JP2015529752A - 航空宇宙産業用の再使用可能な高温耐熱性繊維製品 - Google Patents

Abstract

高温での酸化防止を提供するためのコーティングを備え、多種多様な繊維製品のパーツに形成されることが可能な高温用ファブリック、及び、それらを製造するための方法が開示されている。【選択図】図１

Description

本開示は、熱保護用化合物、このような化合物を組み込んだ装置、及び、それらの製造方法に関する。より具体的には、本発明は、熱保護用ファブリックに基づく組成物に関する。

例えばスペースシャトルのような宇宙飛行体は、地球大気圏からの離脱及びそれへの再突入を促進するために、保護用の外部断熱を必要とする。外部断熱は、例えば再突入中に、効果を発揮するためには、約１８３０°Ｆを超過する外部温度環境を通過するのと同時に、飛行体の外部構造温度を、約３５０°Ｆを下回るように維持しなければならない。加えて、同一の外部熱保護物が、宇宙空間に存在する厳しい寒さ（例えば約−１００°Ｆを下回る温度）から、外部構造を含む飛行体を断熱する必要がある。また更に、外部熱保護用要素は、打ち上げ振動、音響、着陸衝撃、及び放射線への曝露に伴う、機械的ストレスに耐性を有する必要がある。

これまで、軽量セラミックの最新断熱タイルの使用は、酸化性環境における、約２３７５°Ｆの温度に限定されていた。温度が２３７５°Ｆを超える場合には、高密度セラミック材料が使用されなくてはならない。しかし、より高密度の材料により、かなりの、望ましくない重量が付加される。米国特許第６，２２５，２４８号（‘２４８特許）は、炭素、ケイ素及び酸素を含み、約３１００°Ｆの温度に曝露された時にもその形状と強度を保つことが可能な、軽量の高温セラミック断熱物を開示している。‘２４８特許は更に、基材を、二及び三官能性シランの反応に由来する反応生成物と組み合わせてゲルを形成し、続いて、ゲルと炭素基材を、不活性環境中で加熱又は熱分解して、軽量高温セラミック断熱物を形成することによって作られる改善された断熱材を開示している。

高温での酸化防止を提供するためのコーティングを備えた多種多様な繊維製品のパーツに形成されることが可能な高温用ファブリック、及び、それらを製造するための方法が開示される。好ましくは、これらの部品は、例えば高感度な区域を高温のガス又はプラズマから保護するために、好ましくは繊維製品のパーツとして、宇宙飛行体の外部又は内部で用いられうる。繊維製品のパーツは、例えば、地球大気圏などへの再突入の際に極端な温度に曝される宇宙船のような物体のための填隙材や密封材などといったパーツであると理解される。

本開示により創作される繊維製品のパーツは、少なくとも約２８００°Ｆまでの温度で安定的であり、約３１００°Ｆまでの温度で、適切な不具合の特徴（繊維製品の有用寿命を単１回使用に限定する）のみを示し、好ましくは再使用可能な填隙材としての使用を含む。

本書で開示されている好ましい一手順により、本書で開示されている高温用ファブリックは、炭素ファブリックを液体シラン化学物質の混合物で処理することによってもたらされる。これは、炭素ファブリックに密着したゲルを創作する。ゲルは、次に、ファブリックによりその場で乾燥される。乾燥されたゲルの中のシリカが、ファブリック中の炭素をオキシ炭化ケイ素材料に変換することを可能にするために、ファブリックは、非酸素雰囲気中で熱分解される。このプロセスは、次に、用途に応じて繰り返される。一代替方法によると、最終工程は、酸化防止剤としてオキシ炭化ケイ素ファブリックをコーティングするための、低アルカリコロイダルシリカ溶液の使用である。

一代替方法では、本開示は、第１と第２の面とを有する非酸化物含有基ファブリックを提供する工程と、基ファブリックへのコーティングを提供する工程とを含む、断熱材料を作るための方法を対象とする。基ファブリックは、好ましくは炭化ケイ素を含む。基ファブリックの第１と第２の面はコーティングされ、続いて、コーティングされた基ファブリックは乾燥される。

別の変形例では、基ファブリックはアルミナを含む酸化物含有材料を含み、コーティングは、好ましくは、ジルコニア耐火材含有材料、脱イオン水、及び相溶性エミッタンス剤を含む。

更に別の代替方法では、基ファブリックはアルミナを含む酸化物含有材料を含み、コーティングは、好ましくは、コロイダルアルミナ、アルミナ粉末、及び相溶性エミッタンス剤を含む。

また別の代替方法では、基ファブリックは炭化ケイ素を含む非酸化物含有材料であり、コーティングは、好ましくは、コロイダルシリカを含む。

更に別の変形例では、基ファブリックは炭化ケイ素を含む非酸化物含有材料を含み、コーティングは、好ましくは、熱分解されない炭化ケイ素プレセラミックポリマー樹脂と、炭化ケイ素粉末とを含む。

また別の変形例により、本開示は、第１と第２の面を有する、炭素含有材料を含む非酸化物含有基ファブリックを提供する工程と、コーティングが基ファブリックに浸潤するように、基ファブリックへのケイ素含有ゲルコーティングを提供する工程とを含む、断熱材料を作るための方法を対象とする。ファブリックは次いで、炭素含有材料がオキシ炭化ケイ素材料に変換するよう、不活性環境において乾燥され、熱分解される。別の変形例により、熱分解された基ファブリックは、コロイダルアルミナ、コロイダルシリカ、ジルコニア、及びそれらの組み合わせから成る基団から選択された、低アルカリ性コーティングでコーティングされる。脱イオン化したＬｕｄｏｘは、特に好ましいコロイダルシリカの１つである。

直近の上記で記述された変形例と共に使用するための、本開示のシラン含有ゲルコーティング組成物は、好ましくは、次の一般式を有する二及び三官能性アルコキシド反応物質を含む。

（Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒ、及び、（Ｒ’’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^ο、式中、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’及びＲ^οは、同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基を表し、Ｒ’’’又はＲ^οが水素原子である条件で、Ｒ’及びＲ’’がアルキル基であり、Ｒ、Ｒ’’’又はＲ^οが、１から１２個の炭素のアルキル、アリール、又は置換アリール基である。好ましくは、炭化水素基は、直鎖基、分岐鎖基、飽和基、不飽和基、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される炭素と水素を含む基であり、炭化水素基は１から１２個の炭素原子を有する基を含み、炭化水素基のうち少なくとも１つは、少なくとも２個の炭素原子を含有し、Ｒ’’’又はＲ^οは水素である。

