JPH09125902A - Disk or blisk made of ceramic composite material - Google Patents
Disk or blisk made of ceramic composite materialInfo
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- JPH09125902A JPH09125902A JP7283697A JP28369795A JPH09125902A JP H09125902 A JPH09125902 A JP H09125902A JP 7283697 A JP7283697 A JP 7283697A JP 28369795 A JP28369795 A JP 28369795A JP H09125902 A JPH09125902 A JP H09125902A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 靱性が向上する他、大きさが制限されず、層
間剪断強度が低下する不具合もなく、さらに、高応力発
生部分を効率良く強化することができるものを提供する
ことを課題とする。
【解決手段】 強化用繊維５を円筒座標系の３次元配向
とし、かつ、ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向ｒへの強化用繊維の配向比率を増加させるとと
もに、周方向θへの強化用繊維の配向比率を減少させ
る。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide a material having improved toughness, no limitation in size, no problem of reduction in interlaminar shear strength, and capable of efficiently strengthening a high stress occurrence portion. This is an issue. SOLUTION: The reinforcing fiber 5 has a three-dimensional orientation in a cylindrical coordinate system, and as the distance from the disc center increases,
The orientation ratio of the reinforcing fibers in the radial direction r is increased, and the orientation ratio of the reinforcing fibers in the circumferential direction θ is decreased.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、航空，宇宙，船
舶，発電等の分野において、例えば圧縮機やタービン等
の構成部品として用いられる高速で回転するセラミック
ス複合材料のディスクまたはブリスク（ディスクと翼と
が一体に形成されたもの）に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a disk or blisk (disk and wing) of a ceramic composite material rotating at high speed, which is used as a component of a compressor, a turbine or the like in the fields of aviation, space, ships, power generation and the like. And those integrally formed).
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、航空機の圧縮機やタービンで
は、動翼を支持するためディスクが用いられている。デ
ィスクは、従来、ほとんどが金属で作られていたが、最
近、セラミックス材料、あるいはセラミックス複合材料
で作られたものが開発されている。セラミックス複合材
料で作られるものは、例えば、縦糸と横糸を交差させた
平織りシートを所定厚さに重ねて２次元積層材を作り、
この２次元積層材にマトリックスを含浸させてなる複合
材に機械加工を施すことで得られるものである。2. Description of the Related Art For example, in compressors and turbines of aircraft, disks are used to support moving blades. Conventionally, most disks are made of metal, but recently, disks made of ceramic material or ceramic composite material have been developed. The one made of a ceramic composite material is, for example, a two-dimensional laminated material made by laminating plain weave sheets in which warp threads and weft threads are crossed to a predetermined thickness.
It is obtained by machining a composite material obtained by impregnating this two-dimensional laminated material with a matrix.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミックス材料あるいはセラミックス複合材料で作ら
れるディスクあるいはブリスクには次の問題があった。
すなわち、セラミックス材料で作られるものは、セラミ
ックス材料の欠点である靱性の低さが原因で、小さな欠
陥がある場合は低い応力で破壊してしまうことがあり、
信頼性に劣る。そのため、大きさもある程度制限されて
しまうという問題があった。また、セラミックス複合材
料からなるものは、内部に２次元面内方向に繊維強化さ
れているため、セラミックス製のものより靱性が向上す
ることから信頼性が高くなるが、ディスクの内周部分の
高応力発生方向である周方向に沿って強化用繊維を配向
できないため周方向の強度が低く、あまり高応力状態で
の使用は望めない。また、層間剪断強度が低いという積
層材特有の欠点を有するため、複雑な応力状態のディス
クあるいはブリスクには適さないという問題があった。However, the disk or blisk made of the conventional ceramic material or ceramic composite material has the following problems.
That is, what is made of a ceramic material may be destroyed by a low stress when there is a small defect due to the low toughness which is a defect of the ceramic material.
Unreliable. Therefore, there is a problem that the size is limited to some extent. In addition, since the ceramic composite material is fiber-reinforced inside in the two-dimensional in-plane direction, the toughness is improved as compared with the ceramic material, so that the reliability is higher, but the inner peripheral portion of the disk is higher. Since the reinforcing fibers cannot be oriented along the circumferential direction, which is the direction in which stress is generated, the strength in the circumferential direction is low, and it cannot be expected to be used in a highly stressed state. In addition, there is a problem that the interlaminar shear strength is low, which is a peculiar drawback of a laminated material, and thus there is a problem that it is not suitable for a disk or blisk in a complicated stress state.
