JP6460808B2

JP6460808B2 - Tubular body

Info

Publication number: JP6460808B2
Application number: JP2015011799A
Authority: JP
Inventors: 真緒棚橋; 高木　俊; 俊高木
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP2016135727A

Description

本発明は、管状体に関する。 The present invention relates to a tubular body.

セラミック材料は、一般に耐熱性、強度、耐食性が高いことから、過酷な環境下で使用する構造材料に広く用いられている。
特許文献１には、過酷な環境の一つである原子力発電所における燃料格納容器障壁等に使用される多層セラミックチューブの発明が記載されている。この多層セラミックチューブは、高純度β型化学量論的炭化ケイ素の内層、連続的β型化学量論的炭化ケイ素ファイバーの中間複合材層、及び細粒炭化ケイ素の外層を有する多層セラミックチューブからなり、原子力発電所または原子炉に使用される燃料棒のための被覆として使用するのに特に好適である。セラミックチューブは高い初期ひび割れ抵抗、剛度、極限強度、及び衝撃／熱衝撃抵抗を兼ね備えていることが記載されている。 Ceramic materials are widely used for structural materials used in harsh environments because they generally have high heat resistance, strength, and corrosion resistance.
Patent Document 1 describes an invention of a multilayer ceramic tube used for a fuel containment vessel barrier or the like in a nuclear power plant that is one of harsh environments. This multi-layer ceramic tube consists of a multi-layer ceramic tube with an inner layer of high purity β-type stoichiometric silicon carbide, an intermediate composite layer of continuous β-type stoichiometric silicon carbide fiber, and an outer layer of fine-grained silicon carbide Particularly suitable for use as a coating for fuel rods used in nuclear power plants or nuclear reactors. Ceramic tubes are described as having high initial crack resistance, stiffness, ultimate strength, and shock / thermal shock resistance.

すなわち、上記記載された発明は、多層セラミックチューブは、高度の初期ひび割れ抵抗、剛度、及び極限強さと共に、優れた機械的及び熱的衝撃抵抗を備え、このなかで中間複合材層は剛度が低いため、モノリスのひび割れを防止できることが記載されている。 That is, the invention described above provides that the multilayer ceramic tube has excellent mechanical and thermal shock resistance along with a high degree of initial crack resistance, stiffness, and ultimate strength, in which the intermediate composite layer has a stiffness. It is described that the monolith can be prevented from cracking because it is low.

特表２００８−５０１９７７号公報Special table 2008-501977 gazette

しかしながら、上記記載された発明は、初期のひび割れ抵抗は備えているものの、一旦破壊が始まると、セラミックチューブ（管状体）を貫通するひび割れあるいは全体的な破損が起こる。特に上記セラミックチューブは、弾性率が高いので、外部、他の部材から加わる歪み、熱応力に対しては、大きな応力を発生し、破損にいたる。
例えば、原子炉内で中性子線照射によって発生するスウェリングなど、内部に挿入した核燃料、部材などが膨張する場合には、他の部材の変形によって歪みを生じさせ、大きな応力を発生させる。 However, although the invention described above has an initial crack resistance, once the fracture starts, a crack that penetrates the ceramic tube (tubular body) or a total breakage occurs. In particular, the ceramic tube has a high elastic modulus, so that a large stress is generated against a strain and thermal stress applied from the outside and other members, resulting in breakage.
For example, when nuclear fuel, a member, or the like inserted inside expands, such as swering generated by neutron beam irradiation in a nuclear reactor, distortion is generated by deformation of another member, and a large stress is generated.

上記課題を鑑み本発明では、外部、他の部材、熱応力によって発生する歪みに対し、強い抵抗力を持つＳｉＣからなる管状体を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a tubular body made of SiC having a strong resistance against distortion generated by the outside, other members, and thermal stress.

前記課題を解決するための本発明の管状体は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる内層体と、第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなるとともに前記内層体の外側に配置された外層体と、前記内層体と前記外層体とを部分的につなぐＳｉＣからなる緩衝層と、からなる。 The tubular body of the present invention for solving the above problems is composed of an inner layer body made of a first SiC fiber-reinforced SiC composite material and a second SiC fiber-reinforced SiC composite material, and is disposed outside the inner layer body. The outer layer body and a buffer layer made of SiC that partially connects the inner layer body and the outer layer body.

本発明によれば、管状体が、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる内層体と、第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる外層体と、内層体と外層体とを部分的につなぐＳｉＣからなる緩衝層と、からなる。このため、外部、他の部材から歪み、熱応力が加わり内層体あるいは外層体の破壊が生じても他方に直接的に波及しない。また、緩衝層は、外層体と、内層体とを部分的につないでいるので、管状体の外側から外層体または内層体を圧縮させる応力が加わっても、緩衝層が破壊されることにより応力を緩和し、他方に破壊を及びにくくすることができる。 According to the present invention, the tubular body partially includes an inner layer body made of the first SiC fiber-reinforced SiC composite material, an outer layer body made of the second SiC fiber-reinforced SiC composite material, and the inner layer body and the outer layer body. And a buffer layer made of SiC to be connected. For this reason, even if distortion or thermal stress is applied from the outside or another member and the inner layer body or the outer layer body is broken, it does not directly affect the other. In addition, since the buffer layer partially connects the outer layer body and the inner layer body, even if stress that compresses the outer layer body or the inner layer body is applied from the outside of the tubular body, Can be mitigated, and the other can be made difficult to break.

さらに、内層体と、外層体とは、緩衝層により部分的につながれているので、熱が伝わりにくく、外層体あるいは内層体の内部に発生する温度差を緩やかにすることができる。このため、熱が伝達される側の層では、発生する熱応力の大きさを小さくすることができる。また、内層体と、外層体との間の緩衝層は、内層体と外層体とがそれぞれ異なる温度であっても、熱膨張差を容易に吸収することができるので、管状体の破壊を防止することができる。 Furthermore, since the inner layer body and the outer layer body are partially connected by the buffer layer, it is difficult for heat to be transmitted, and the temperature difference generated inside the outer layer body or the inner layer body can be moderated. For this reason, the magnitude | size of the generated thermal stress can be made small in the layer by which the heat is transmitted. In addition, the buffer layer between the inner layer body and the outer layer body can easily absorb the difference in thermal expansion even when the inner layer body and the outer layer body have different temperatures, thereby preventing the tubular body from being broken. can do.

また、内層体及び外層体はＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材よりなる。ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材は、クラックが入っても骨材であるＳｉＣ繊維が切断されにくく全体の形状を保持することができる。さらに、クラックが入っても残ったＳｉＣ繊維の弾力によってクラックが入ったままではあるものの、破損した側の層は元の形状に復元し、管状体としての機能を維持したまま継続して使用することができ、必要に応じて管状体を交換するまで性能を維持することができる。 The inner layer body and the outer layer body are made of SiC fiber reinforced SiC composite material. Even if a SiC fiber reinforced SiC composite material cracks, the SiC fiber which is an aggregate is hard to be cut, and can maintain the whole shape. Furthermore, although the crack remains in the crack due to the elasticity of the remaining SiC fiber, the damaged layer is restored to its original shape, and it is continuously used while maintaining the function as a tubular body. The performance can be maintained until the tubular body is replaced as necessary.

さらに、本発明の管状体は、以下の態様であることが望ましい。
（１）前記緩衝層は、前記内層体と前記外層体との間に架け渡された支持部と、前記支持部間に形成された空隙と、からなる。
本発明の管状体の緩衝層は、支持部と空隙とからなり、内層体と、外層体とは、支持部の部分で接続され、空隙の部分では、接続しない。
このため、緩衝層による内層体と外層体との接続は、相対的に弱くなる。内層体と外層体との間隔が広がる方向に応力が加わった場合には、支持部が破断し、内層体と外層体との間隔が狭まる方向に応力が加わった場合には、支持部が潰れる。このため、熱応力、外部からの応力が加わりにくい側の層は保護され、管状体を貫通する破壊を防止することができる。 Furthermore, it is desirable that the tubular body of the present invention has the following aspect.
(1) The buffer layer includes a support portion that is spanned between the inner layer body and the outer layer body, and a gap that is formed between the support portions.
The buffer layer of the tubular body of the present invention includes a support portion and a gap, and the inner layer body and the outer layer body are connected at the support portion, and are not connected at the gap portion.
For this reason, the connection between the inner layer body and the outer layer body by the buffer layer becomes relatively weak. When stress is applied in a direction in which the distance between the inner layer body and the outer layer body is increased, the support part is broken, and when stress is applied in a direction in which the distance between the inner layer body and the outer layer body is reduced, the support part is crushed. . For this reason, the layer on the side to which thermal stress and external stress are difficult to be applied is protected, and breakage penetrating the tubular body can be prevented.