別の変形例では、シラン含有組成物は、ジアルコキシシラン中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、アルキル−トリオキシシラン、アルキルジアルコキシシラン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。より好ましくは、シラン含有組成物は、ジアルコキシシランの中のＲ’’’又はＲ^ο基団が水素である条件で、メチルトリメトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、エチルトリメトキシシランＣ_２Ｈ_５Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、メチルトリエトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、メチルジエトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、メチルジメトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、エチルジエトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、エチルジブトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_２、ビニルジエトキシシラン（ＣＨ_２：ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、フェニルジメトキシシラン（Ｃ_６Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）^２、及び任意の比率でそれらの組み合わせからなる群から選択される。

また更に、本開示は、シロキサンゲルで処理された高温用ファブリックを含む断熱性ファブリックを対象とし、前記シロキサンゲルは、組成式Ｓｉ_ａＣ_ｂＯ_ｃを含み、式中、ａ＝１、ｂ＝０．２から１．５、及びｃ＝１から３である。好ましくは、高温耐熱性ファブリックは、炭素含有材料のような、非酸化物含有材料である。

好ましい一変形例では、高温含有ファブリックは、アルミナを含み、コーティングは、ジルコニア耐火材料、脱イオン水、及び相溶性エミッタンス剤を含む。

別の変形例では、高温含有ファブリックは、アルミナを含み、コーティングは、コロイダルアルミナ、アルミナ粉末、及び相溶性エミッタンス剤を含む。

更に別の代替方法では、高温含有ファブリックは、炭化ケイ素を含み、コーティングはコロイダルシリカを含む。また更に、本開示は、非酸化物含有ファブリックは炭化ケイ素を含み、コーティングは、熱分解されない炭化ケイ素プレセラミックポリマー樹脂と、炭化ケイ素粉末とを含む、変形例を想定している。

好ましい一変形例では、本開示は更に、シロキサンゲルを含む材料でコーティングされた断熱性ファブリックを想定しており、シロキサンゲルは、次の一般式を有する二及び三官能性アルコキシド反応物質を含むシラン含有組成物から作られる。

（Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒ、及び、（Ｒ’’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^ο、式中、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’及びＲ^οは、同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基を表し、Ｒ’’’又はＲ^οが水素原子である条件で、Ｒ’及びＲ’’がアルキル基であり、Ｒ、Ｒ’’’又はＲ^οが、１から１２個の炭素のアルキル、アリール、又は置換アリール基である。炭化水素基は、好ましくは、炭素と水素を含む基であり、直鎖基、分岐鎖基、飽和基、不飽和基、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、１から１２個の炭素原子を有する基を含む基であり、炭化水素基のうち少なくとも１つは、少なくとも２個の炭素原子を含有し、Ｒ’’’又はＲ^οは水素である。

また更に、本開示は、シラン含有組成物は、ジアルコキシシラン中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、アルキル−トリオキシシラン、アルキルジアルコキシシラン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、シラン含有組成物は、ジアルコキシシラン中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、メチルトリメトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、エチルトリメトキシシランＣ_２Ｈ_５Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、メチルトリエトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、メチルジエトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、メチルジメトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、エチルジエトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、エチルジブトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_２、ビニルジエトキシシラン（ＣＨ_２：ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、フェニルジメトキシシラン（Ｃ_６Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、及び、任意の比率でのそれらの組み合わせ、からなる群から選択されることを想定している。

更に別の代替方法により、本開示は断熱性ファブリックを対象とし、シロキサンゲルは、
ａ）組成式（Ｒ’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^οを有する、少なくとも１つのジアルコキシシランを含み、式中、Ｒ’’は１から１２個の炭素を有するアルキル基であり、Ｒ’’’又はＲ^οは１から１２個の炭素を有する炭化水素基であり、Ｒ’’’又はＲ^οは水素であり、
ｂ）組成式（Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒを有する少なくとも１つのトリアルコキシシランを含み、式中、Ｒ’は１から１２個の炭素のアルキル基であり、Ｒは、Ｒ’と同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基であり、（ａ）の（ｂ）に対する重量比は、１：１から１：２０であり、より好ましくは、ジアルコキシシラン（ａ）及びトリアルコキシシラン（ｂ）のＲ’及びＲ’’は、１から８個の炭素原子を有するアルキル基であり、ジアルコキシシランのＲ’’’は、１から１２個の炭素原子を有する炭化水素基であり、Ｒ^οは水素又は他の炭化水素基である。

本開示の断熱性ファブリックは、少なくとも約２８００°Ｆの温度まで高耐熱性であり、約３１００°Ｆまでの温度で適切な不具合の特徴を示し、例えば、地球大気圏などへの再突入の際に極端な温度に曝される宇宙船のような物体のための、例えば填隙材や密封材などの内部又は外部の繊維製品として、特段の有用性を見出す。

開示の変形例について、ここまで一般論として説明されており、添付の図面をこれから参照するが、それらは必ずしも正寸で描かれている訳ではない。
極超音速航空機上で、タイル間の填隙材として、及び、密封材として使用されている開示によって調製された繊維製品の近接図である。 ジルコニア含有耐火コーティング、脱イオン水、及びエミッタンス剤でコーティングされ、再使用可能な断熱酸化物系繊維製品材料を実現するよう処理された酸化物系アルミナファブリックを示す本開示の一代替方法のフロー図である。 コロイダルアルミナ含有コーティング、アルミナ粉末、及びエミッタンス剤でコーティングされ、再使用可能な断熱酸化物系繊維製品材料を実現するよう処理された酸化物系アルミナファブリックを示す本開示の一代替方法のフロー図である。 コロイダルシリカ含有コーティングでコーティングされ、再使用可能な断熱非酸化物系繊維製品材料を実現するよう処理された非酸化物系炭化ケイ素（ＳｉＣ）ファブリックを示す本開示の一代替方法のフロー図である。 ＳｉＣプレセラミック樹脂とＳｉＣ粉末を含むコーティングでコーティングされ、再使用可能な断熱非酸化物系繊維製品材料を実現するよう処理された非酸化物系ＳｉＣファブリックを示す本開示の一代替方法のフロー図である。 シランと水酸化アンモニウムの混合物でコーティングされ、再使用可能な断熱非酸化物系オキシ炭化ケイ素（ＳＩＬＯＸＣ）の繊維製品材料を実現するよう処理された非酸化物系炭素ファブリックを示す本開示の一代替方法のフロー図である。

本発明は以後、好ましい代替方法が示されている添付の図面を参照して、より完全に説明される。しかし開示は、多くの異なる形態において具現化されることが可能であり、記載されている実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、この開示が発明の範囲を当業者に伝えるように、これらの実施例が提供されている。類似の番号は、全体を通じて類似の要素を参照する。

例えば上述されたもののような、現時点で最新の熱保護システムタイルは、硬質タイルパーツの間の填隙材として機能する、現在利用可能な組成物の性能を超過する、表面温度に対応し得ることが示されている。その結果として、現在使用されている熱保護システムは、熱保護システムが、例えば地球大気圏への再突入のような条件に伴う高温環境に一旦曝露されてしまうと、各飛行後に一新されなくてはならない。外部耐高温タイルの改良によって、それらの再使用が可能になる一方で、このようなタイル間の空間を充填するために使用される材料（いわゆる「填隙材」）は、それと等しく堅固という訳ではなく、高温環境への極端な曝露により、単一回使用の後、検査され、交換される必要がある。