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、靱性が向上する他、大きさが制限されず、層間剪断
強度が低下する不具合もなく、さらに、高応力発生部分
を効率良く強化することができるセラミックス複合材料
からなるディスクまたはブリスクを提供することを目的
とする。The present invention has been made in view of the above circumstances. In addition to improving the toughness, the size is not limited, there is no problem that the interlaminar shear strength is lowered, and furthermore, the high stress generating portion is efficiently strengthened. The object is to provide a disk or blisk made of a ceramic composite material that can be manufactured.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】係る目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、強化用繊維を３次元配向
とし、かつ、ディスク中心からの距離に応じて前記強化
用繊維の配向比率を異ならせたことを特徴とする。強化
用繊維を３次元配向としているから、２次元積層材を用
いたときの問題である層間剪断強度が低下するという点
が解消でき、強度が著しく向上する。また、ディスク中
心からの距離に応じて強化用繊維の配向比率を異ならせ
ており、高応力発生部分を効率良く強化することができ
る。つまり、ディスクあるいはブリスクのように高速で
回転する部材では、ディスク中心近傍である内側部分で
は周方向応力が大きくなり、ディスク中心から遠く離れ
る外側部分では翼による遠心応力のため半径方向応力が
大きくなる傾向があり、そのような大きな応力に対抗す
るように強化用繊維の配向量を異ならせるようにすれ
ば、強度をより高めることができる。請求項２記載の発
明では、前記強化用繊維の３次元配向を円筒座標系で行
うことを特徴とする。前記したようにディスクあるいは
ブリスクのように高速で回転する部材では、ディスク中
心近傍の内側部分で周方向応力が大きくなり、ディスク
中心から遠く離れる外側部分では半径方向応力が大きく
なる傾向があり、強化用繊維を円筒座標系に沿う３次元
配向とすれば、必然的に強化用繊維をそのような高応力
に合致する方向に配置することができる。請求項３記載
の発明では、ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向への強化用繊維の配向比率が増加するととも
に、周方向への強化用繊維の配向比率が減少することを
特徴とする。高い応力が発生する箇所に、該高応力方向
に沿って多くの強化用繊維を配置することとなり、より
一層、効率良く強度を向上させ得る。In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented, and the reinforcing fibers are oriented according to the distance from the center of the disk. It is characterized by different ratios. Since the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented, the problem of using the two-dimensional laminated material that the interlaminar shear strength is lowered can be solved, and the strength is remarkably improved. Further, the orientation ratio of the reinforcing fibers is changed according to the distance from the center of the disc, so that the high stress generating portion can be efficiently strengthened. In other words, in a member that rotates at high speed such as a disc or blisk, the circumferential stress is large in the inner part near the center of the disc, and the radial stress is large in the outer part far from the center of the disc due to centrifugal stress due to the blades. There is a tendency, and if the orientation amount of the reinforcing fibers is made different to counter such a large stress, the strength can be further increased. The invention according to claim 2 is characterized in that the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented in a cylindrical coordinate system. As described above, in a member that rotates at a high speed such as a disc or blisk, the circumferential stress tends to increase in the inner portion near the center of the disc, and the radial stress tends to increase in the outer portion far from the center of the disc. If the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented along the cylindrical coordinate system, the reinforcing fibers can inevitably be arranged in a direction matching such high stress. According to the invention of claim 3, as the distance from the center of the disk increases,
It is characterized in that the orientation ratio of the reinforcing fibers in the radial direction increases and the orientation ratio of the reinforcing fibers in the circumferential direction decreases. A large number of reinforcing fibers are arranged along the high stress direction at locations where high stress is generated, and the strength can be improved more efficiently.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明が適用されたタービ
ン動翼の一部の斜視断面図である。図中符号１は運転時
において高速で回転するディスク、２はディスク１の外
周に取り付けられる動翼である。動翼２はディスクの外
周に形成された溝に嵌合されて取り付けられる後付けの
ものと、ディスク１と一体に形成され、後の機械加工で
切削されるディスクと一体構造のものがある。なお、後
者の動翼２とディスク１とが一体構造のものを「ブリス
ク」と呼ぶ。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective sectional view of a part of a turbine rotor blade to which the present invention is applied. In the figure, reference numeral 1 is a disk that rotates at high speed during operation, and 2 is a moving blade attached to the outer circumference of the disk 1. There are two types of rotor blades, one is a retrofit type that is fitted into a groove formed on the outer periphery of the disc and is attached, and the other is a disc that is integrally formed with the disc 1 and that is integrally machined with a disc that is cut by a later machining process. The latter structure in which the moving blade 2 and the disk 1 are integrated is called a "blisk".
