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高強度SiC繊維/SiC複合材料の製造方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P03A002014
整理番号 A071P82
掲載日 2003年10月1日
出願番号 特願2001-052147
公開番号 特開2002-255648
登録番号 特許第4527299号
出願日 平成13年2月27日(2001.2.27)
公開日 平成14年9月11日(2002.9.11)
登録日 平成22年6月11日(2010.6.11)
発明者
  • 香山 晃
  • 小谷 政規
  • 加藤 雄大
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 高強度SiC繊維/SiC複合材料の製造方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 前躯体樹脂含浸焼成法により、密度が高く、機械的特性に優れたSiC繊維/SiC複合材料を製造する方法を提供する。大気または真空中で、下記(a)、(b)で示される構造を有し、かつ単位構造の(a)/(b)比が1であるポリビニルシランを含浸させた樹脂含浸SiC繊維成形体を不活性ガス雰囲気中で300~400℃に加熱してポリビニルシランを高粘度液体ないし半固体状態に硬化させた後、一軸加圧しながらアルゴンガス雰囲気中で焼成する。含浸させるポリビニルシランに50質量%未満の微細SiC粒子を均一混合させることもできる。一軸加圧焼成後、ポリビニルシランの含浸と無加圧焼成を繰り返すと、密度はさらに高くなる。
従来技術、競合技術の概要
航空・宇宙分野、原子力分野等の過酷な環境下で使用される材料として、耐熱性、耐食性、機械的特性に優れたSiC,Si34等、種々のセラミックス材料が開発されてきた。セラミックス材料は、熱交換器,メカニカルシール等の過酷な条件に曝される部材としても使用されている。
なかでも、SiCは、耐熱性および耐摩耗性に優れていることは勿論、中性子照射条件下でも長寿命の放射性核種が発生しにくいことを活用し、航空・宇宙用途から原子力等の先進エネルギーシステム用途までの広範囲な分野において有望視されている構造材料である。
SiCは、融点が2600℃と高温特性に優れているが、それ自体では脆い材料である。そこで、SiC繊維で強化したSiC繊維/SiC複合材料が提案されている[A.Lacombe and C.Bonnet, 2nd Int.Aerospace Planes Conf.Proc.AIAA-90-5208(1990), C. W. Hollenberg et al., J. Nucl. Mat., 219, (1995)70-86参照]。
【0003】
SiC繊維/SiC複合材料の製造方法の一つとして、SiC繊維の成形体に前躯体樹脂を含浸・焼成して母相を形成させる前躯体樹脂含浸焼成法が用いられている。この製造法は、液状原料を繊維成形体に含浸させる点で繊維強化樹脂(FRP)の製造方法と類似していることから、大型・複雑形状部品の製造技術として有望視されている。しかしながら、繊維間に含浸された前躯体樹脂はその熱分解過程で、密度変化と重量損失により大幅な体積収縮を起こし、材料内に不可避的に多くの気孔が形成されて、結果的に気孔率の大きい材料となり、所期の特性を発揮できていない。
【0004】
このため、形成された気孔に前躯体樹脂の含浸・焼成を繰返すことにより、緻密化を行なっているが、前躯体樹脂がランダム方向に沸き上がりつつ硬化する際に気孔口を塞いでしまうため、以後の樹脂含浸を阻害して繊維間や繊維束間領域に樹脂が達し得ず、充分な緻密化が達成し得ない。
また、樹脂を含浸させた成形体に、前処理として熱酸化もしくは電子線照射による不融化処理を施して含浸させた樹脂の成形体からの染み出しを抑制させた状態で、加圧焼成を行なって緻密化を図ることも提案されている。
加圧焼成による緻密化は、様々な部品製造に有利な前躯体樹脂含浸焼成によるSiC繊維/SiC複合材料の製造において効果的である。しかし、熱酸化あるいは電子線照射による樹脂の不融化処理には、酸化させることに伴うSiC複合材料の高温特性の低下や、電子線照射設備の必要性を招く等の弊害がある。
産業上の利用分野
本発明は、航空宇宙機器、原子炉、核融合動力炉等の高温や中性子照射等の過酷な環境下で使用される耐熱性と耐放射線特性に優れた構造材料に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】大気または真空中で、下記(a)、(b)で示される構造を有し、かつ単位構造の(a)/(b)比が1であるポリビニルシランを含浸させた樹脂含浸SiC繊維成形体を不活性ガス雰囲気中で300~400℃に加熱してポリビニルシランを高粘度液体ないし半固体状態に硬化させた後、一軸加圧しながらアルゴンガス雰囲気中で焼成することを特徴とする高強度SiC繊維/SiC複合材料の製造方法。


【請求項2】含浸させるポリビニルシランが50質量%未満の微細SiC粒子を均一混合したものである請求項1に記載の高強度SiC繊維/SiC複合材料の製造方法。
【請求項3】加圧焼成の後、ポリビニルシラン単独の含浸と無加圧焼成を繰り返して行う請求項1または2に記載の高強度SiC繊維/SiC複合材料の製造方法。
産業区分
  • 窯業
  • 高分子化合物
  • 原子力
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 環境低負荷型の社会システム 領域
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