本書で説明されている高温用ファブリック填隙材は、従前の、既知の填隙材よりも、著しく高い温度に耐えることが可能である。いくつかの事例では、これは、填隙材を交換なく繰り返し使用することを可能にし、かつ、外部の温度保護表面が、近傍のパーツ又は下層の構造物に損傷を引き起こすことなく曝露され得る温度が、より高くなることを可能にする。既存の填隙材は、（例えばＮｅｘｔｅｌ ３１２及びＮｅｘｔｅｌ ４４０のような）酸化物ファブリック、及び、非酸化物ファブリックに基づくものである。しかし、このような材料は、高温では強度を喪失し、破損し始める。既知の填隙材は、高温でファブリックの変質の一因となる、又は、単一回使用に最適化された、コーティングを用いることが多い。更に、既存の填隙材は、コーティングに混合されたエミッタンス剤を用いて、宇宙空間へのエネルギーの再放射を可能にしている。しかし、飛行中にコーティングが損傷する場合、填隙材は、ファブリックの曝露により、局所的な過熱を引き起こし得る。提案されている、酸化防止用コーティングを備えた高温用ファブリック繊維製品の劣化は、それらの再使用が可能なレベルにまで、現在の解決策に比べて著しく抑えられる。その結果として、本書で開示されている材料は、通常の条件下で複数回使用されることが可能である一方で、飛行状態では優れた保護を提供する。更に、填隙材が損傷を蒙る場合には、高温耐熱性ファブリックが内在的に放射性である（コーティングされている非酸化物ファブリック）か、又は、酸化物ファブリックの場合は、エミッタンス剤で処理されることにより、局所的過熱の危険を減少させるかの、いずれかである。

図１は、例えば極超音速航空機の固定物１０のような航空機の翼部の代表的な図である。本開示によって作られた繊維製品は、タイル部１４の間に配置された填隙材１２として用いられる。更に本開示により、本書で説明されている改良型繊維製品が、極超音速航空機の固定物１０の構造要素１８、２０の間に配置された密封材１６として使用されることが示されている。構造要素は、可動構造物又は静止構造物であると理解される。

図２で概要がわかるように、第１変形例により、本開示は、例えばＮｅｘｔｅｌ７２０（商標）（３Ｍ、Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、ＭＮ）のような高温用酸化物アルミナファブリック材料３２を提供する工程を含む酸化物系ファブリックを作るための方法３０に関する。ファブリック材料３２は、平らな表面上に提供される。コーティング構成要素３４は、例えばＡｒｅｍｃｏ ６３４−ＺＯ（商標）（Ａｒｅｍｃｏ ＰｒｏｄｕｃｔｓＩｎｃ． Ｖａｌｌｅｙ Ｃｏｔｔａｇｅ、ＮＹ）のようなジルコニア含有耐火コーティング材料などを含み、それは、例えばＦｅｒｒｏ １０３３５ Ｂｌａｃｋ（Ｆｅｒｒｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ、ＰＡ）のようなエミッタンス剤、及び、脱イオン水と、次の好ましい比率で混合される。６３４−ＺＯが割合４、脱イオン水が割合１、１０３３５ Ｂｌａｃｋ-６３４が、ＺＯ＋脱イオン水の混合物の８ｗｔ％。およそ１／３が０．２５インチの混練媒体で満たされている１リットル容器に構成要素は加えられ、混合するために１時間回転される。混合物は次いで、ストレーナを通して送出される。ファブリックの第１の面は、例えば刷毛塗りを含む条件を満たした任意の塗布手段によってコーティングされ３６、結果的に約０．１６５ｇ／ｉｎ^２の重量増加がもたらされる。ファブリックは次いで約４時間乾燥すること、及び、裏返されてコーティングされていないファブリックの第２の面を曝露することが可能にされ、次いで、第２の面もコーティングされて、結果的に約０．１２９ｇ／ｉｎ^２の重量増加がもたらされる。ファブリックは次いで、室温で１６時間乾燥すること３８が可能にされる。完成材料３９の試験は、コーティングされた断熱タイルの代表的な片々の間にサンプルを取り付け、次いで、およそ３Ｔｏｒｒの気圧で、約３０００°Ｆにまで達する温度に曝露することによって実施された。ファブリックの第１の面がコーティングされ、乾燥され、続いて第２の面がコーティングされ、乾燥されたが、本開示は、図２に示すように、ファブリックの２つの面が実質的に同時にコーティングされ、単一の乾燥工程がそれに続く方法も想定している。

図３は、本開示の一代替方法の概要を示す、例えばＮｅｘｔｅｌ７２０（商標）（３Ｍ、Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、ＭＮ）のような高温用酸化物アルミナファブリック材料４２を提供する工程を含む酸化物系ファブリックを作るための方法４０のフロー図である。ファブリック材料は、平らな表面上に提供される。コーティング４４は、例として好ましくは、例えばＡＫＰ−５０（商標）Ａｌｕｍｉｎａ（住友化学株式会社、日本）のようなアルミナ粉末（１５％）、及び、例えばＦｅｒｒｏ １３３３５ Ｂｌａｃｋ（Ｆｅｒｒｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ、ＰＡ）のようなエミッタンス剤（８％）と混合された、Ａｌｕｍｉｎａ Ｃｏａｔ（ＺＩＲＣＡＲ Ｒｅｆｒｅｃｔｏｒｙ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、Ｆｌｏｒｉｄａ、ＮＹ）（７７％）を含むようなコロイダルアルミナ溶液を含む。およそ１／３が０．２５インチの混練媒体で満たされている１リットル容器に構成要素は加えられ、混合するために１時間回転される。混合物は次いで、ストレーナを通して送出される。ファブリックの第１の面は、例えば刷毛塗りを含む、条件を満たした任意の塗布手段によってコーティングされ４６、結果的に約０．０９１ｇ／ｉｎ^２の重量増加がもたらされる。ファブリックは、次いで約４時間乾燥すること４８、及び、裏返されてコーティングされていないファブリックの第２の面を曝露することが可能にされ、次いで、第２の面もコーティングされて、結果的に０．０６３ｇ／ｉｎ^２の重量増加がもたらされる。ファブリックは次いで、室温で１６時間乾燥することが可能にされる。完成材料４９の試験は、コーティングされた断熱タイルの代表的な片々の間にサンプルを取り付け、次いで、およそ３Ｔｏｒｒの気圧で、約３０００°Ｆにまで達する温度に曝露することによって実施された。ファブリックの第１の面がコーティングされ、乾燥され、続いて第３の面がコーティングされ、乾燥されたが、本開示は、図２に示すように、ファブリックの２つの面が実質的に同時にコーティングされ、単一の乾燥工程がそれに続く方法も想定している。