【０００７】前記ディスク１は、セラミックス複合材料
からなるものであり、内部に配される強化用繊維５を円
筒座標系（ｒ：半径方向，θ：周方向，ｚ：回転軸方
向）に沿う３次元配向とし、このように編み込んだ強化
用繊維５に対しセラミックス材料からなるマトリックス
６を含浸させたものである。The disk 1 is made of a ceramic composite material, and the reinforcing fibers 5 arranged inside are arranged along a cylindrical coordinate system (r: radial direction, θ: circumferential direction, z: rotational axis direction). A matrix 6 made of a ceramic material is impregnated into the reinforcing fiber 5 woven in such a dimensional orientation.
【０００８】強化用繊維５の編み方としては、多重織
物、ｎ軸ー３次元織物等が考えられる。また、強化用繊
維５は、前記ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向（ｒ）への配向比率が増加するとともに、周方
向（θ）への配向比率が減少するように編み込んでい
る。図３は強化用繊維５の配向例を表したものである。
すなわち、この図において左端の番号（Ｎｏ）は測定位
置を示しており、番号が小さい方がディスク１のディス
ク中心に近く、番号が大きくなるにしたがい内端部分か
ら半径方向外方へずれる位置を表している。それら番号
の右側の欄は、強化用繊維５の周方向（θ）の配向比率
を１としたときの、半径方向（ｒ）および回転軸方向
（ｚ）の配向比率を表したものである。具体的に説明す
れば、番号１では、周方向の配向比率が１であるとき、
半径方向の配向比率は０．４、回転軸方向の配向比率は
０．１である。ここでは、番号の大きくなるにしたがっ
て、つまり測定位置がディスク１の外方にずれるにした
がい、周方向（θ）の配向比率に対し、半径方向（ｒ）
の配向比率が増加しているのが解る。その右側の欄（Ｖ
ｆ，Ｖｆ（ｒ），Ｖｆ（θ），Ｖｆ（ｚ））は、単位体
積当たりの強化用繊維の占める割合（％）を表してい
る。つまり、番号１では、単位体積当たり強化用繊維が
３６．７％を占めており、その内、半径方向の強化用繊
維が９．２％、周方向の強化用繊維が２４．６％、回転
軸方向の強化用繊維が２．８％をそれぞれ占めている。
この欄からも、測定位置がディスク１の外周方向へずれ
るにしたがい、半径方向（ｒ）への強化用繊維５の配向
比率が増加するとともに、周方向（θ）への強化用繊維
の配向比率が減少しているのが解る。As a method of knitting the reinforcing fibers 5, a multi-layered woven fabric, an n-axis-3D woven fabric and the like can be considered. In addition, the reinforcing fibers 5 increase as the distance from the center of the disc increases.
Weaving is performed so that the orientation ratio in the radial direction (r) increases and the orientation ratio in the circumferential direction (θ) decreases. FIG. 3 shows an example of the orientation of the reinforcing fibers 5.
That is, the number (No) at the left end in this figure indicates the measurement position. The smaller number is closer to the disc center of the disc 1, and the larger the number is, the more the position is shifted outward in the radial direction from the inner end portion. It represents. The columns on the right side of the numbers show the orientation ratios in the radial direction (r) and the rotation axis direction (z), where the orientation ratio in the circumferential direction (θ) of the reinforcing fiber 5 is 1. Specifically, in the case of No. 1, when the orientation ratio in the circumferential direction is 1,
The orientation ratio in the radial direction is 0.4, and the orientation ratio in the rotation axis direction is 0.1. Here, as the number increases, that is, as the measurement position shifts to the outside of the disk 1, the radial direction (r) is increased with respect to the orientation ratio in the circumferential direction (θ).