（２）前記支持部は、多孔質のＳｉＣである。
すなわち、支持部が、多孔体であると、内層体あるいは外層体と比較して緩衝層を破壊しやすくすることができるので、熱応力、外部からの応力が加わりにくい側の層はより保護され、管状体を貫通する破壊をより防止することができる。 (2) The support portion is porous SiC.
That is, when the support portion is a porous body, the buffer layer can be easily broken as compared with the inner layer body or the outer layer body, and therefore the layer on the side to which thermal stress and external stress are hardly applied is more protected. Further, it is possible to prevent the breakage penetrating the tubular body.

（３）前記第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材及び／または前記第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材は、ＳｉＣ繊維からなる骨材とＳｉＣマトリックスとからなり、前記ＳｉＣマトリックスは、ＰＩＰ−ＳｉＣ材またはＣＶＤ−ＳｉＣ材である。なお、ＰＩＰ（Polymer Infiltration and Pyrolysis）−ＳｉＣ材とは、樹脂を前駆体とするＳｉＣ材のことである。
すなわち、ＰＩＰ−ＳｉＣ材は、前駆体層の樹脂を焼成して得られ多孔質であるので内部が緻密なＳｉＣ繊維との境界が明確であり、多孔質のマトリックス側から、亀裂が進展してもＳｉＣ繊維の表面で止まり、ＳｉＣ繊維の破断しにくくできる。また、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は、緻密な素材ではあるが、表面から沈着し、ＳｉＣ繊維からなる骨材の奥には沈着しにくいので、ＳｉＣ繊維と、ＳｉＣマトリックスとが一体化せず、ＳｉＣ繊維による強化作用を発揮することができる。さらに、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は、緻密な素材であるので、ＳｉＣ繊維からなる骨材の有する微細な孔を封止する作用があり、気密性を高くすることができる。この効果は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材と第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材とのいずれについても発揮することができる。 (3) The first SiC fiber reinforced SiC composite material and / or the second SiC fiber reinforced SiC composite material includes an aggregate made of SiC fibers and a SiC matrix, and the SiC matrix is a PIP-SiC material. Or it is a CVD-SiC material. The PIP (Polymer Infiltration and Pyrolysis) -SiC material is an SiC material having a resin as a precursor.
That is, since the PIP-SiC material is porous obtained by firing the resin of the precursor layer and has a clear boundary with the dense SiC fiber inside, cracks develop from the porous matrix side. Can also stop at the surface of the SiC fiber, making it difficult for the SiC fiber to break. In addition, although the CVD-SiC material is a dense material, it is deposited from the surface and is difficult to deposit in the back of the aggregate made of SiC fiber. Therefore, the SiC fiber and the SiC matrix are not integrated, and the SiC fiber Can exert the strengthening effect. Further, since the CVD-SiC material is a dense material, it has an action of sealing fine holes of the aggregate made of SiC fibers, and the airtightness can be increased. This effect can be exhibited for both the first SiC fiber-reinforced SiC composite material and the second SiC fiber-reinforced SiC composite material.

（４）前記ＳｉＣマトリックスは、ＳｉＣ繊維からなる前記骨材の隙間を充填するＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材と、前記骨材と前記充填材を覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材よりなる被覆材からなる。
すなわち、ＰＩＰ−ＳｉＣ材は、前駆体層の樹脂を焼成して得られ多孔質であるので内部が緻密なＳｉＣ繊維との境界が明確であり、多孔質のマトリックス側から、亀裂が進展してもＳｉＣ繊維の表面で止まり、ＳｉＣ繊維の破断しにくくできる。一方、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は、緻密な素材であるので、ＳｉＣ繊維からなる骨材の有する微細な孔を封止する作用があり、気密性を高くすることができる。このため、高強度でありながら気密性の高い管状体を得ることができる。この効果は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材と第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材とのいずれについても発揮することができる。 (4) The SiC matrix includes a filler made of a PIP-SiC material that fills a gap between the aggregates made of SiC fibers, and a coating material made of a CVD-SiC material that covers the aggregate and the filler.
That is, since the PIP-SiC material is porous obtained by firing the resin of the precursor layer and has a clear boundary with the dense SiC fiber inside, cracks develop from the porous matrix side. Can also stop at the surface of the SiC fiber, making it difficult for the SiC fiber to break. On the other hand, since the CVD-SiC material is a dense material, it has an action of sealing fine holes of the aggregate made of SiC fibers, and the airtightness can be increased. For this reason, it is possible to obtain a tubular body having high strength and high airtightness. This effect can be exhibited for both the first SiC fiber-reinforced SiC composite material and the second SiC fiber-reinforced SiC composite material.

（５）前記骨材は、ＳｉＣ繊維のストランドを編んだ組紐体である。
すなわち、組紐体は管状の骨材であり、シートを巻いたときにできる巻き始め、巻き終わりなどの端部がない。このため、組紐体が一重であっても、ほつれやすい端部は無い。このため、内層体及び／または外層体を薄く構成しても十分な強度を発揮でき、緩衝層を有していても、全体の厚みを小さくすることができる。さらに、内層体と外層体との間に空隙を有していても、全体の厚みを小さくすることができ設計の自由度を高めることができる。 (5) The aggregate is a braided body in which strands of SiC fibers are knitted.
That is, the braided body is a tubular aggregate and does not have an end portion such as a winding start and a winding end when the sheet is wound. For this reason, even if the braided body is single, there is no end portion that is easily frayed. For this reason, even if the inner layer body and / or the outer layer body are made thin, sufficient strength can be exhibited, and even if the buffer layer is provided, the overall thickness can be reduced. Furthermore, even if there is a gap between the inner layer body and the outer layer body, the entire thickness can be reduced and the degree of design freedom can be increased.

（６）前記管状体は、原子力炉用構造部材である。
原子炉用構造部材では、中性子線照射によって発生するスウェリング、温度差など応力の発生原因が多数ある。スウェリングなどが発生すると、物質は膨張し、原子炉構造部材は互いに応力を発生させる。特に燃料棒、チャンネルボックスなど内部に他の部材を挿入して使用する管状体では、内部の部材の膨張は管状体の破損に結びつく。
本発明では、核燃料など内部の部材が膨張して、内層体側に応力がかかっても緩衝層が応力を吸収し、外層体側の破損を防止することができる。このため管状体そのものの破損をしにくくすることができる。また、ＳｉＣは中性子を吸収しにくいので原子炉用構造部材として好適に利用することができる。 (6) The tubular body is a nuclear reactor structural member.
In the structural member for nuclear reactors, there are many causes of stress such as swelling and temperature difference generated by neutron beam irradiation. When swelling occurs, the material expands and the reactor structural members generate stresses with each other. In particular, in a tubular body that is used by inserting another member into the inside, such as a fuel rod or a channel box, expansion of the inner member leads to breakage of the tubular body.
In the present invention, even if an internal member such as nuclear fuel expands and a stress is applied to the inner layer side, the buffer layer absorbs the stress and can prevent the outer layer side from being damaged. For this reason, it is difficult to damage the tubular body itself. Moreover, since SiC hardly absorbs neutrons, it can be suitably used as a structural member for a nuclear reactor.

本発明によれば、管状体が、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる内層体と、第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる外層体と、内層体と外層体とを部分的につなぐＳｉＣからなる緩衝層と、からなる。このため、内層体あるいは外層体の破壊が生じても他方に直接的に波及しないので、外部、他の部材、熱応力によって発生する歪みに対し、強い抵抗力を持つＳｉＣからなる管状体を提供することができる。 According to the present invention, the tubular body partially includes an inner layer body made of the first SiC fiber-reinforced SiC composite material, an outer layer body made of the second SiC fiber-reinforced SiC composite material, and the inner layer body and the outer layer body. And a buffer layer made of SiC to be connected. For this reason, even if the inner layer body or the outer layer body is broken, it does not directly affect the other, so that a tubular body made of SiC having a strong resistance to the strain generated by the outside, other members, and thermal stress is provided. can do.

