つの繊維は、シリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維、ホウ素繊維、炭素繊維、タングステン繊維、又はアルミナ繊維を含む方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記少なくとも一つの金属被覆された繊維は、チタニウム被覆された繊維、チタニウム合金被覆された繊維、又はチタニウムアルミナイド被覆された繊維を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記第１金属構成要素は、チタニウム、チタニウム合金、又はチタニウムアルミナイドを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記工程（ａ）は、前記第１金属構成要素に溝を形成する工程を含み、
前記工程（ｅ）は、
前記少なくとも一つの繊維プレフォームを前記第１金属構成要素の前記溝に配置する工程と、
前記第２金属構成要素を前記金属構成要素の前記溝に配置する工程とを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記工程（ｂ）は、前記第２金属構成要素に突出部を形成する工程を含み、
前記工程（ｅ）は、前記第２金属構成要素の前記突出部を前記第１金属構成要素の前記溝に配置する工程を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記工程（ａ）は、前記第１金属構成要素の端面に、周方向及び軸線方向に延びる溝を形成する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、前記第２金属構成要素の端面に、周方向及び軸線方向に延びる突出部を形成する工程を含み、
前記工程（ｃ）は、少なくとも一つの金属被覆された繊維を成形機に巻き付けて前記繊維プレフォームを形成する工程を含み、
前記工程（ｅ）は、前記繊維プレフォームを、前記第１金属構成要素の前記周方向に延びる溝に配置し、前記第２金属構成要素を前記第１金属構成要素の前記溝に配置する工程を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータ、シャフト、又はステータを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ロータブレードを一体に備えたロータを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、ガスタービンエンジンロータ、ガスタービンエンジンシャフト、又はガスタービンエンジンステータを含む、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、
前記繊維強化金属マトリックス複合材料物品は、電気機械ロータ、電気機械シャフト、又は電気機械ステータを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−６７３８４（Ｐ２０１２−６７３８４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１７５２３３（Ｐ２０１１−１７５２３３）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（５９１００５７８５）ロールス・ロイス・ピーエルシー (88)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＬＳ−ＲＯＹＣＥ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５２３３（Ｐ２０１１−１７５２３３）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（５９１００５７８５）ロールス・ロイス・ピーエルシー (88)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＬＳ−ＲＯＹＣＥ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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