It can be seen that the orientation ratio of is increasing. The column on the right (V
f, Vf (r), Vf (θ), and Vf (z) represent the ratio (%) of the reinforcing fiber per unit volume. That is, in No. 1, 36.7% of the reinforcing fibers per unit volume, of which 9.2% of the reinforcing fibers in the radial direction, 24.6% of the reinforcing fibers in the circumferential direction, and Axial reinforcing fibers account for 2.8% each.
Also from this column, the orientation ratio of the reinforcing fibers 5 in the radial direction (r) increases and the orientation ratio of the reinforcing fibers in the circumferential direction (θ) increases as the measurement position deviates in the outer peripheral direction of the disk 1. You can see that is decreasing.
【０００９】前記強化用繊維５としては、無機長繊維あ
るいは炭素繊維等が用いられる。その中で、例えば、無
機長繊維には次のものが挙げられる。 （１）元素組成がＳｉが４５〜６０ｗｔ％、Ｔｉおよび
／又はＺｒが０．２〜５ｗｔ％、Ｃが２０〜４５ｗｔ
％、Ｏが０．１〜２０．０ｗｔ％であり、かつ、 ａ）実質的にＳｉと、Ｔｉおよび／又はＺｒと、ＣとＯ
とからなる非晶質、 ｂ）上記非晶並びに５００Ａ以下のβーＳｉＣと、Ｔｉ
Ｃおよび／又はＺｒＣとの結晶質の集合体、もしくは ｃ）上記結晶質並びにその近傍に存在するＳｉＯｘと、
ＴｉＯｘおよび／又はＺｒＯｘ（０＜ｘ≦２）とからな
る非晶質の混合系である。 （２）元素組成がＳｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが２０〜
７０ｗｔ％、Ｈが２．０ｗｔ％以下であり、かつ、Ｓ
ｉ、Ｃから実質的になる非晶質および／又は１０００Ａ
以下のβーＳｉＣの結晶質さらに場合によっては炭素の
凝集体からなるもの。 （３）元素組成がＳｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが１０〜
６５ｗｔ％、Ｏが０．０５〜２５ｗｔ％、Ｈが２ｗｔ％
以下であり、かつ、Ｓｉ、ＣおよびＯから実質的になる
非晶質物質、又は１０００Ａ以下のβーＳｉＣの結晶質
の集合体と非晶質のＳｉＯ2からなる集合体。 （４）ＳｉとＮおよびＯ、Ｃ、Ｈ、金属類（元素周期律
表第II族〜VIII族の金属元素の群から選択される少なく
とも１種類であり、各元素の比率が原子比で表して、 Ｎ／Ｓｉ ０．３〜３ Ｏ／Ｓｉ １５以下 Ｃ／Ｓｉ ７以下 Ｈ／Ｓｉ １以下 Ｍ／Ｓｉ ５以下 （Ｍは元素周期律表第II族〜VIII族の金属元素の群から
選択される１種類または２種類以上）であり、かつ、Ｘ
線小角散乱強度比が１°および０．５°において各々１
倍〜２０倍であるもの。 （５）Ａｌ、Ｓｉ、ＢおよびＯから実質的になり、ムラ
イトおよび／又はγーおよびηーアルミナの微結晶と非
晶質のＳｉＯ2の集合体であるもの。As the reinforcing fibers 5, inorganic long fibers or carbon fibers are used. Among them, for example, the following may be mentioned as the inorganic long fibers. (1) Elemental composition of Si is 45 to 60 wt%, Ti and / or Zr is 0.2 to 5 wt%, and C is 20 to 45 wt%.
%, O is 0.1 to 20.0 wt%, and a) is substantially Si, Ti and / or Zr, C and O.