図４は、例えば脱イオン化したＬｕｄｏｘ（登録商標）（ＡＳ−３０）のようなコロイダルシリカコーティングを含むコーティング５４でコーティングされたＴｙｒａｎｎｏ（登録商標）ＳＡ炭化ケイ素繊維のような高温用炭化ケイ素ファブリック材料５２を提供する工程を含む非酸化物系ファブリックを作るための方法５０に関する本開示の更に別の変形例の概要を示すフロー図である。ファブリック材料５２は、平らな表面上に提供される。コロイダルシリカコーティング５４は、例えば刷毛塗りを含む、条件を満たした任意の塗布手段によって、ファブリックをコーティングするために、ファブリックの第１の面上に刷毛塗りされ５６、結果的に約０．２４５ｇ／ｉｎ^２の重量増加がもたらされる。ファブリックは、次いで約４時間乾燥すること５８、及び、裏返されてコーティングされていないファブリックの第２の面を曝露することが可能にされ、次いで、第２の面もコーティングされて、結果的に０．１２２ｇ／ｉｎ^２の重量増加がもたらされる。ファブリックは次いで、２００°Ｆで４時間乾燥することが可能にされる。完成材料５９の試験は、コーティングされた断熱タイルの代表的な片々の間にサンプルを取り付け、次いで、およそ３Ｔｏｒｒの気圧で、約３０００°Ｆにまで達する温度に曝露することによって実施された。ファブリックの第１の面がコーティングされ、乾燥され、続いて第４の面がコーティングされ、乾燥されたが、本開示は、図２に示すように、ファブリックの２つの面が実質的に同時にコーティングされ、単一の乾燥工程がそれに続く方法も想定している。

また別の代替方法では、図５は、熱分解されない炭化ケイ素プレセラミックポリマーコーティングを備えた非酸化物系ファブリックを作るための方法６０の、概要を示すフロー図である。例えば、Ｔｙｒａｎｎｏ（登録商標）ＳＡ炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維のような高温用炭化ケイ素ファブリック材料６２が提供される。コーティング６４は、３重量部の炭化ケイ素プレセラミックポリマー樹脂（ＰＣＰ）、好ましくはＫＤＴ Ｃｅｒａｓｅｔ Ｐｏｌｙｓｉｌａｚａｎｅ ２０（Ｋｉｏｎ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｈｕｎｔｉｎｇｄｏｎ Ｖａｌｌｅｙ、ＰＡ）と、１重量部の炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ、Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ、ＭＡ）を混合することによって作られる。ＳｉＣファブリックの層は、ＰＣＰ−ＳｉＣ樹脂／ＳｉＣ粉末混合物でコーティングされ６５、Ｍｙｌａｒ（登録商標）シート間に載置される。ＰＣＰ−ＳｉＣ／ＳｉＣ混合コーティングは、ファブリック上で、約０．３４８ｇ／ｉｎ^２の重量増加の原因となる。Ｍｙｌａｒ（登録商標）シート間の含浸されたファブリックは、アルミニウム製の当て板の間に載置され、約３５０°Ｆの真空下で硬化される６６。より具体的には、硬化サイクルは、１８０°Ｆまで１５°Ｆ／分で温度が上昇すること、及び、１８から２０ｉｎ．Ｈｇの真空度において、温度を１８０°Ｆで６０分間維持することを含む。次いで、２０ｐｓｉの圧力が印加され、続いて真空を解放し、また次いで、６０分の間に１８０°Ｆで、圧力が１００ｐｓｉまで増大する。温度は次いで、２５０°Ｆまで１０°Ｆ／分で上昇し、１００ｐｓｉの圧力において、６０分間保たれる。最後に、圧力は次いで、３５０Ｆまで１０Ｆ／分の割合で上昇し、１００ｐｓｉの圧力において、６０分間保たれる。圧力は次いで減少し、製品は冷え、圧力が大気圧まで戻ると、押し型から外される。任意には、製品は、アンモニア臭を減少させるために事後硬化６８され得る。完成材料６９の試験は、コーティングされた断熱タイルの代表的な片々の間にサンプルを取り付け、次いで、およそ３Ｔｏｒｒの気圧で、約３０００°Ｆにまで達する温度に曝露することによって実施された。

図６のフロー図によって、再使用可能な高温用非酸化物系オキシ炭化ケイ素（ＳＩＬＯＸＣ）ファブリックに関する、別の代替方法７０が示されている。炭素ファブリック７１に、例えば好ましくはメチルジエトキシシランＳＩＭ６５０５．０−Ｙ０１（Ｇｅｌｅｓｔ、Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ、ＰＡ）、好ましくはトリメトキシメチルシラン２４６１７４（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｌｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）のようなシランと、水酸化アンモニウムとの活性混合物７２が浸潤する７３。浸潤されたファブリックは、約８８°Ｆで一晩ゲル化することが可能にされ、次いで、ファブリックから余分のゲルが手作業で除去される７４。含侵されたファブリックは次いで、３０インチＨｇの真空下で、約２００°Ｆで８時間乾燥される７５。ファブリックは次いで、２０１２°Ｆで３０分間、流動アルゴン雰囲気中で熱分解される７６。浸潤、ゲル化、乾燥及び熱分解の工程は、次いで、少なくとも１回繰り返される７７。結果として得られるオキシ炭化ケイ素ファブリックは、任意には、例えば脱イオン化したＬｕｄｏｘ（登録商標）（ＡＳ−３０）のようなコロイダルシリカコーティングでコーティングされる７８。コロイダルシリカ溶液は、ファブリックの一方の面に塗布されて、４時間乾燥することが可能にされ、次いで、ファブリックの反対面に塗布されて、１６時間乾燥することが可能にされる７９。ファブリックは次いで、室温で１６時間乾燥することが可能にされる。完成材料８０の試験は、コーティングされた断熱タイルの代表的な片々の間にサンプルを取り付け、次いで、およそ３Ｔｏｒｒの気圧で、約３０００°Ｆにまで達する温度に曝露することによって実施された。ファブリックの第１の面がコーティングされ、乾燥され、続いて第６の面がコーティングされ、乾燥されたが、本開示は、図２に示すように、ファブリックの２つの面が実質的に同時にコーティングされ、単一の乾燥工程がそれに続く方法も想定している。

直近の上記で提示された変形例では、炭素ファブリックは、オキシ炭化ケイ素（ＳＩＬＯＸＣ）ファブリックに変換される。脱イオン化したＬｕｄｏｘ（登録商標）は、存在すれば、酸化防止に役立つ、ファブリックに適合する低アルカリコーティングを提供する。加えて、この開示の、炭化ケイ素ファブリックとＬｕｄｏｘ含有ＳＩＬＯＸＣ填隙材料とは、内在的な放射率を有することから、填隙材への損傷の場合に、これとは違うコーティングに基づく放射剤を利用する酸化物ファブリックに関して考えられるような場合とは違い、放射率の損失はないであろう。