（Ａ）は本発明に係る管状体の全体斜視図であり、（Ｂ）は端面図である。(A) is the whole perspective view of the tubular body concerning the present invention, and (B) is an end view. （Ａ）は熱処理前の図１（Ｂ）における“ＩＩ”位置の拡大断面図であり、（Ｂ）は熱処理後の図１（Ｂ）における“ＩＩ”位置の拡大断面図である。FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view at “II” position in FIG. 1B before heat treatment, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view at “II” position in FIG. 1B after heat treatment. （Ａ）〜（Ｃ）は管状体の製造方法を示す工程図である。(A)-(C) are process drawings which show the manufacturing method of a tubular body. （Ａ）〜（Ｄ）は外層体と内層体との間に前駆体層が挟まれた挿入ユニットの製造方法を示す工程図である。(A)-(D) are process drawings which show the manufacturing method of the insertion unit by which the precursor layer was pinched | interposed between the outer layer body and the inner layer body.

本発明の管状体について説明する。 The tubular body of the present invention will be described.

（２）前記支持部は、多孔質のＳｉＣである。
すなわち、支持部が、多孔体であると、内層体あるいは外層体と比較して緩衝層を破壊しやすくすることができるので、熱応力、外部からの応力が加わりにくい側の層はより保護され、管状体そのものが破壊することをより防止することができる。
なお、多孔質のＳｉＣは、気孔が連続気孔で構成されていることが好ましい。気孔が連続気孔で構成されることにより、支持部が潰れやすくすることができ、管状体を貫通する破壊をより防止することができる。 (2) The support portion is porous SiC.
That is, when the support portion is a porous body, the buffer layer can be easily broken as compared with the inner layer body or the outer layer body, and therefore the layer on the side to which thermal stress and external stress are hardly applied is more protected. The tubular body itself can be further prevented from being destroyed.
The porous SiC preferably has continuous pores. By configuring the pores as continuous pores, the support portion can be easily crushed, and breakage that penetrates the tubular body can be further prevented.

（６）前記管状体は、原子力炉用構造部材である。
原子炉用構造部材では、中性子線照射によって発生するスウェリング、温度差など応力の発生原因が多数ある。スウェリングなどが発生すると、物質は膨張し、原子炉構造部材は互いに応力を発生させる。特に燃料棒、チャンネルボックスなど内部に他の部材を挿入して使用する管状体では、内部の部材の膨張は管状体の破損に結びつく。
本発明では、核燃料など内部の部材が膨張して、内層体側に応力がかかっても緩衝層が応力を吸収し、外層体側の破損を防止することができる。このため管状体を貫通する破損をしにくくすることができる。 (6) The tubular body is a nuclear reactor structural member.
In the structural member for nuclear reactors, there are many causes of stress such as swelling and temperature difference generated by neutron beam irradiation. When swelling occurs, the material expands and the reactor structural members generate stresses with each other. In particular, in a tubular body that is used by inserting another member into the inside, such as a fuel rod or a channel box, expansion of the inner member leads to breakage of the tubular body.
In the present invention, even if an internal member such as nuclear fuel expands and a stress is applied to the inner layer side, the buffer layer absorbs the stress and can prevent the outer layer side from being damaged. For this reason, it is possible to make it difficult to break through the tubular body.

管状体の製造方法は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる内層体の外側に第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる外層体を前駆体層を挟んで配置し挿入ユニットを形成し、前記挿入ユニットを熱処理することにより前駆体層が焼成され、前記内層体と前記外層体とを部分的につなぐＳｉＣからなる接続層を形成する。 The tubular body is manufactured by arranging an outer layer body made of a second SiC fiber reinforced SiC composite material with a precursor layer sandwiched outside an inner layer body made of a first SiC fiber reinforced SiC composite material to form an insertion unit. The precursor layer is fired by heat-treating the insertion unit to form a connection layer made of SiC that partially connects the inner layer body and the outer layer body.

従って、管状体となる挿入ユニットは、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる内層体と、内層体の外側に接続層を形成する前駆体層を介して接続される第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる外層体とを有する。熱処理により管状体が得られると、前駆体層は、内層体と外層体とを部分的につなぐ接続層となる。
このため、内層体あるいは外層体の破壊が生じても他方に直接的に波及しないので、外部、他の部材、熱応力によって発生する歪みに対し、強い抵抗力を持つＳｉＣからなる管状体を提供することができる。 Therefore, the insertion unit to be a tubular body includes an inner layer body made of the first SiC fiber reinforced SiC composite and a second SiC fiber reinforced member connected via a precursor layer that forms a connection layer outside the inner layer body. And an outer layer body made of a SiC composite material. When the tubular body is obtained by the heat treatment, the precursor layer becomes a connection layer that partially connects the inner layer body and the outer layer body.
For this reason, even if the inner layer body or the outer layer body is broken, it does not directly affect the other, so that a tubular body made of SiC having a strong resistance to the strain generated by the outside, other members, and thermal stress is provided. can do.

前駆体層の主成分は、焼成することによりＳｉＣが得られるＳｉＣ前駆体からなる。ＳｉＣ前駆体としては、例えばポリカルボシランなどが挙げられる。シリカとカーボン、あるいはシリカと有機物とをＳｉＣ前駆体として使用することができる。シリカの形態は特に限定されず、ナノシリカ、シリカ粉末などが利用できる。 The main component of the precursor layer consists of a SiC precursor from which SiC can be obtained by firing. Examples of the SiC precursor include polycarbosilane. Silica and carbon, or silica and organic matter can be used as the SiC precursor. The form of silica is not particularly limited, and nano silica, silica powder, and the like can be used.

ポリカルボシランをＳｉＣ前駆体として使用した場合には、ポリカルボシランの分子中に含まれる炭素と珪素が焼成によってＳｉＣに変わる。
シリカとカーボンあるいはシリカと有機物とを組み合わせた場合には、シリカに含まれる珪素とカーボンが反応しＳｉＣが得られる。
シリカと有機物とを組み合わせた場合には、シリカに含まれる珪素と有機物に含まれるカーボンが反応しＳｉＣが得られる。 When polycarbosilane is used as the SiC precursor, carbon and silicon contained in the molecule of polycarbosilane are changed to SiC by firing.
When silica and carbon or silica and organic matter are combined, silicon and carbon contained in silica react to obtain SiC.
When silica and an organic substance are combined, silicon contained in silica reacts with carbon contained in the organic substance to obtain SiC.

前駆体層には、ＳｉＣ前駆体のほかにＳｉＣ粉を含んでいてもよい。ＳｉＣ粉を含んでいると熱処理を加えたときに、前駆体層が、流出しにくくすることができる。
また、前駆体層にはこのほかに溶媒、分散媒などを含んでいてもよい。溶媒あるいは分散媒としてはアルコール、テトラヒドロフラン、水などが挙げられ、熱処理によって揮散する。分散媒と溶媒の違いはＳｉＣ前駆体が、溶解しているかどうかであって、溶解している場合には溶媒と呼び、溶解していない場合には分散媒と呼ぶ。 The precursor layer may contain SiC powder in addition to the SiC precursor. When the SiC powder is included, the precursor layer can be made difficult to flow out when heat treatment is applied.
In addition to the above, the precursor layer may contain a solvent, a dispersion medium, and the like. Examples of the solvent or dispersion medium include alcohol, tetrahydrofuran, water, and the like, and are volatilized by heat treatment. The difference between the dispersion medium and the solvent is whether or not the SiC precursor is dissolved. When the SiC precursor is dissolved, it is called a solvent, and when it is not dissolved, it is called a dispersion medium.

本発明の管状体の断面形状は、特に限定されない。丸パイプ形状、角パイプ形状のほか多角形、長方形、菱形、長方形などどのようなものでも利用することができる。
本発明の管状体は、内層体が外層体の内側に挿入することができればよく、内層体、外層体、緩衝層の大きさ、厚さは特に限定されない。 The cross-sectional shape of the tubular body of the present invention is not particularly limited. Any shape such as a round pipe shape, a square pipe shape, a polygon, a rectangle, a rhombus, and a rectangle can be used.
The tubular body of the present invention is not particularly limited as long as the inner layer body can be inserted inside the outer layer body, and the size and thickness of the inner layer body, the outer layer body, and the buffer layer are not particularly limited.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１（Ａ）は本発明に係る管状体の全体斜視図であり、図１（Ｂ）は端面図である。図２（Ａ）は熱処理前の図１（Ｂ）における“ＩＩ”位置の拡大断面図であり、図２（Ｂ）は熱処理後の図１（Ｂ）における“ＩＩ”位置の拡大断面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は管状体の製造方法を示す工程図である。図４（Ａ）〜（Ｄ）は外層体と内層体との間に前駆体層が挟まれた挿入ユニットの製造方法を示す工程図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 (A) is an overall perspective view of a tubular body according to the present invention, and FIG. 1 (B) is an end view. 2A is an enlarged cross-sectional view at the “II” position in FIG. 1B before heat treatment, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view at the “II” position in FIG. 1B after heat treatment. is there. 3A to 3C are process diagrams showing a method for manufacturing a tubular body. 4A to 4D are process diagrams showing a method of manufacturing an insertion unit in which a precursor layer is sandwiched between an outer layer body and an inner layer body.