And b) the above amorphous and β-SiC of 500 A or less, and Ti
A crystalline aggregate of C and / or ZrC, or c) the crystalline substance and SiOx existing in the vicinity thereof,
It is an amorphous mixed system composed of TiOx and / or ZrOx (0 <x ≦ 2). (2) Elemental composition of Si is 30 to 80 wt% and C is 20 to
70 wt%, H is 2.0 wt% or less, and S
amorphous and / or 1000 A consisting essentially of i, C
The following β-SiC crystalline material and, if necessary, carbon agglomerates. (3) Elemental composition of Si is 30 to 80 wt% and C is 10 to
65 wt%, O is 0.05 to 25 wt%, H is 2 wt%
An amorphous substance which is the following and substantially consists of Si, C and O, or an aggregate consisting of a crystalline aggregate of β-SiC of 1000 A or less and an amorphous SiO 2. (4) Si and N and O, C, H, metals (at least one selected from the group of metal elements of Groups II to VIII of the Periodic Table of Elements, and the ratio of each element is represented by an atomic ratio). N / Si 0.3 to 3 O / Si 15 or less C / Si 7 or less H / Si 1 or less M / Si 5 or less (M is selected from the group of metal elements of Groups II to VIII of the Periodic Table of the Elements) 1 type or 2 or more types) and X
1 for linear small-angle scattering intensity ratio of 1 ° and 0.5 °, respectively
What is double to 20 times. (5) Those which consist essentially of Al, Si, B and O and are aggregates of microcrystals of mullite and / or γ- and η-alumina and amorphous SiO 2.
【００１０】前記マトリックス６としては、例えばＳｉ
Ｃが用いられるが、使用環境等を考慮して他の様々なセ
ラミックスを用いてもよい。また、その成形法として
は、ＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法とＰＩ
Ｐ（Polymer Impregnaion and Pyrolysis）法とを組み
合わせたものが用いられる。つまり、前記のように３次
元配向とした強化用繊維５に対して、１０００℃に熱し
てガス化したＳｉＣを付着させ、その後、ポリマーを含
浸させて焼成する工程を複数回（６回前後）繰り返し、
これにより、セラミックス複合材料を得る方法が用いら
れる。勿論、成形法はこれに限られることなく、スラリ
ー法、ゾルーゲル法等の他の方法を用いてもよく、ま
た、ＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法とＰＩ
Ｐ（Polymer Impregnaion and Pyrolysis）法とのいず
れか一方のみを用いたものでもよい。As the matrix 6, for example, Si
Although C is used, various other ceramics may be used in consideration of usage environment and the like. As the forming method, there are CVI (Chemical Vapor Infiltration) method and PI.
A combination of P (Polymer Impregnaion and Pyrolysis) method is used. That is, as described above, the step of heating the reinforcing fibers 5 having a three-dimensional orientation by heating to 1000 ° C. to attach the gasified SiC, and then impregnating the polymer and firing it is performed a plurality of times (around 6 times). repetition,
Thereby, a method for obtaining a ceramic composite material is used. Of course, the molding method is not limited to this, and other methods such as a slurry method and a sol-gel method may be used, and the CVI (Chemical Vapor Infiltration) method and the PI method may be used.
It is also possible to use only one of the P (Polymer Impregnaion and Pyrolysis) method.
【００１１】上記構成のディスクによれば、強化用繊維
５を３次元配向としているから、２次元積層材を用いた
ときの問題である層間剪断強度が低下するという点は生
ずることなく、強度が著しく向上する。また、強化用繊
維を円筒座標系の３次元配向とし、しかも、ディスク中
心からの距離が増すにつれて、半径方向への強化用繊維
の配向比率を増加させるとともに、周方向への強化用繊
維の配向比率を減少させるように配設しているので、高
応力発生部分を効率良く強化することができる。つま
り、ディスク１は高速で回転するため、ディスク中心近
傍である内側部分では周方向応力が大きくなり、ディス
ク中心から遠く離れる外側部分では翼による遠心応力の
ため半径方向応力が大きくなる傾向にあるが、このよう
に高い応力が発生する箇所に、該高応力方向に沿ってよ
り多くの強化用繊維を配置することとなり、より一層効
率良く強度を向上させることができる。According to the disk having the above structure, since the reinforcing fibers 5 are three-dimensionally oriented, there is no problem that the interlaminar shear strength, which is a problem when the two-dimensional laminated material is used, is lowered, and the strength is improved. Remarkably improved. Further, the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented in a cylindrical coordinate system, and as the distance from the disc center increases, the ratio of the reinforcing fibers in the radial direction increases and the orientation of the reinforcing fibers in the circumferential direction increases. Since the arrangement is made so as to reduce the ratio, it is possible to efficiently strengthen the high stress occurrence portion. That is, since the disk 1 rotates at a high speed, the circumferential stress tends to increase in the inner portion near the center of the disk, and the radial stress tends to increase in the outer portion far from the center of the disk due to centrifugal stress due to the blades. At such places where high stress is generated, more reinforcing fibers are arranged along the direction of high stress, and the strength can be improved more efficiently.