本開示のＳＩＬＯＸＣ完成材料は、現在既知の充填材料と比較して、一定の柔軟性を維持する。その結果として、本開示のＳＩＬＯＸＣ完成材料は、たとえ約２８００°Ｆを超過する再突入時の高温への曝露後であっても、弱体化及び脆弱化に抗する。

本開示は、基材であって、処理済ファブリック基材、特に、軽量の耐酸化無定形セラミック断熱物である、填隙材として使用される処理済みファブリック基材を含む、基材、及びそれを調製するための方法に関し、このような基材の一部は、炭素、ケイ素及び酸素を含む（ＳＩＬＯＸＣ化合物）。基材ファブリックに含侵する組成物を作るための方法は、例えば炭素のような、実質的に柔軟な多孔性基材を、例えば二及び三官能性シランのようなジアルコキシシラン及びトリアルコキシシランの反応生成物に由来するシロキサンゲルでコーティングして、又は、それに含侵させて、炭素基材のその場でゾルゲルを形成し、続いて基材を乾燥させ、それに後続して、コーティングされた炭素基材を、好ましくは不活性環境において、加熱して、或いは熱分解して、所定のレベルの柔軟性を保持するセラミック炭断熱性ファブリックを形成することを含む。

一代替方法では、炭素含有基材は、断熱材としての使用に適する軽量の多孔性セラミックを作るために使用され得る、従って、例えばスペースシャトル等が直面する温度のような、２８００°Ｆに及ぶ、又はそれを超過する温度に直面する、宇宙飛行体又は他の乗物或いは物体向けの断熱タイルと共に使用され得る、特定の構成を有するファブリックを含む。この代替方法では、多孔性炭素ファブリックは、効果的な量のゾルゲル（シロキサンゲル）を予備成形物に浸潤させる、又は含侵させることによってコーティングされ、ゲルは、炭素ファブリック上で乾燥して、セラミック前駆体を形成する。前駆体は次いで、好ましくは不活性雰囲気中で、更に硬化又は熱分解され、それによって、乾燥したゲルと炭素が反応し、所望であれば同じ構成を有する、柔軟なセラミック断熱物を形成する完成断熱物は次いで、所望のサイズに切断され、柔軟な断熱物の近位に配置される必要がある、他の柔軟ではない断熱材と共に、実装され得る。完成柔軟セラミックファブリックに必要な、所望の重量、強度及び高温酸化安定性を実現するために、処理は繰り返し行われ得る。

好ましい二及び三官能性アルコキシド反応物質は、それぞれ、２つと３つのＳｉ-Ｏ結合を有するケイ素のアルコキシドを含む。特に好ましいシランは、（Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒ、及び、（Ｒ’’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^οという一般式を有する三及び二酸素官能性を備えたシランの組み合わせを含み、式中、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’及びＲ^οは、同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基であり、Ｒ’’’又はＲ^οが水素原子である条件で、Ｒ’及びＲ’’がアルキル基であり、Ｒ、Ｒ’’’又はＲ^οが、１から１２個の炭素のアルキル、アリール、又は置換アリール基である。炭化水素又は有機基という用語は、直鎖又は分岐鎖の飽和又は不飽和炭化水素であり得る炭素及び水素（−ＣＨ）を含む基である。

炭化水素又は有機基中の炭素原子の数は、炭素が１から１２個、好ましくは１から８個、より好ましくは１から４個、例えば１から２個の範囲であり、炭化水素基のうち少なくとも１つは、少なくとも２個の炭素原子を含有し、例えば、エチル基であり、Ｒ’’’又はＲ^οは水素である。上記の組成式のＲ、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’及びＲ^ο基は、好ましくは、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル、へプチル等、それらの異性体又は混合物のような１から８個の炭素などの低級アルキル基であり、例えば、ビニル、ジビニル、プロペン、ブテン等、及びそれらの様々な混合物のようなアルケニル又はビニルの不飽和基を含む。しかし、Ｒ’’’又はＲ^οは水素原子であり、シランのＲ’及びＲ’’のようなアルコキシ基は、１から１２個の炭素、好ましくはＣ１からＣ４の炭素のアルキル基であると理解される。上記の組成式におけるＲ、Ｒ’’’及びＲ^ο基は、上記の基の１から１２個の炭素の全て、及び、フェニルのようなアリール及びアラルキル基と、低級アルキル置換アリール基並びにそれらの混合物とを含む、他の炭化水素基も含む。

この開示のシロキサンの調製に有用ないくつかの好ましいシランの具体例は、ジアルコキシシランの中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、メチルトリメトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、エチルトリメトキシシランＣ_２Ｈ_５Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、メチルトリエトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３のようなアルキル−トリオキシシラン、及び、例えば、メチルジエトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、メチルジメトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、エチルジエトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、エチルジブトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_２、ビニルジエトキシシラン（ＣＨ_２：ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、及び、フェニルジメトキシシラン（Ｃ_６Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２のようなアルキルジアルコキシシラン、並びに、任意の比率でのそれらの様々な組み合わせを含む。

本開示の変形例により、シロキサンゾルゲルは、好ましくは、水をいくらか含有する（例えばアルコールの重量の約１０％まで）アルコール媒体中で、多孔性炭素含有ファブリック基材の存在下に、アルコキシシランを反応させることによって調製される。ジアルコキシシランとトリアルコキシシランとの重量比は、ジアルコキシの約１．０重量部から、トリアルコキシシランの１．０から２０重量部、好ましくは、トリアルコキシシランの約１．０から１０重量部の範囲である。テトラルコキシシランが使用される場合には、トリアルコキシシランの重量の約５０％までは、テトラルコキシシランに置換され得る。アルコールは、実質的に均質なゾルゲルが得られることを保証すると考えられる。エタノールが好ましいが、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ｓｅｃ−及びイソブタノール、ペンタノールのような他の低級アルコールも、単独で、又は任意の混和材において、使用され得る。

ゾルは、周囲温度での経時変化により、又は加熱によりゲル化され得るが、一代替方法により、例えばＨＮＯ_３、ＨＣｌなどのような鉱酸、又は、例えばＮａＯＨ、ＫＯＨ、水酸化アンモニウムなどのような塩基を反応混合物に添加することによりゲル化を触媒することが好ましい。硝酸及び水酸化アンモニウムは、特に有用なゲル化剤である。ゲル化は通常、周囲条件で起こるが、本開示の変形により、酸又は塩基の触媒の使用に加え、約４０°から９０°Ｃの温度へと加熱することが好ましい。