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、管状体１０は、管状の内層体２０と、内層体２０の外側に配置された管状の外層体３０と、内層体２０と外層体３０とを部分的につなぐ緩衝層４０とを有する。
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、内層体２０は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１から形成される（図２参照）。第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１は、ＳｉＣ繊維の骨材２２とＳｉＣマトリックス２３とから構成される。
外層体３０は、第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材３１から形成される。第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材３１は、ＳｉＣ繊維の骨材３２とＳｉＣマトリックス３３とから構成される。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the tubular body 10 includes a tubular inner layer body 20, a tubular outer layer body 30 disposed outside the inner layer body 20, and the inner layer body 20 and the outer layer body. And a buffer layer 40 that partially connects the 30.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the inner layer body 20 is formed of a first SiC fiber-reinforced SiC composite material 21 (see FIG. 2). The first SiC fiber-reinforced SiC composite material 21 is composed of an SiC fiber aggregate 22 and an SiC matrix 23.
Outer layer body 30 is formed from second SiC fiber-reinforced SiC composite material 31. The second SiC fiber-reinforced SiC composite material 31 is composed of an SiC fiber aggregate 32 and an SiC matrix 33.

内層体２０を形成する第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１と、外層体３０を形成する第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材３１とは、同一の形態であっても良いし、異なっていても良い。なお、以下の説明においては、主に内層体２０を形成する第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１について説明する。
骨材２２は、例えばＳｉＣ繊維のストランドを編んだ組紐体を用いることができる。骨材２２は、このほかにもＳｉＣ繊維の組み方の異なるさまざまな形態の骨材を利用することができる。例えば、織布体、不織布体、フィラメントワインディング体などがある。織布には、平織、綾織などさまざまな形態の織布体を利用することができる。不織布体であれば、抄造体、フェルト体などの形態が挙げられる。 The first SiC fiber reinforced SiC composite material 21 forming the inner layer body 20 and the second SiC fiber reinforced SiC composite material 31 forming the outer layer body 30 may be in the same form or different. Also good. In the following description, the first SiC fiber-reinforced SiC composite material 21 that mainly forms the inner layer body 20 will be described.
As the aggregate 22, for example, a braided body in which strands of SiC fibers are knitted can be used. In addition to the above, the aggregate 22 can use various forms of aggregates having different ways of assembling SiC fibers. For example, there are a woven fabric, a non-woven fabric, and a filament winding body. Various types of woven fabrics such as plain weave and twill weave can be used as the woven fabric. If it is a nonwoven fabric body, forms, such as a papermaking body and a felt body, are mentioned.

ＳｉＣマトリックス２３の形態も特に限定されない。例えばＳｉＣマトリックス２３は、ＳｉＣ繊維からなる骨材２２の隙間を充填するＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材２４と、骨材２２と充填材２４の表面を覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材よりなる被覆材２５とからなる。
ＳｉＣマトリックス２３は、これに限定されず、ＰＩＰ−ＳｉＣ材のみ、ＣＶＤ−ＳｉＣ材のみからなってもよい。
ＰｉＰ−ＳｉＣ材は、例えば、ポリカルボシランなどＳｉＣ前駆体を焼成する前駆体法で得ることができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ材は、気体の原料ガスの熱分解よるＣＶＤ法で得ることができる。
骨材２２とＳｉＣマトリックス２３の組み合わせは特に限定されず、どのように組み合わせも適用することができる。 The form of the SiC matrix 23 is not particularly limited. For example, the SiC matrix 23 includes a filler 24 made of a PIP-SiC material filling a gap between the aggregates 22 made of SiC fibers, and a covering material 25 made of a CVD-SiC material covering the surfaces of the aggregate 22 and the filler 24. Consists of.
The SiC matrix 23 is not limited to this, and may be composed of only a PIP-SiC material or only a CVD-SiC material.
The PiP-SiC material can be obtained, for example, by a precursor method in which a SiC precursor such as polycarbosilane is baked. The CVD-SiC material can be obtained by a CVD method based on thermal decomposition of a gaseous source gas.
The combination of the aggregate 22 and the SiC matrix 23 is not particularly limited, and any combination can be applied.

次に、管状体の製造方法について説明する。
図３（Ａ）に示すように、内層体２０を外層体３０の内側に挿入して内層体２０の外側に外層体３０を配置し、図３（Ｂ）に示すように、内層体２０と外層体３０との間に緩衝層４０の前駆体層４３を配置して挿入ユニット１１（図１（Ａ）および図１（Ｂ）においてカッコ書き参照）を形成する。
そして、図３（Ｃ）に示すように、挿入ユニット１１を熱処理することにより、内層体２０と外層体３０とを部分的に接続する（図２（Ｂ）参照）ＳｉＣからなる緩衝層４０を形成して、管状体１０を形成する。 Next, the manufacturing method of a tubular body is demonstrated.
As shown in FIG. 3 (A), the inner layer body 20 is inserted inside the outer layer body 30, and the outer layer body 30 is arranged outside the inner layer body 20, and as shown in FIG. A precursor layer 43 of the buffer layer 40 is disposed between the outer layer body 30 and the insertion unit 11 (see parentheses in FIGS. 1A and 1B).
And as shown in FIG.3 (C), the buffer layer 40 which consists of SiC which connects the inner-layer body 20 and the outer-layer body 30 partially by heat-processing the insertion unit 11 (refer FIG.2 (B)). To form the tubular body 10.

ＳｉＣからなる緩衝層４０の形成について詳しく説明する。管状体の製造方法として、前駆体である樹脂を焼成しＳｉＣを得る前駆体法が利用できる。この方法では、内層体２０と外層体３０との間に前駆体層４３を配置し、挿入ユニットを形成する。（図２（Ａ）参照）次に挿入ユニットを熱処理することにより前駆体層４３を焼成することにより緩衝層を形成し得ることができる。（図２（Ｂ）参照）この前駆体層４３は焼成の過程で有機物などが分解し空隙が形成されるので、多孔質の緩衝層を得ることができる。また、ＳｉＣ前駆体にＳｉＣ粉を加えても良い。ＳｉＣ粉を加えることで焼成の過程における流出を防止でき、効率よく緩衝層を形成することができる。 The formation of the buffer layer 40 made of SiC will be described in detail. As a method for producing the tubular body, a precursor method in which a precursor resin is fired to obtain SiC can be used. In this method, the precursor layer 43 is disposed between the inner layer body 20 and the outer layer body 30 to form an insertion unit. (See FIG. 2A) Next, the buffer layer can be formed by firing the precursor layer 43 by heat-treating the insertion unit. (Refer to FIG. 2B.) Since the precursor layer 43 decomposes organic substances and forms voids in the course of firing, a porous buffer layer can be obtained. Further, SiC powder may be added to the SiC precursor. By adding the SiC powder, it is possible to prevent the outflow in the firing process and to efficiently form the buffer layer.

また、図２（Ｂ）に示すように、緩衝層４０は、内層体２０と外層体３０との間に架け渡された支持部４１と、支持部４１間に形成された空隙４２と、からなる。支持部４１は、多孔質のＳｉＣから形成される。支持部は、緩衝層に部分的に形成されていれば良く、どのような形態で形成されていても良い。例えば、柱状、壁状、メッシュ状などが挙げられる。このほかにも緩衝層に外層体と内層体とをつなぐ空隙がランダムに多数形成された残部が支持部を構成してもよい。 In addition, as shown in FIG. 2B, the buffer layer 40 includes a support portion 41 spanned between the inner layer body 20 and the outer layer body 30, and a gap 42 formed between the support portions 41. Become. The support part 41 is formed from porous SiC. The support part should just be formed partially in the buffer layer, and may be formed in what kind of form. For example, columnar shape, wall shape, mesh shape and the like can be mentioned. In addition to this, the remaining portion in which a large number of voids connecting the outer layer body and the inner layer body are randomly formed in the buffer layer may constitute the support portion.

