JP2008531448A - セラミックマトリックス複合部材の製造方法、および当該方法により得られる部品 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
・CVI法を用いツールに保持された繊維プリフォームのSiC繊維上にカーボン中間相を形成すること、
・次いで、CVI法を用いツールにサポートされた状態で繊維プリフォーム内にSiCの第一の強化マトリックス相を形成すること、
・リキッドプロセス(ポリマー浸透及び熱分解)を用い高密度化の仕上げにSiCマトリックス相を形成すること、を含む。
本発明の目的は、上記欠点を改善し、このためにセラミックマトリックスにより高密度化された繊維強化材を含む複合部材を製造する方法を提供することにある。当該方法は、
・化学蒸気浸透を用い、繊維強化材を構成する繊維上に、複合材料の脆化を緩和するために繊維に接触する内側層と、セラミックマトリックスと結合する外側層を少なくとも具備する中間相被膜を形成すること、
・複合部材の繊維強化材を構成する繊維プリフォームを成形し、該繊維プリフォームが、中間相被膜を有する繊維においてその形状を維持し続けること
・プリフォームを、強化されたプリフォームがサポートツールの補助なしにそのままでその形状を保つことが可能となるように、繊維同士を結合するセラミックマトリックスの強化相を用い部分高密度化によりその形状を維持しながら強化すること(ここで強化は、繊維プリフォームを、セラミックマトリックス強化相材料の前駆体を含む液体組成物に含浸させ、前駆体をセラミック中に移送させることにより行われる。)、
・セラミックマトリックス相を補充することにより強化されるプリフォームの高密度化を続けること、を含む。
繊維上に形成される中間相被膜の厚さは、好ましくは100ナノメートル(nm)未満である。したがって、優れた変形性を維持することが可能となる。
中間相被膜の外側層は、マトリックス強化相と同じセラミック材料から製造されることが好ましい。
繊維プリフォームには、マトリックス強化相のセラミック材料の前駆体である樹脂を含む液体組成物が含浸され得る。
・中間相被膜の厚さが100nm未満であり、該中間相被膜が、複合材料における脆化を緩和するための、繊維に接触した内側層と、セラミックマトリックスと結合させるための外側層を少なくとも具備すること、
・前記セラミックマトリックスが、内側マトリックス相のセラミック材料の前駆体をセラミック化した生産物としての、前記中間相被膜と接触した内側マトリックス相と、化学蒸気浸透により得られる堆積物としての少なくとも1層の外側マトリックス相を具備すること、を特徴とする。
繊維強化材の繊維は、カーボン及びセラミックスから選択される材料から製造され得る。
図1に示す本方法の最初の工程10は、成形され、製造されるべきCMC部材用の繊維強化材を構成する繊維テクスチャーを選択することからなる。
・繊維表面に形成され、製造されるCMC材料を脆弱でなくする脆化低減材料、すなわち、CMC材料のマトリックスと繊維との間に強すぎない結合が形成されることを可能とし、マトリックスに広がる亀裂のエネルギーが脆化低減層に消散され繊維に広がらない材料から製造される内側層、及び
・内側層上に、接触するCMC材料のセラミックマトリックスの外側相との良好な接着を提供するセラミック材料から製造される外側層、を具備する。
繊維テクスチャーとして、日本の供給業者である日本カーボンにより、リファレンス”Hi−Nicalon”において供給されている、SiCから実質的に製造される繊維糸の多層織りファブリック(30)を使用した。該繊維はポリビニルアルコール(PVA)リーマフィラメントにより接合されている。BC/SiC中間相被膜(内側層がBC、外側層がSiC)をCVI法により繊維上に形成した。中間相被膜の厚さは約50nmであり、BC及びSiC層の厚さは実質的に同じであった。図2の顕微鏡写真はSiC繊維上に形成された中間相被膜を示す。
Claims (12)
- セラミックマトリックスにより高密度化される繊維強化材を含む複合部材の製造方法であって、
・化学蒸気浸透を用いて繊維強化材を構成する繊維上に、該繊維に接触し複合材料の脆化を低減する内側層と、セラミックマトリックスを結合する外側層とを少なくとも含む中間相被膜を形成すること、
・中間相被膜を形成した後、該中間相被膜が形成された繊維を用いて複合部材の繊維強化材を構成する繊維プリフォームを成形し、繊維プリフォームがその形状を維持すること、
・繊維同士を結合するセラミックマトリックスの強化相を用いた部分高密度化により、プリフォームの形状が維持されている間にプリフォームを強化することにより、強化されるプリフォームがサポートツールによる補助なしでそれ自体の形状を保持することを可能とすること(ここで強化は、セラミックマトリックス強化相の材料の前駆体を含有する液体組成物で繊維プリフォームを含浸し、前駆体をセラミックスに変換することにより行われる)、
・セラミックマトリックス相を補充することにより、強化プリフォームの高密度化を続けること、
を含む方法。 - 繊維プリフォームが繊維テクスチャーを成形することにより製造され、中間相被膜がプリフォームの製造前に繊維テクスチャーの繊維上に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 中間相被膜が、繊維テクスチャーを構成する繊維上に該テクスチャーが形成される前に形成されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 繊維上に形成される中間相被膜の厚さが100nm未満であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
- 中間相被膜の内側層が、熱分解カーボン、窒化ホウ素BN、及びホウ素がドープされたカーボンBCから選択される材料から製造されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- 中間相被膜の外側層が、マトリックス強化相と同じセラミック材料から製造されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- プリフォームの強化には、マトリックス強化相のセラミック材料の前駆体を含有する液体組成物により含浸することが含まれることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
- セラミックマトリックス相の補充により強化されるプリフォームの高密度化が、化学蒸気浸透により行われることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- 強化繊維上に形成された中間相被膜を有する、セラミックマトリックスにより高密度化された繊維強化材であって、
・中間相被膜の厚さが100nm未満であり、且つ、該中間相皮膜が、繊維に接触し複合材料の脆化を低減する内側層と、セラミックマトリックスを結合する外側層とを少なくとも含むこと、
・中間相被膜と接触する前記セラミックマトリックスが、第一マトリックス相のセラミック材料の前駆体をセラミック化した産物としての内側マトリックス相と、化学蒸気浸透により得られる堆積物としての少なくとも1つの外側マトリックス相を含むこと、
を特徴とするセラミックマトリックス複合部材。 - 中間相被膜の内側層が、熱分解カーボン、窒化ホウ素BN、及びホウ素がドープされたカーボンBCから選択される材料から製造されることを特徴とする、請求項9に記載の部材。
- 中間相の内側層材料が、ホウ素がドープされたカーボンBCであることを特徴とする、請求項9又は10に記載の部材。
- 繊維強化材の繊維が、カーボン及びセラミックスから選択される材料から製造されることを特徴とする、請求項9乃至11のいずれか1項に記載の部材。
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