本開示の変形例による軽量で柔軟な耐高温セラミックファブリックは、軽量多孔性炭素含有ファブリックを基材として使用することによって形成され得る。ファブリックは、好ましくは、ゾルゲルが炭素含有ファブリックをコーティングする前に、ゾルに含浸される。ゲル化後に、含浸されたファブリックはゲルから除去され、余剰ゲルも除去され、含浸された予備成形物は乾燥器の中で、又は周囲条件で乾燥されてセラミック前駆体を形成する。次いで、好ましくは真空乾燥が、不活性雰囲気熱分解の前に、全ての揮発性物質が除去されることを保証するように、例えば、一晩約７０°から約１００°Ｃで実施される。

より好ましくは、本開示により、柔軟セラミックファブリックの填隙材は、コーティングされた基材を約８００°から１５００°Ｃの範囲内の温度で加熱することによって形成される。高温の不活性雰囲気熱分解中に、ファブリックに供給された、又は含有されている炭素は、乾燥したゲルとの熱分解反応を開始し、セラミックの一部を形成する不活性雰囲気は、例えばアルゴンなどのような、一又は複数の不活性ガスの雰囲気を含む。

１つのコーティング工程は、所望の特性を有する最終製品（柔軟セラミック填隙材）を実現するに十分であり得るが、完成柔軟セラミック充填物の所望の重量を実現するために、各コーティング工程に続く乾燥と不活性ガス熱分解の工程を伴う、セラミックファブリックを含侵する又はコーティングする複数の工程も想定される。ファブリック基材とゲルコーティングの間の重量比は、基材ファブリックが約１重量部に対して、シロキサンゲルが２から１０重量部である。

様々なセラミック含有ファブリックが、シロキサンゲルによってコーティングされるべき初期基材として、使用され得ると理解される。好ましい基材は、アルミナファブリック、炭素ファブリック、炭化ケイ素ファブリックなどを含む。本開示により、特に好ましい組合せは、１）ジルコニア耐火コーティングとエミッタンス剤の混合物でコーティングされたアルミナファブリック、２）コロイダルアルミナ、アルミナ粉末、及びエミッタンス剤の混合物でコーティングされたアルミナファブリック、３）コロイダルシリカでコーティングされた炭化ケイ素ファブリック、４）熱分解されない炭化ケイ素プレセラミックポリマーコーティングでコーティングされた炭化ケイ素ファブリック、及び、５）酸化を防止するために後で脱イオン化したＬｕｄｏｘでコーティングされる非酸化物系オキシ炭化ケイ素（ＳＩＬＯＸＹ）ファブリックを実現するためにシロキサンゲルが浸潤した炭素ファブリック、を含む。

本開示の最終製品の填隙材は、現在既知のＳｉＯ_２系代替品と比較して、優れた高温性能を示す。重要なのは、本開示の填隙材が、たとえ約２８００°Ｆまでの極端な熱への曝露後にも、その柔軟性を維持し、従って、弱体化又は脆弱化という観点で、構造劣化を蒙らないことである。本開示の代替方法により、ここで開示されている填隙材は、（コーティングというよりはむしろ）ファブリック自体の放射率に依拠し得ることから、充填物への損傷の場合にも、コーティングにおいてファブリックに供給される放射剤とは対照的に、放射率の損失は事実上ないであろう。他の代替方法では、放射剤は取り込まれる。

柔軟断熱材料を創作するための方法が更に開示され、方法は、第１と第２の面を有する高温用ファブリックを提供する工程、耐酸化コーティングを提供する工程、基ファブリックの第１と第２の面を、耐酸化コーティングでコーティングする工程、ファブリックを乾燥させる工程を含み、断熱材料は、約２８００°Ｆまでの温度への曝露後に、再使用可能である。基ファブリックは、酸化物系ファブリックであることがあり、前記ファブリックはアルミナを含み、コーティングは、ジルコニア耐火コーティング、脱イオン水、及びエミッタンス剤を含む。基ファブリックは、酸化物系ファブリックであってもよく、前記ファブリックは、アルミナを含み、コーティングは、コロイダルアルミナ、アルミナ粉末、及び相溶性エミッタンス剤を含む材料を含む。基ファブリックは、非酸化物系ファブリックであってもよく、前記ファブリックは炭化ケイ素を含み、コーティングはコロイダルシリカを含む。基ファブリックは、非酸化物系ファブリックを含んでもよく、前記ファブリックは炭化ケイ素を含み、コーティングは、熱分解されない炭化ケイ素プレセラミックポリマー樹脂と、炭化ケイ素粉末とを含む。基ファブリックは、非酸化物系ファブリックを含み、前記ファブリックは炭素含有材料を含み、コーティングはケイ素を含む。コーティングはまた、次の一般式を有する二及び三官能性アルコキシド反応物質を含むことがある。（Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒ、及び、（Ｒ’’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^ο、式中、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’及びＲ^οは、同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基を表し、Ｒ’’’又はＲ^οが水素原子である条件で、Ｒ’及びＲ’’がアルキル基であり、Ｒ、Ｒ’’’又はＲ^οが、１から１２個の炭素のアルキル、アリール、或いは置換アリール基である。炭化水素基は、炭素と水素を含む基であり、直鎖基、分岐鎖基、飽和基、不飽和基、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される基であり得る。炭化水素基はまた、１から１２個の炭素原子を有する基を含んでもよく、炭化水素基のうち少なくとも１つは、少なくとも２個の炭素原子を含有し、Ｒ’’’又はＲ^οは水素である。

コーティングはまた、ジアルコキシシランの中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、アルキル−トリオキシシラン、アルキルジアルコキシシラン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含むシラン含有組成物であり得る。シラン含有組成物は、ジアルコキシシランの中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、メチルトリメトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、エチルトリメトキシシランＣ_２Ｈ_５Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、メチルトリエトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、メチルジエトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、メチルジメトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、エチルジエトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、エチルジブトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_２、ビニルジエトキシシラン（ＣＨ_２：ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、フェニルジメトキシシラン（Ｃ_６Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、及び、任意の比率でのそれらの組み合わせからなる群から選択される。

断熱材料を作るための方法が更に開示され、方法は、炭素含有材料を含む非酸化物含有基ファブリックを提供する工程を含み、前記基材料は第１と第２の面を有し、ケイ素含有ゲルコーティングを提供する工程、基ファブリックにケイ素含有ゲルコーティングを浸潤させる工程、コーティングされた基ファブリックを乾燥させる工程、コーティングされた基ファブリックを不活性環境中で熱分解し、炭素含有材料をオキシ炭化ケイ素含有材料に変換する工程を含む。熱分解された基ファブリックを、コロイダルジルコニア、脱イオン化したＬｕｄｏｘ、及びコロイダルアルミナを含む低アルカリ性コーティングでコーティングする工程を更に含む。

断熱性ファブリックは、シロキサンゲルで処理された高温用ファブリックを含み、前記シロキサンゲルは、組成式Ｓｉ_ａＣ_ｂＯ_ｃを含み、式中、ａ＝１、ｂ＝０．２から１．５、及びｃ＝１から３である。