緩衝層４０となる前駆体層４３の形成方法は、種々のものがある。
図４（Ａ）は、外周塗布法、図４（Ｂ）は内周塗布法、図４（Ｃ）は注入法、図４（Ｃ）はディップ法を示している。
＜外周塗布法＞
例えば、外周塗布法では、図４（Ａ）に示すように、内層体２０の外面にＳｉＣ前駆体にＳｉＣ粉を分散した液を塗布した後、内層体２０を外層体３０の内部に挿入して挿入ユニット１１を形成する。なお、ＳｉＣ粉は必須ではなく、使用しなくてもよい。 There are various methods for forming the precursor layer 43 to be the buffer layer 40.
4A shows an outer periphery coating method, FIG. 4B shows an inner periphery coating method, FIG. 4C shows an injection method, and FIG. 4C shows a dip method.
<Outer periphery coating method>
For example, in the outer periphery coating method, as shown in FIG. 4A, a liquid in which SiC powder is dispersed in a SiC precursor is applied to the outer surface of the inner layer body 20, and then the inner layer body 20 is inserted into the outer layer body 30. Thus, the insertion unit 11 is formed. In addition, SiC powder is not essential and may not be used.

＜内周塗布法＞
あるいは、図４（Ｂ）に示す内周塗布法では、外層体３０の内面にＳｉＣ前駆体にＳｉＣ粉を分散した液を塗布した後、内層体２０を外層体３０の内部に挿入して挿入ユニット１１を形成する。なお、ＳｉＣ粉は必須ではなく、使用しなくてもよい。 <Inner circumference coating method>
Alternatively, in the inner circumference coating method shown in FIG. 4B, after applying a liquid in which SiC powder is dispersed in a SiC precursor to the inner surface of the outer layer body 30, the inner layer body 20 is inserted into the outer layer body 30 and inserted. Unit 11 is formed. In addition, SiC powder is not essential and may not be used.

＜注入法＞
また、図４（Ｃ）に示すように、注入法では、外層体３０の内側に内層体２０を挿入し、外層体３０と内層体２０との間の隙間にＳｉＣ前駆体の溶液にＳｉＣ粉を分散した液を注入器４４で注入して、前駆体層４３を形成し、挿入ユニット１１を形成する。なお、ＳｉＣ粉は必須ではなく、使用しなくてもよい。 <Injection method>
Further, as shown in FIG. 4C, in the injection method, the inner layer body 20 is inserted inside the outer layer body 30, and the SiC powder is added to the SiC precursor solution in the gap between the outer layer body 30 and the inner layer body 20. A liquid in which is dispersed is injected by an injector 44 to form a precursor layer 43, and an insertion unit 11 is formed. In addition, SiC powder is not essential and may not be used.

＜ディップ法＞
あるいは、図４（Ｄ）に示すように、ディップ法では、外層体３０の内側に内層体２０を挿入し、これをＳｉＣ前駆体の溶液にＳｉＣ粉を分散した液４５に浸漬して外層体３０と内層体２０との間に前駆体層４３を形成して挿入ユニット１１を形成する。なお、ＳｉＣ粉は必須ではなく、使用しなくてもよい。 <Dip method>
Alternatively, as shown in FIG. 4 (D), in the dipping method, the inner layer body 20 is inserted inside the outer layer body 30, and this is immersed in a liquid 45 in which SiC powder is dispersed in a SiC precursor solution. 30 and the inner layer body 20 are formed with the precursor layer 43 to form the insertion unit 11. In addition, SiC powder is not essential and may not be used.

次に、本実施形態の管状体１０の作用・効果について説明する。
本実施形態の管状体１０によれば、管状体１０は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１からなる内層体２０と、第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材３１からなる外層体３０と、内層体２０と外層体３０とを部分的につなぐＳｉＣからなる緩衝層４０と、からなる。
このため、外部や他の部材から歪みや熱応力が加わり、内層体２０あるいは外層体３０の破壊が生じても他方に直接的に波及しない。また、緩衝層４０は、外層体３０と、内層体２０とを部分的につないでいるので、管状体１０の外側から外層体３０または内層体２０を圧縮させる応力が加わっても、緩衝層４０が破壊されることにより応力を緩和し、他方に破壊を及びにくくすることができる。 Next, operations and effects of the tubular body 10 of the present embodiment will be described.
According to the tubular body 10 of the present embodiment, the tubular body 10 includes an inner layer body 20 made of the first SiC fiber-reinforced SiC composite material 21, an outer layer body 30 made of the second SiC fiber-reinforced SiC composite material 31, and It comprises a buffer layer 40 made of SiC that partially connects the inner layer body 20 and the outer layer body 30.
For this reason, even if distortion or thermal stress is applied from the outside or another member and the inner layer body 20 or the outer layer body 30 is broken, it does not directly affect the other. In addition, since the buffer layer 40 partially connects the outer layer body 30 and the inner layer body 20, even if a stress that compresses the outer layer body 30 or the inner layer body 20 is applied from the outside of the tubular body 10, the buffer layer 40. Can be relieved of stress, and the other can be made hard to break.

さらに、内層体２０と、外層体３０とは、緩衝層４０により部分的につながれているので、熱が伝わりにくく、外層体あるいは内層体の内部に発生する温度差を緩やかにすることができる。このため、熱が伝達される側の層では、発生する熱応力の大きさを小さくすることができる。また、内層体２０と、外層体３０との間の緩衝層４０は、内層体２０と外層体３０とがそれぞれ異なる温度であっても、熱膨張差を容易に吸収することができるので、管状体１０の破壊を防止することができる。 Furthermore, since the inner layer body 20 and the outer layer body 30 are partially connected by the buffer layer 40, heat is not easily transmitted, and the temperature difference generated inside the outer layer body or the inner layer body can be moderated. For this reason, the magnitude | size of the generated thermal stress can be made small in the layer by which the heat is transmitted. In addition, the buffer layer 40 between the inner layer body 20 and the outer layer body 30 can easily absorb the difference in thermal expansion even when the inner layer body 20 and the outer layer body 30 have different temperatures. The destruction of the body 10 can be prevented.

また、内層体２０及び外層体３０はＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材よりなる。ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材は、クラックが入っても骨材２２、３２であるＳｉＣ繊維が切断されにくく全体の形状を保持することができる。さらに、クラックが入っても残ったＳｉＣ繊維の弾力によってクラックが入ったままではあるものの、破損した側の層は元の形状に復元し、管状体１０としての機能を維持したまま継続して使用することができ、必要に応じて管状体１０を交換するまで性能を維持することができる。 The inner layer body 20 and the outer layer body 30 are made of a SiC fiber reinforced SiC composite material. Even if a SiC fiber reinforced SiC composite material cracks, the SiC fiber which is the aggregates 22 and 32 is hard to be cut | disconnected, and can hold | maintain the whole shape. Furthermore, although the crack remains in the crack due to the elasticity of the remaining SiC fiber, the damaged layer is restored to its original shape, and it is continuously used while maintaining the function as the tubular body 10. It is possible to maintain the performance until the tubular body 10 is replaced as necessary.

本実施形態の管状体１０によれば、緩衝層４０は、支持部４１と空隙４２とからなり、内層体２０と、外層体３０とは、支持部４１の部分で接続され、空隙４２の部分では、接続しない。
このため、緩衝層４０による内層体２０と外層体３０との接続は、相対的に弱くなる。内層体２０と外層体３０との間隔が広がる方向に応力が加わった場合には、支持部４１が破断し、内層体２０と外層体３０との間隔が狭まる方向に応力が加わった場合には、支持部４１が潰れる。このため、熱応力、外部からの応力が加わりにくい側の層は保護され、管状体１０を貫通する破壊を防止することができる。 According to the tubular body 10 of the present embodiment, the buffer layer 40 includes the support portion 41 and the gap 42, and the inner layer body 20 and the outer layer body 30 are connected to each other at the portion of the support portion 41. Then, do not connect.
For this reason, the connection between the inner layer body 20 and the outer layer body 30 by the buffer layer 40 is relatively weak. When stress is applied in the direction in which the distance between the inner layer body 20 and the outer layer body 30 is increased, the support portion 41 is broken, and when stress is applied in the direction in which the distance between the inner layer body 20 and the outer layer body 30 is reduced. The support part 41 is crushed. For this reason, the layer on the side to which thermal stress and external stress are difficult to be applied is protected, and breakage through the tubular body 10 can be prevented.