【００１２】図２は、ディスクを運転させたときに該デ
ィスクに生じる周方向応力を半径位置に沿って調べたも
のである。このように周方向応力は、ディスク中心近傍
の内周部分では大きく、ディスク中心から遠く離れるに
したがって小さくなる。ところで、この図から明らかな
ように、従来のディスクは、半径位置にかかわらず周方
向強度が一様であるので、ディスク内周部分では余裕が
少なく、ディスク外周部分では過剰強度を有していた
が、本願発明のディスクは、ディクス内周部分では強い
周方向強度を有し、ディスク外周部分ではそれほど強い
周方向強度を有しないようになっている。つまり、要求
されるディスクの周方向強度曲線に合致した強度を有す
ることとなり、強化用繊維５によって効率良く強化され
ていることが解る。FIG. 2 shows the circumferential stress generated in the disk when the disk is operated, which is investigated along the radial position. As described above, the circumferential stress is large in the inner peripheral portion near the center of the disk and becomes smaller as the distance from the center of the disk increases. By the way, as is apparent from this figure, since the conventional disc has uniform circumferential strength regardless of the radial position, there is little margin in the disc inner peripheral portion and excessive strength in the disc outer peripheral portion. However, the disc of the present invention has a strong circumferential strength at the inner peripheral portion of the disk and a not so strong circumferential strength at the outer peripheral portion of the disk. In other words, it has a strength that matches the required strength curve in the circumferential direction of the disk, and it can be seen that the reinforcing fiber 5 efficiently strengthens the disk.
【００１３】このように、強化用繊維によって効率の良
い補強が行われていることは図３からも解る。すなわ
ち、図３の繊維含有率どうしを比較してみると、半径方
向（Ｖｆ（ｒ））についてみれば内周部分から外周部分
に向かうに従い９．２，９．６，…というように次第に
大きくなっており、また、周方向（Ｖｆ（θ））につい
てみれば逆に内周部分から外周部分に向かうに従い２
４．６，２４．９，２０．５，…というように次第に小
さくなる傾向にある。繊維含有率が高いほど高強度が得
られることから、ディスクの内周部分では周方向が重点
的に強化され、ディスクの外周部分では半径方向が重点
的に強化されているのが解る。It can be seen from FIG. 3 that the reinforcing fibers are efficiently reinforced in this way. That is, comparing the fiber content ratios in FIG. 3, the radial directions (Vf (r)) gradually increase from the inner peripheral portion toward the outer peripheral portion, such as 9.2, 9.6, ... In addition, when viewed in the circumferential direction (Vf (θ)), conversely, the distance from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion is 2
It tends to be gradually smaller, such as 4.6, 24.9, 20.5, .... Since the higher the fiber content is, the higher the strength is obtained, it can be seen that the inner peripheral portion of the disk is reinforced mainly in the circumferential direction and the outer peripheral portion of the disk is reinforced mainly in the radial direction.
【００１４】なお、上記した発明の実施の形態では、タ
ービン動翼のディスクを例に挙げて説明したが、本発明
は、これに限られることなく、圧縮機動翼のディスクあ
るいはブリスクにも適用できるのは言うまでもない。ま
た、上記した発明の実施の形態では、強化用繊維５を円
筒座標系の３次元配向としているが、これに限られるこ
となく、図４に示すように、互いの３軸が直交する直交
３次元配向としてもよい。In the embodiment of the invention described above, the disk of the turbine rotor blade has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and can be applied to the disk or blisk of the compressor rotor blade. Needless to say. Further, in the embodiment of the invention described above, the reinforcing fibers 5 are three-dimensionally oriented in the cylindrical coordinate system, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. It may be a dimensional orientation.
