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高密度SiC繊維強化型SiC複合材料の製造方法 コモンズ

国内特許コード P03A002015
整理番号 A071P83
掲載日 2003年10月1日
出願番号 特願2001-052148
公開番号 特開2002-255649
登録番号 特許第4527300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 高密度SiC繊維強化型SiC複合材料の製造方法 コモンズ
発明の概要 繊維成形体に樹脂を含浸・焼成してSiC繊維強化型SiC複合材料を製造する際、浸透性に優れ、セラミック収率の高い樹脂を使用して、高密度の複合体を低コストかつ溶媒を用いることなく製造する方法を提供する。微細SiC粒子を混合し、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溶媒に希釈することなくSiC繊維成形体内に含浸させた後、1000℃以上の温度で焼成する。微細SiC粒子として、粒径0.1~1.0μmのものを25~70質量%添加する。焼成後、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と、さらに密度の高い複合体が得られる。
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、化学的安定性、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、機械的特性、耐熱性、化学的安定性等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繊維で強化して力学安定性を改善させたSiC繊維強化型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繊維強化型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、製造品のサイズ、形状等の選択の自由度が最も広い方法として用いられている。この方法では、母相の原料を繊維成形体の繊維間の微小な空隙にまで前躯体樹脂を十分に含浸させることが不可欠である。これまでの室温で固体または高粘度の液体樹脂を用いた方法では、含浸時に加熱して樹脂を溶融させるか溶媒で希釈することにより、粘度調整を行なって浸透性を改善する必要があった。また、緻密な複合材料を得るには母相の原料に使用される樹脂がより高いセラミックス収率を有する必要がある。
【0004】
ところで、元々含浸可能な程度まで低粘度の樹脂は、低分子量または網目構造の形成率が低い一次元中心の分子構造である必要がある。このような構造を持つ分子は熱エネルギーが与えられると、分子間力による拘束を破って気相になり、系外に放出されて十分なセラミックス収率が得られず、一部は成形体中に気体として残るため、緻密な材料を合成できなかった。また、熱分解途中に網目構造形成を促進させるために分子側鎖に不飽和炭化水素基や水酸基を導入すると、熱分解生成物内の余剰炭素や酸素含有率が増加して高温強度等の耐環境特性の低下を招く原因となる。
【0005】
また、一般に樹脂は分子量に応じて粘性が増大し、遂には固体化する。このため、繊維成形体内の微小領域にまでセラミックス収率の高い樹脂を含浸させようとすると、溶媒を用いて希釈するか、粘度が十分に下がる融点以上の温度に加熱する必要がある。
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】微細SiC粒子を混合し、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溶媒に希釈することなくSiC繊維成形体内に含浸させた後、1000~1300℃の温度で焼成することを特徴とする高密度SiC繊維強化型SiC複合材料の製造方法。


【請求項2】ポリビニルシランに混合する微細SiC粒子は、粒径が0.1~1.0μmであり、混合量が25~70質量%である請求項1に記載の高密度SiC繊維強化型SiC複合材料の製造方法。
【請求項3】微細SiC粒子混合ポリビニルシラン含浸成形体を焼成した後、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に記載の高密度SiC繊維強化型SiC複合材料の製造方法。
産業区分
  • 窯業
  • 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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