本実施形態の管状体１０によれば、支持部４１は、多孔質のＳｉＣである。
すなわち、内層体２０と外層体３０とを部分的に接続する支持部４１が、多孔体であると、内層体２０あるいは外層体３０と比較して緩衝層４０を破壊しやすくすることができる。このため、熱応力、外部からの応力が加わりにくい側の層はより保護され、管状体１０を貫通する破壊をより防止することができる。 According to the tubular body 10 of the present embodiment, the support portion 41 is porous SiC.
That is, when the support portion 41 that partially connects the inner layer body 20 and the outer layer body 30 is a porous body, the buffer layer 40 can be easily broken compared to the inner layer body 20 or the outer layer body 30. For this reason, the layer on the side to which thermal stress and external stress are not easily applied is further protected, and breakage penetrating the tubular body 10 can be further prevented.

本実施形態の管状体１０によれば、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１及び／または第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材３１は、ＳｉＣ繊維からなる骨材２２、３２とＳｉＣマトリックス２３、３３とからなり、ＳｉＣマトリックス２３、３３は、ＰＩＰ−ＳｉＣ材またはＣＶＤ−ＳｉＣ材である。
すなわち、ＰＩＰ−ＳｉＣ材は、前駆体層の樹脂を焼成して得られ多孔質であるので内部が緻密なＳｉＣ繊維と境界とが明確であり、多孔質のマトリックス側から、亀裂が進展してもＳｉＣ繊維の表面で止まり、ＳｉＣ繊維の破断しにくくできる。また、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は、緻密な素材ではあるが、表面から沈着し、ＳｉＣ繊維からなる骨材の奥には沈着しにくいので、ＳｉＣ繊維と、ＳｉＣマトリックスとが一体化せず、ＳｉＣ繊維による強化作用を発揮することができる。さらに、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は、緻密な素材であるので、ＳｉＣ繊維からなる骨材の有する微細な孔を封止する作用があり、気密性を高くすることができる。この効果は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材と第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材とのいずれについても発揮することができる。 According to the tubular body 10 of the present embodiment, the first SiC fiber reinforced SiC composite material 21 and / or the second SiC fiber reinforced SiC composite material 31 includes aggregates 22 and 32 made of SiC fibers, an SiC matrix 23, The SiC matrices 23 and 33 are PIP-SiC materials or CVD-SiC materials.
That is, the PIP-SiC material is obtained by firing the resin of the precursor layer and is porous, so the inside of the SiC fiber and the boundary are clear, and cracks develop from the porous matrix side. Can also stop at the surface of the SiC fiber, making it difficult for the SiC fiber to break. In addition, although the CVD-SiC material is a dense material, it is deposited from the surface and is difficult to deposit in the back of the aggregate made of SiC fiber. Therefore, the SiC fiber and the SiC matrix are not integrated, and the SiC fiber Can exert the strengthening effect. Further, since the CVD-SiC material is a dense material, it has an action of sealing fine holes of the aggregate made of SiC fibers, and the airtightness can be increased. This effect can be exhibited for both the first SiC fiber-reinforced SiC composite material and the second SiC fiber-reinforced SiC composite material.

本実施形態の管状体１０によれば、ＳｉＣマトリックス２３、３３は、ＳｉＣ繊維からなる骨材２２、３２の隙間を充填するＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材２４と、骨材２２、３２と充填材２４を覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材よりなる被覆材２５からなる。
すなわち、ＰＩＰ−ＳｉＣ材は、前駆体層の樹脂を焼成して得られ多孔質であるので内部が緻密なＳｉＣ繊維との境界が明確であり、多孔質のマトリックス側から、亀裂が進展してもＳｉＣ繊維の表面で止まり、ＳｉＣ繊維の破断しにくくできる。また、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は、緻密な素材であるので、ＳｉＣ繊維からなる骨材の有する微細な孔を封止する作用があり、気密性を高くすることができる。このため、高強度でありながら気密性の高い管状体を得ることができる。この効果は、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材と第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材とのいずれについても発揮することができる。 According to the tubular body 10 of the present embodiment, the SiC matrices 23 and 33 are filled with the filler 24 made of the PIP-SiC material filling the gaps between the aggregates 22 and 32 made of SiC fibers, and the aggregates 22 and 32. It consists of a covering material 25 made of a CVD-SiC material covering the material 24.
That is, since the PIP-SiC material is porous obtained by firing the resin of the precursor layer and has a clear boundary with the dense SiC fiber inside, cracks develop from the porous matrix side. Can also stop at the surface of the SiC fiber, making it difficult for the SiC fiber to break. Further, since the CVD-SiC material is a dense material, it has an action of sealing fine holes of the aggregate made of SiC fibers, and the airtightness can be increased. For this reason, it is possible to obtain a tubular body having high strength and high airtightness. This effect can be exhibited for both the first SiC fiber-reinforced SiC composite material and the second SiC fiber-reinforced SiC composite material.

本実施形態の管状体１０によれば、骨材２２、３２は、ＳｉＣ繊維のストランドを編んだ組紐体である。
すなわち、組紐体は管状の骨材であり、シートを巻いたときにできる長手方向の、巻き始め、巻き終わりなどの端部がなく、組紐体が一重であっても、ほつれやすい端部は無い。このため、内層体２０及び／または外層体３０を薄く構成しても十分な強度を発揮でき、緩衝層４０を有していても、全体の厚みを小さくすることができる。さらに、内層体２０と外層体３０との間に空隙４２を有していても、全体の厚みを小さくすることができ設計の自由度を高めることができる。 According to the tubular body 10 of the present embodiment, the aggregates 22 and 32 are braided bodies knitted with strands of SiC fibers.
In other words, the braided body is a tubular aggregate, there are no longitudinal end portions such as winding start and end of winding when the sheet is wound, and there is no end portion that is easy to fray even if the braided body is single. . For this reason, even if it comprises the inner layer body 20 and / or the outer layer body 30 thinly, sufficient intensity | strength can be exhibited, and even if it has the buffer layer 40, the whole thickness can be made small. Furthermore, even if there is a gap 42 between the inner layer body 20 and the outer layer body 30, the overall thickness can be reduced and the degree of freedom in design can be increased.

本実施形態の管状体１０によれば、管状体１０は、原子力炉用構造部材である。
原子炉用構造部材では、中性子線照射によって発生するスウェリング、温度差など応力の発生原因が多数ある。スウェリングなどが発生すると、物質は膨張し、原子炉構造部材は互いに応力を発生させる。特に燃料棒、チャンネルボックスなど内部に他の部材を挿入して使用する管状体１０では、内部の部材の膨張は管状体１０の破損に結びつく。
本発明では、核燃料など内部の部材が膨張して、内層体２０に応力がかかっても緩衝層４０が応力を吸収し、外層体３０の破損を防止することができる。このため管状体１０を貫通する破損をしにくくすることができる。 According to the tubular body 10 of the present embodiment, the tubular body 10 is a structural member for a nuclear reactor.
In the structural member for nuclear reactors, there are many causes of stress such as swelling and temperature difference generated by neutron beam irradiation. When swelling occurs, the material expands and the reactor structural members generate stresses with each other. In particular, in the tubular body 10 that is used by inserting another member into the inside such as a fuel rod or a channel box, expansion of the inner member leads to breakage of the tubular body 10.
In the present invention, even if an internal member such as nuclear fuel expands and stress is applied to the inner layer body 20, the buffer layer 40 absorbs the stress and can prevent the outer layer body 30 from being damaged. For this reason, it is possible to make it difficult to break through the tubular body 10.