【００１５】[0015]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、強化用繊
維を３次元配向としているから、２次元積層材を用いた
ときの問題である層間剪断強度が低下するという点が解
消でき、強度が著しく向上する。また、ディスク中心か
らの距離に応じて強化用繊維の配向比率を異ならせてい
るので、高応力発生部分を効率良く強化することができ
る。つまり、ディスクあるいはブリスクのように高速で
回転する部材では、ディスク中心近傍である内側部分で
は周方向応力が大きくなり、ディスク中心から遠く離れ
る外側部分では翼による遠心応力のため半径方向応力が
大きくなる傾向があり、そのような大きな応力に対向す
るよう強化用繊維の配向量を異ならせるようにすれば、
強度をより高めることができる。請求項２記載の発明に
よれば、強化用繊維を円筒座標系に沿う３次元配向とし
ているので、必然的に強化用繊維を高応力に合致する配
向とすることができ、理想的な強化が行える。請求項３
記載の発明によれば、高い応力が発生する箇所に、該応
力方向に沿って多くの強化用繊維を配置することとな
り、より一層効率良く強度を向上させることができる。According to the first aspect of the invention, since the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented, it is possible to solve the problem that the interlaminar shear strength, which is a problem when a two-dimensional laminated material is used, is reduced. The strength is significantly improved. Moreover, since the orientation ratio of the reinforcing fibers is changed according to the distance from the center of the disk, the high stress occurrence portion can be efficiently strengthened. In other words, in a member that rotates at high speed such as a disc or blisk, the circumferential stress is large in the inner part near the center of the disc, and the radial stress is large in the outer part far from the center of the disc due to centrifugal stress due to the blades. If there is a tendency, and if the amount of orientation of the reinforcing fibers is made different so as to oppose such a large stress,
The strength can be further increased. According to the invention of claim 2, since the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented along the cylindrical coordinate system, it is inevitable that the reinforcing fibers can be oriented so as to match a high stress, and ideal reinforcement is achieved. You can do it. Claim 3
According to the described invention, many reinforcing fibers are arranged along the stress direction at a location where a high stress is generated, and the strength can be improved more efficiently.
【図１】本発明の実施の形態を示すディスクの斜視図で
ある。FIG. 1 is a perspective view of a disk showing an embodiment of the present invention.
【図２】本発明のディスクと従来のディスクとの材料強
度を比較した図である。FIG. 2 is a diagram comparing the material strengths of the disc of the present invention and the conventional disc.
【図３】本発明の実施の形態のディスクの特性を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing characteristics of the disc according to the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の他の実施の形態を示す強化用繊維の３
次元配向を示す斜視図である。FIG. 4 is a reinforcing fiber No. 3 showing another embodiment of the present invention.
It is a perspective view which shows dimensional orientation.
１ ディスク ２ 動翼 ５ 強化用繊維 ６ マトリックス 1 Disc 2 Blade 5 Reinforcing Fiber 6 Matrix
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 龍三 東京都田無市向台町三丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内 (72)発明者 富岡 史城 東京都田無市向台町三丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ryuzo Imamura 3-5-1, Mukaidaicho, Tanashi City, Tokyo Ishikawa Shima Harima Heavy Industries Ltd. Tanashi Factory Co., Ltd. Advanced Material Utilization Gas Generator Research Laboratory Tanashi Branch (72) Inventor Fumio Tomioka 3-5-1, Mukaidai-cho, Tanashi-shi, Tokyo Ishikawa Shima Harima Heavy Industries Ltd. Tanashi Factory Co., Ltd. Advanced Material Utilization Gas Generator Laboratory Tanashi Branch Room
Claims (3)
つ、ディスク中心からの距離に応じて前記強化用繊維の
配向比率を異ならせたことを特徴とするセラミックス複
合材料からなるディスクまたはブリスク。1. A disc made of a ceramic composite material, wherein the reinforcing fibers (5) are three-dimensionally oriented, and the orientation ratio of the reinforcing fibers is varied depending on the distance from the center of the disc. Blisk.
らなるディスクまたはブリスクにおいて、 前記強化用繊維の３次元配向を円筒座標系で行うことを
特徴とするセラミックス複合材料からなるディスクまた
はブリスク。2. The disc or blisk made of the ceramic composite material according to claim 1, wherein the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented in a cylindrical coordinate system.
らなるディスクまたはブリスクにおいて、 前記ディスク中心からの距離が増すにつれて、半径方向
（ｒ）への強化用繊維の配向比率が増加するとともに、
周方向（θ）への強化用繊維の配向比率が減少すること
を特徴とするセラミックス複合材料からなるディスクま
たはブリスク。3. A disc or blisk made of the ceramic composite material according to claim 2, wherein the orientation ratio of the reinforcing fibers in the radial direction (r) increases as the distance from the center of the disc increases.
A disk or blisk made of a ceramic composite material, characterized in that the orientation ratio of reinforcing fibers in the circumferential direction (θ) decreases.
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