柔軟断熱材料は、第１と第２の面を有する高温用ファブリック、耐酸化コーティングを含み、前記コーティングは前記第１と第２の面に塗布され、断熱材料は、約３０００°Ｆまでの温度への曝露後に再使用可能である。断熱性ファブリックは、アルミナを含んでもよく、コーティングは、ジルコニア耐火コーティング、脱イオン水、及び相溶性エミッタンス剤を含む。ファブリックはアルミナを含んでもよく、シロキサンゲルは、コロイダルアルミナ、アルミナ粉末、及び相溶性エミッタンス剤を含む。ファブリックは炭化ケイ素を含んでもよく、コーティングはコロイダルシリカを含む。ファブリックは炭化ケイ素を含んでもよく、コーティングは、熱分解されない炭化ケイ素プレセラミックポリマー樹脂と、炭化ケイ素粉末とを含む。ファブリックは炭素含有材料を含んでもよい。発明はまた、既述の方法により作られた断熱性ファブリックであってもよい。

断熱性ファブリックは、シロキサンゲルを含むコーティングを有してもよく、前記ゲルは、次の一般式を有する二及び三官能性アルコキシド反応物質を含むシラン含有組成物から作られる。（Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒ、及び、（Ｒ’’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^ο、式中、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’及びＲ^οは、同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基を表し、Ｒ’’’又はＲ^οが水素原子である条件で、Ｒ’及びＲ’’がアルキル基であり、Ｒ、Ｒ’’’又はＲ^οが、１から１２個の炭素のアルキル、アリール、或いは置換アリール基であり、炭化水素基は、炭素と水素を含む基であり、直鎖基、分岐鎖基、飽和基、不飽和基、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される基である。炭化水素基は、１から１２個の炭素原子を有する基を含んでもよく、炭化水素基のうち少なくとも１つは、少なくとも２個の炭素原子を含有し、Ｒ’’’又はＲ^οは水素である。また、シラン含有組成物は、ジアルコキシシラン中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、アルキル−トリオキシシラン、アルキルジアルコキシシラン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。シラン含有組成物は、ジアルコキシシラン中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件で、メチルトリメトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、エチルトリメトキシシランＣ_２Ｈ_５Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、メチルトリエトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、メチルジエトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、メチルジメトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、エチルジエトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、エチルジブトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_２、ビニルジエトキシシラン（ＣＨ_２：ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、フェニルジメトキシシラン（Ｃ_６Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、及び、任意の比率でのそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。シロキサンゲルは、ａ）少なくとも１つの、組成式（Ｒ’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^οを有するジアルコキシシランを含み、式中、Ｒ’’は１から１２個の炭素を有するアルキル基であり、Ｒ’’’又はＲ^οは、１から１２個の炭素を有する炭化水素基であり、Ｒ’’’又はＲ^οは水素であり、ｂ）少なくとも１つの組成式（Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒを有するトリアルコキシシランを含み、式中、Ｒ’は１から１２個の炭素のアルキル基であり、Ｒは、Ｒ’と同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基である。（ａ）の（ｂ）に対する重量比は、１：１から１：２０であり得る。また、ジアルコキシシラン（ａ）及びトリアルコキシシラン（ｂ）のＲ’とＲ’’は、１から８個の炭素原子を有するアルキル基であり、ジアルコキシシランのＲ’’’は１から１２個の炭素原子を有する炭化水素基であり、Ｒ^οは水素又は他の炭化水素基である断熱性ファブリック。耐熱材料を実現するために、既述の方法の任意の組み合わせがなされ得る。耐熱材料は、少なくとも２８００°Ｆの温度に抗する。既述の方法は、繊維製品を創作するために使用され得る。前記方法を取り入れる宇宙船も、創作され得る。

以下の実施例は、本開示による改良型柔軟セラミック填隙断熱物の調製を示す。

実施例１
２３１グラムのＺＲＣｌ Ａｌｕｍｉｎａ Ｃｏａｔ、４５グラムの高純度アルミナ粉末、ＡＫＰ−５０、及び、２４グラムのＦｅｒｒｏ １０３３５ Ｂｌａｃｋを混合して、コーティングを創作し、そのコーティングを、加熱浄化されたＮｅｘｔｅｌ ７２０ファブリックの３フィート×１フィートの一片に、刷毛で塗布したことによって、填隙材は作られた。コーティングは、最初に第１の面に塗布され、４時間乾燥することが可能にされ、次いでコーティングは、反対の第２の面に塗布されて、乾燥することが可能にされた。この工程が繰り返され、最終的に０．２８ｇ／平方インチの重量増加が実現した。コーティングされたファブリックは、１６時間乾燥することが可能にされ、次いで、コーティングされたファブリックから５インチ×１０インチのサンプルが切断された。これらのサンプルは、それらが、およそ３Ｔｏｒｒの気圧中で２８７５°Ｆよりも高い温度に曝露される放射試験チャンバ内で試験された。試験サンプルは、既知の最新ＳｉＯ_２系填隙材を上回る、放射率及び構造完全性を維持した。

実施例２
填隙材は、最初に、１６インチｘ２４．５インチのシートに切断されたＴｙｒａｎｎｏ ＳＡファブリックを、１２００°Ｆで２時間加熱浄化することによって作られた。ファブリックは次いで、第２の面のコーティングの前に、第１の面が脱イオン化したＬｕｄｏｘ ＡＳ−３０でコーティングされ、４時間乾燥することが可能にされた。ファブリックの重量増加は、０．３６ｇ／平方インチだった。コーティングされたファブリックは、１６時間乾燥することが可能にされ、次いで、５インチ×１０インチのサンプルに切断された。これらのサンプルは、それらが、およそ３Ｔｏｒｒの気圧中で２８７５°Ｆよりも高い温度に曝露される、放射試験チャンバ内で試験された。試験サンプルは、既知の最新ＳｉＯ_２系填隙材を上回る、放射率及び構造完全性を維持した。

実施例３
填隙材は、Ｔｙｒａｎｎｏ ＳＡ炭化ケイ素ファブリックの１５インチｘ１２インチの一片を、１０００Ｆで１．５時間加熱浄化することによって作られた。次に、１００グラムのＫＤＴ Ｃｅｒａｓｅｔ Ｐｏｌｙｓｉｌａｚａｎｅ ２０が、３３グラムのベータ−ＳｉＣ粉末と混合された。この混合物は次いで、炭化ケイ素ファブリックに含浸させられ、結果として、０．４７ｇ／平方インチの重量増加をもたらした。含浸された炭化ケイ素ファブリックは次いで、真空バッグに入れられ、３５０°Ｆまで加熱されたプレス機において、１００ｐｓｉで１時間硬化された。硬化されたファブリックは次いで、２５０°Ｆの炉内で３０分間、更に乾燥された。乾燥後に、シートから５インチｘ１０インチのサンプルが切断された。サンプルは、それらが、およそ３Ｔｏｒｒの気圧中で２８７５°Ｆよりも高い温度に曝露される、放射試験チャンバ内で試験された。試験サンプルは、既知の最新ＳｉＯ_２系填隙材を上回る、放射率及び構造完全性を維持した。