次に、本実施形態の管状体の製造方法の作用・効果について説明する。
本実施形態の管状体１０の製造方法によれば、第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１からなる内層体２０の外側に第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材３１からなる外層体３０を配置する。そして、内層体２０と外層体３０との間に前駆体層４３を挟んで配置して挿入ユニットを形成し、挿入ユニットを熱処理することにより、前駆体層４３を焼成し内層体２０と外層体３０とを部分的につなぐＳｉＣからなる緩衝層４０を形成する。 Next, operations and effects of the method for manufacturing a tubular body according to the present embodiment will be described.
According to the method for manufacturing the tubular body 10 of the present embodiment, the outer layer body 30 made of the second SiC fiber reinforced SiC composite material 31 is arranged outside the inner layer body 20 made of the first SiC fiber reinforced SiC composite material 21. . And the precursor layer 43 is disposed between the inner layer body 20 and the outer layer body 30 to form an insertion unit, and the insertion unit is heat-treated, whereby the precursor layer 43 is fired, and the inner layer body 20 and the outer layer body are fired. Then, a buffer layer 40 made of SiC that partially connects to the substrate 30 is formed.

従って、管状体１０は、挿入ユニットの段階では第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材２１からなる内層体２０と、内層体２０の外側に緩衝層４０となる前駆体層４３を介して接続される第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材３１からなる外層体３０とを有する。前駆体層４３は、熱処理されることにより内層体２０と外層体３０とを部分的につなぐ緩衝層４０となる。
このため、内層体２０あるいは外層体３０の破壊が生じても他方に直接的に波及しないので、外部、他の部材、熱応力によって発生する歪みに対し、強い抵抗力を持つＳｉＣからなる管状体１０を提供することができる。 Accordingly, the tubular body 10 is connected to the inner layer body 20 made of the first SiC fiber-reinforced SiC composite material 21 and the precursor layer 43 serving as the buffer layer 40 outside the inner layer body 20 at the stage of the insertion unit. And an outer layer body 30 made of the second SiC fiber-reinforced SiC composite material 31. The precursor layer 43 becomes a buffer layer 40 that partially connects the inner layer body 20 and the outer layer body 30 by heat treatment.
For this reason, even if the inner layer body 20 or the outer layer body 30 is broken, it does not directly affect the other, so that the tubular body made of SiC having a strong resistance to the distortion generated by the outside, other members, and thermal stress. 10 can be provided.

本発明の管状体は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。 The tubular body of the present invention is not limited to the embodiment described above, and appropriate modifications and improvements can be made.

（実施例）
次に、具体的な実施例を例示する。
実施例１〜８について共通部分を説明する。
内層体は、外径φ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプを使用する。外層体は内径φ２２ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプを使用する。 (Example)
Next, specific examples will be illustrated.
A common part is demonstrated about Examples 1-8.
The inner layer body uses a pipe of SiC fiber reinforced SiC composite material having an outer diameter of 20 mm, a thickness of 1 mm, and a length of 300 mm. The outer layer body uses an SiC fiber reinforced SiC composite pipe having an inner diameter of 22 mm, a thickness of 2 mm, and a length of 300 mm.

ＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプは、以下のものを使用する。 The following pipes are used for the SiC fiber reinforced SiC composite material.

＜パイプＡ＞（組紐体＋PIP-SiC材＋CVD-SiC材）
ＳｉＣ繊維を束ねたストランドを用いて組紐体を作成する。得られた組紐体にポリカルボシランを含浸したのち熱処理し、ＳｉＣ化させる。次にＣＶＤ炉に入れて、メタンと、トリクロロシランガスを用いて表面にＳｉＣを沈積させる。
このようにして組紐体を骨材とし、骨材の隙間にＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材を有し、充填材と骨材とを覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材を有するＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプが得られる。以下、この構成のパイプを「パイプＡ」とする。 <Pipe A> (braided body + PIP-SiC material + CVD-SiC material)
A braided body is created using a strand in which SiC fibers are bundled. The obtained braid is impregnated with polycarbosilane and then heat-treated to form SiC. Next, it is put in a CVD furnace, and SiC is deposited on the surface using methane and trichlorosilane gas.
In this way, a pipe of SiC fiber reinforced SiC composite material having a braided body as an aggregate, a filler made of PIP-SiC material in the gap of the aggregate, and a CVD-SiC material covering the filler and the aggregate. Is obtained. Hereinafter, the pipe having this configuration is referred to as “pipe A”.

＜パイプＢ＞（組紐体＋PIP-SiC材）
ＳｉＣ繊維を束ねたストランドを用いて組紐体を作成する。得られた組紐体にポリカルボシランを含浸したのち熱処理し、ＳｉＣ化させる。
このようにして組紐体を骨材とし、骨材の隙間にＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材を有するＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプが得られる。以下、この構成のパイプを「パイプＢ」とする。 <Pipe B> (braid + PIP-SiC material)
A braided body is created using a strand in which SiC fibers are bundled. The obtained braid is impregnated with polycarbosilane and then heat-treated to form SiC.
In this way, a pipe made of SiC fiber reinforced SiC composite having the braided body as an aggregate and having a filler made of a PIP-SiC material in the gap between the aggregates is obtained. Hereinafter, the pipe having this configuration is referred to as “pipe B”.

＜パイプＣ＞（組紐体＋CVD-SiC材）
ＳｉＣ繊維を束ねたストランドを用いて組紐体を作成する。得られた組紐体をＣＶＤ炉に入れて、メタンと、トリクロロシランガスを用いて表面にＳｉＣを沈積させる。
このようにして組紐体を骨材とし、骨材の隙間および表面にＣＶＤ−ＳｉＣ材を有するＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプが得られる。以下、この構成のパイプを「パイプＣ」とする。 <Pipe C> (braid + CVD-SiC material)
A braided body is created using a strand in which SiC fibers are bundled. The obtained braid is put in a CVD furnace, and SiC is deposited on the surface using methane and trichlorosilane gas.
In this way, a pipe of SiC fiber reinforced SiC composite material having a braided body as an aggregate and having a CVD-SiC material on the gap and the surface of the aggregate is obtained. Hereinafter, the pipe having this configuration is referred to as “pipe C”.

＜パイプＤ＞（フィラメントワインディング体＋PIP-SiC材＋CVD-SiC材）
ＳｉＣ繊維を束ねたストランドをマンドレルに巻回しフィラメントワインディング体をを作成する。得られたフィラメントワインディング体にポリカルボシランを含浸したのち熱処理し、ＳｉＣ化させる。次にマンドレルを抜いた後、ＣＶＤ炉に入れて、メタンと、トリクロロシランガスを用いて表面にＳｉＣを沈積させる。
このようにしてフィラメントワインディング体を骨材とし、骨材の隙間にＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材を有し、充填材と骨材とを覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材を有するＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプが得られる。以下、この構成のパイプを「パイプＤ」とする。 <Pipe D> (Filament winding body + PIP-SiC material + CVD-SiC material)
A strand wound with a SiC fiber is wound around a mandrel to form a filament winding body. The obtained filament winding body is impregnated with polycarbosilane and then heat-treated to form SiC. Next, after the mandrel is removed, it is put in a CVD furnace and SiC is deposited on the surface using methane and trichlorosilane gas.
In this way, the filament winding body is used as an aggregate, and the SiC fiber reinforced SiC composite material having the filler made of the PIP-SiC material in the gap between the aggregates and the CVD-SiC material covering the filler and the aggregate. A pipe is obtained. Hereinafter, the pipe having this configuration is referred to as “pipe D”.

＜パイプＥ＞（織布体＋PIP-SiC材＋CVD-SiC材）
ＳｉＣ繊維を平織りした織布をマンドレルに巻回し織布体を作成する。得られた織布体にポリカルボシランを含浸したのち熱処理し、ＳｉＣ化させる。次にマンドレルを抜いた後、ＣＶＤ炉に入れて、メタンと、トリクロロシランガスを用いて表面にＳｉＣを沈積させる。
このようにして織布体を骨材とし、骨材の隙間にＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材を有し、充填材と骨材とを覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材を有するＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプが得られる。以下、この構成のパイプを「パイプＥ」とする。 <Pipe E> (woven fabric + PIP-SiC material + CVD-SiC material)
A woven fabric obtained by winding a plain woven fabric of SiC fibers around a mandrel is prepared. The obtained woven fabric is impregnated with polycarbosilane and then heat-treated to form SiC. Next, after the mandrel is removed, it is put in a CVD furnace and SiC is deposited on the surface using methane and trichlorosilane gas.
In this way, the woven fabric body is used as an aggregate, and the SiC fiber-reinforced SiC composite material including the filler made of the PIP-SiC material in the gap between the aggregates and the CVD-SiC material covering the filler and the aggregate is used. A pipe is obtained. Hereinafter, the pipe having this configuration is referred to as “pipe E”.