実施例４
填隙材は、最初に、炭素ファブリックを、７５０°Ｆで２時間、流動窒素カバーガス下で加熱浄化することによって作られた。加熱浄化されたファブリックは次いで、８．５インチｘ１０インチのシートに切断された。次に、８００グラムのトリメトキシメチルシラン２４６１７４（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）が、１６０グラムのメチルジエトキシシランＳＩＭ６５０６．０−Ｙ０１（Ｇｅｌｅｓｔ、Ｍａｒｒｉｓｖｉｌｌｅ、ＰＡ）、及び、２００グラムの０．８モル濃度水酸化アンモニウムと混合された。浸潤されたファブリックは、８８°Ｆで一晩ゲル化することが可能にされ、次いで、余分のゲルが手作業でファブリックから除去された。含侵されたファブリックは次いで、３０ｉｎＨｇの真空下で、２００°Ｆで８時間乾燥された。ファブリックは次いで、２０１２°Ｆで３０分間、流動アルゴン雰囲気中で熱分解された。この工程は、同一の温度／時間／真空度で、同一の量の化学物質を使用して、繰り返された。シートは次いで、ファブリックの両面に脱イオン化したＬｕｄｏｘＡＳ−３０が塗布されて、０．１９ｇ／平方インチの重量増加が実現した。コーティングされたファブリックは次いで、２００Ｆの炉内で２時間、更に乾燥された。乾燥後に、シートから５インチｘ１０インチのサンプルが切断された。これらのサンプルは、それらが、およそ３Ｔｏｒｒの気圧中で２８７５°Ｆよりも高い温度に曝露される、放射試験チャンバ内で試験された。試験サンプルは、既知の最新ＳｉＯ_２系填隙材を上回る、放射率及び構造完全性を維持した。

本開示は、約２８００°Ｆに及ぶ、並びにそれを超過する再突入温度に曝される、乗物及び物体の内部と外部に位置付けられる、耐高温の再使用可能な填隙材、密封材及び他のパーツとして、有用性を見出す。乗物及び物体は、宇宙船を含む、有人及び無人の、地球上の及び地球外の、物体並びに乗物を含むが、それらに限定される訳ではない。

本開示の好ましい変形例及び代替方法が例示され、説明されたが、当然のことながら、開示の本質及び範囲から乖離することなく、それらにおいて様々な変更及び代用が行われ得る。従って、開示の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びその同等物によってのみ限定されるべきである。

Claims (15)

1. 第１と第２の面を有する高温用ファブリックを提供する工程、
   耐酸化コーティングを提供する工程、
   該基ファブリックの第１と第２の面を、該耐酸化コーティングでコーティングする工程、
   該ファブリックを乾燥する工程を含む、柔軟断熱材料を創作するための方法であって、
   該断熱材料は、約２８００°Ｆまでの温度で曝露後に再使用可能である、方法。
2. 基ファブリックは酸化物系ファブリックであり、前記ファブリックはアルミナを含み、コーティングは、ジルコニア耐火コーティング、脱イオン水、及びエミッタンス剤を含む、請求項１に記載の方法。
3. 基ファブリックは酸化物系ファブリックであり、前記ファブリックはアルミナを含み、コーティングは、コロイダルアルミナ、アルミナ粉末、及び相溶性エミッタンス剤を含む材料を含む、請求項１に記載の方法。
4. 基ファブリックは非酸化物系ファブリックであり、前記ファブリックは炭化ケイ素を含み、コーティングはコロイダルシリカを含む、請求項１に記載の方法。
5. 基ファブリックは非酸化物系ファブリックを含み、前記ファブリックは炭化ケイ素を含み、コーティングは、熱分解されない炭化ケイ素プレセラミックポリマー樹脂と炭化ケイ素粉末とを含む、請求項１に記載の方法。
6. 基ファブリックは非酸化物系ファブリックを含み、前記ファブリックは炭素含有材料を含み、コーティングはケイ素を含む、請求項１に記載の方法。
7. 基ファブリックは、炭素含有材料を含む非酸化物含有基ファブリックであり、
   基ファブリックは、ケイ素含有ゲルコーティングで浸潤され、
   コーティングされた基ファブリックを乾燥すること、及び
   コーティングされた基ファブリックが、不活性環境中で熱分解されて、炭素含有材料をオキシ炭化ケイ素含有材料に変換する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 熱分解された基ファブリックを、コロイダルジルコニア、脱イオン化したＬｕｄｏｘ、及びコロイダルアルミナを含む低アルカリ性コーティングでコーティングする、
   工程を更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. コーティングは、次の一般式を有する二及び三官能性アルコキシド反応物質を含み、
   （Ｒ’Ｏ）_３-Ｓｉ-Ｒ、及び、（Ｒ’’’Ｏ）_２-Ｓｉ-Ｒ’’’Ｒ^ο、式中、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’及びＲ^οは、同一又は異なり、１から１２個の炭素の炭化水素基を表し、Ｒ’’’又はＲ^οが水素原子である条件で、Ｒ’及びＲ’’がアルキル基であり、Ｒ、Ｒ’’’又はＲ^οが、アルキル、アリール、又は置換アリール基である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 炭化水素基は、炭素と水素を含む基であり、直鎖基、分岐鎖基、飽和基、不飽和基、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される基である、請求項９に記載の方法。
11. 炭化水素基は、１から１２個の炭素原子を有する基を含み、炭化水素基の少なくとも１つは、少なくとも２個の炭素原子を含有し、Ｒ’’’又はＲ^οが水素である、請求項９に記載の方法。
12. コーティングは、ジアルコキシシラン中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件でアルキル−トリオキシシラン、アルキルジアルコキシシラン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含むシラン含有組成物である、請求項９に記載の方法。
13. シラン含有組成物は、ジアルコキシシランの中のＲ’’’又はＲ^ο基が水素である条件でメチルトリメトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、エチルトリメトキシシランＣ_２Ｈ_５Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３、メチルトリエトキシシランＣＨ_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、メチルジエトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、メチルジメトキシシラン（ＣＨ_３）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、エチルジエトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、エチルジブトキシシラン（Ｃ_２Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_２、ビニルジエトキシシラン（ＣＨ_２：ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２、フェニルジメトキシシラン（Ｃ_６Ｈ_５）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、及び任意の比率でそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
14. シロキサンゲルで処理された高温用ファブリックを含み、前記シロキサンゲルは、組成式Ｓｉ_ａＣ_ｂＯ_ｃを含み、式中、ａ＝１、ｂ＝０．２から１．５、及びｃ＝１から３である、
    断熱性ファブリック。
15. 請求項１から１４に記載の材料を含む、繊維製品。
    

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