＜パイプＦ＞（不織布体＋PIP-SiC材＋CVD-SiC材）
ＳｉＣ繊維のフェルトをマンドレルに巻回し不織布体を作成する。得られた不織布体にポリカルボシランを含浸したのち熱処理し、ＳｉＣ化させる。次にマンドレルを抜いた後、ＣＶＤ炉に入れて、メタンと、トリクロロシランガスを用いて表面にＳｉＣを沈積させる。
このようにして不織布体を骨材とし、骨材の隙間にＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材を有し、充填材と骨材とを覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材を有するＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材のパイプが得られる。以下、この構成のパイプを「パイプＦ」とする。 <Pipe F> (nonwoven fabric + PIP-SiC material + CVD-SiC material)
A nonwoven fabric is produced by winding felt of SiC fiber around a mandrel. The obtained nonwoven fabric is impregnated with polycarbosilane and then heat treated to form SiC. Next, after the mandrel is removed, it is put in a CVD furnace and SiC is deposited on the surface using methane and trichlorosilane gas.
Thus, the pipe of SiC fiber reinforced SiC composite material which has a non-woven body as an aggregate, has a filler made of PIP-SiC material in the gap between the aggregates, and has a CVD-SiC material covering the filler and the aggregate Is obtained. Hereinafter, the pipe having this configuration is referred to as “pipe F”.

次に具体的な実施例について、表１に従って順に説明する。
表１中「フィラメントワインディング」は「ＦＷ」、「ポリカルボシラン」は「ＰＣＳ」と表記する。 Next, specific examples will be described in order according to Table 1.
In Table 1, “filament winding” is expressed as “FW”, and “polycarbosilane” is expressed as “PCS”.

実施例１は、パイプＡを内層体、パイプＡを外層体とし、外周塗布法で前駆体層を形成し、１２００度で熱処理することにより、本発明の管状体を得ることができる。なお、外周塗布法では、ポリカルボシランとＳｉＣ粉の混合液を使用する。 In Example 1, the tubular body of the present invention can be obtained by forming pipe A as an inner layer body and pipe A as an outer layer body, forming a precursor layer by an outer periphery coating method, and performing heat treatment at 1200 degrees. In the outer periphery coating method, a mixed liquid of polycarbosilane and SiC powder is used.

実施例２は、パイプＢを内層体、パイプＡを外層体とし、内周塗布法で前駆体層を形成し、１２００度で熱処理することにより、本発明の管状体を得ることができる。なお、内周塗布法では、ポリカルボシランとＳｉＣ粉の混合液を使用する。 In Example 2, the pipe B is an inner layer body, the pipe A is an outer layer body, a precursor layer is formed by an inner circumference coating method, and heat treatment is performed at 1200 degrees to obtain the tubular body of the present invention. In the inner periphery coating method, a mixed liquid of polycarbosilane and SiC powder is used.

実施例３は、パイプＣを内層体、パイプＡを外層体とし、注入法で前駆体層を形成し、１２００度で熱処理することにより、本発明の管状体を得ることができる。なお、注入法では、ポリカルボシランとＳｉＣ粉の混合液を使用する。 In Example 3, the pipe C is an inner layer body, the pipe A is an outer layer body, a precursor layer is formed by an injection method, and heat treatment is performed at 1200 degrees to obtain the tubular body of the present invention. In the injection method, a mixed liquid of polycarbosilane and SiC powder is used.

実施例４は、パイプＡを内層体、パイプＤを外層体とし、ディップ法で前駆体層を形成し、１２００度で熱処理することにより、本発明の管状体を得ることができる。なお、ディップ法では、ポリカルボシランの液を使用する。 In Example 4, the pipe A is an inner layer body, the pipe D is an outer layer body, a precursor layer is formed by a dipping method, and heat treatment is performed at 1200 degrees, whereby the tubular body of the present invention can be obtained. In the dip method, a polycarbosilane solution is used.

実施例５は、パイプＥを内層体、パイプＦを外層体とし、外周塗布法で前駆体層を形成し、１２００度で熱処理することにより、本発明の管状体を得ることができる。なお、外周塗布法では、ポリカルボシランとＳｉＣ粉の混合液を使用する。 In Example 5, the pipe E is an inner layer body, the pipe F is an outer layer body, a precursor layer is formed by an outer periphery coating method, and heat treatment is performed at 1200 degrees to obtain the tubular body of the present invention. In the outer periphery coating method, a mixed liquid of polycarbosilane and SiC powder is used.

いずれの管状体も第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる内層体と、第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなるとともに前記内層体の外側に配置された外層体と、内層体と外層体とを部分的につなぐＳｉＣからなる緩衝層と、からなり、破損しにくい管状体を得ることができる。
また、いずれの管状体も中性子を吸収しにくいＳｉＣよりなるので原子炉用構造部材として好適に利用することができる。 Each tubular body is composed of an inner layer body made of the first SiC fiber-reinforced SiC composite material, an outer layer body made of the second SiC fiber-reinforced SiC composite material and disposed outside the inner layer body, and the inner layer body and the outer layer body. It is possible to obtain a tubular body that is composed of a buffer layer made of SiC and that is not easily damaged.
Further, since any tubular body is made of SiC that hardly absorbs neutrons, it can be suitably used as a structural member for a nuclear reactor.

本発明の管状体は、原子力炉用構造部材に用いることができる。 The tubular body of the present invention can be used for a nuclear reactor structural member.

１０管状体
２０内層体
２１第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材
２２、３２骨材
２３、３３ＳｉＣマトリックス
２４充填材
２５被覆材
３０外層体
３１第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材
４０緩衝層
４１支持部
４２空隙
４３前駆体層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Tubular body 20 Inner layer body 21 1st SiC fiber reinforced SiC composite material 22, 32 Aggregate 23, 33 SiC matrix 24 Filler 25 Covering material 30 Outer layer 31 2nd SiC fiber reinforced SiC composite material 40 Buffer layer 41 Support Part 42 void 43 precursor layer

Claims

第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなる内層体と、
第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材からなるとともに前記内層体の外側に配置された外層体と、
前記内層体と前記外層体とを部分的につなぐＳｉＣからなる緩衝層と、
からなり、
前記緩衝層は、前記内層体と前記外層体との間に架け渡された連続気孔で構成される多孔質のＳｉＣ支持部と、前記支持部間に形成された空隙と、からなることを特徴とする管状体。 An inner layer body made of a first SiC fiber-reinforced SiC composite;
An outer layer body made of a second SiC fiber-reinforced SiC composite and disposed outside the inner layer body;
A buffer layer made of SiC that partially connects the inner layer body and the outer layer body;
Tona is,
The buffer layer is composed of a porous SiC support portion configured by continuous pores spanned between the inner layer body and the outer layer body, and a void formed between the support portions. A tubular body.

前記第１のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材及び／または前記第２のＳｉＣ繊維強化ＳｉＣ複合材は、ＳｉＣ繊維からなる骨材とＳｉＣマトリックスとからなり、
前記ＳｉＣマトリックスは、ＰｉＰ−ＳｉＣ材またはＣＶＤ−ＳｉＣ材であることを特徴とする請求項１に記載の管状体。 The first SiC fiber reinforced SiC composite and / or the second SiC fiber reinforced SiC composite is composed of an aggregate made of SiC fibers and a SiC matrix,
The tubular body according to claim 1 , wherein the SiC matrix is a PiP-SiC material or a CVD-SiC material.

前記ＳｉＣマトリックスは、ＳｉＣ繊維からなる前記骨材の隙間を充填するＰＩＰ−ＳｉＣ材よりなる充填材と、前記骨材と前記充填材を覆うＣＶＤ−ＳｉＣ材よりなる被覆材とからなることを特徴とする請求項２に記載の管状体。 The SiC matrix is composed of a filler made of a PIP-SiC material that fills a gap between the aggregates made of SiC fibers, and a covering material made of a CVD-SiC material that covers the aggregate and the filler. The tubular body according to claim 2 .

前記骨材は、ＳｉＣ繊維のストランドを編んだ組紐体であることを特徴とする請求項２又は３に記載の管状体。 The tubular body according to claim 2 or 3 , wherein the aggregate is a braided body in which strands of SiC fibers are knitted.

前記管状体は、原子力炉用構造部材であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の管状体。 The tubular body according to any one of claims 1 to 4 , wherein the tubular body is a nuclear reactor structural member.